甲醇双效精馏系统的优化研究

第20卷第4期洁净煤技术Vol 20 No 42014年7月Clean Coal TechnologyJuly 2014甲醇双效精馏系统的优化研究宁利民,李国忠,闪俊杰(唐山中润煤化工有限公司,河北唐山063611摘要:为优化焦炉气制甲醇工芑中甲醇双效精馏系统,利用流程模拟技术对系统进行模拟分析,对比分祈模拟数据与实际数据,提岀甲醇双效精馏系统的优化措施。结果表明:模拟数据与实际教据基本吻合,模拟状态下每天可产甲醇350.4t,与实际产量350t相符,说明 Wilson方程可用于甲醇-水体系。甲醇双效精馏系统中所需蒸汽量为9.83υh,而实际工况中蒸汽使用量为12.2υh,实际工况中的蒸汽使用量仍偏大,应降低蒸汽使用量;加压精馏塔、常压精馏塔最佳回流比分别为1.50和0.94加压精馏塔中第25抉塔板为灵敏板,常压精馏塔中第18、38块塔板作为灵敏板,日常操作中应重点关注以上塔板温度的变化。关键词:甲醇;双效精馏;流程模拟;加压精馏塔;常压精馏塔中图分类号:TD849;TQ23文献标志码:A文章编号:1006-6702(2014)04-0058-03Optimization of methanol double-effect distillation systemNING Limin, LI Guozhong, SHAN JunjieTangshan Zhongrun Coal Chemical Industry Co, Lid, Tangshan 063611, China)Abstract: The methanol double-effect distillation system is simulated and analyzed with the process simulation technology. The optimizationscheme is proposed on the basis of the simulation data and the actual condition. The results show that, the simulation production of 350. 4d is in accordance with the actual production of 350 td. The Wilson in activity coefficient model is used for the simulation. The simulationstudy show that the methanol double-effect distillation system of steam required amount is 9.83 t/h, and the use of steam in actual operatIg condition is 12.2 th, the steam practical usage is still too large. The optimum reflux of the pressured distillation tower 1. 50 through sim-ulation study, and the optimum reflux of distillation tower is 0. 94. The twenty-fifth tower plate in the pressured tower is the sensitive platethe eighteenth tower plate and the thirty-eighth tower plate in the atmospheric distillation tower is the sensitive plate. The temperature above the tray should be focused on daily operation indexKey words: methanol; double-effect distillation; process simulation; pressured distillation tower; atmospheric distillation towe0引言流程模拟技术已在化工工程设计领域获得广泛应用,但在工业生产领域还未获得大规模普及应精馏单元是化工生产工艺中重要的分离方式用6。近年来随着生产技术的不断更新,流程模也是能量消耗的主要场所。焦炉气制甲醇工艺中拟技术已逐渐应用在工业生产领域1012。闪俊杰、精馏单元的蒸汽消耗占总蒸汽消耗的13左右,加李国忠等利用流程模拟技术对焦炉煤气净化工艺中强甲醇精馏系统的研究非常重要-。化工流程模的蒸氨单元进行优化H4-;樊艳良对反应精馏拟技术是指利用计算杋技术对化工工艺流程进行模领域进行模拟研究。笔者利用流程模拟技术对焦炉拟与计算,并对该工艺的质量与能量平衡进行仿真气制甲醇工艺中的精馏工艺进行模拟与优化,寻求模拟,模拟化工过程可能进行的程度及方向,从而对最佳工艺参数,使精馏工艺获得最佳能耗指标与生未知工艺及现有工艺生产进行优化设计。目前化工产状态中国煤化工收稿日期:2014-02-20;责任编辑:白娅娜DO:10.13226/isn.1006-6772.201CNMHG作者简介:宁利民(1968-),男,河北迁安人,高级工程师,从事化工生产与研究工作。E2mhl:gm@ kailuan,com,cn引用格式:宁利民,李国忠,闪俊杰甲醇双效精馏系统的优化研究[J].洁净煤技术,2014,20(4):58-60,64.NING Limin, LI Guozhong, SHAN Junjie. Optimization of methanol double-effect distillation system[ J]. Clean Coal Technology, 2014, 20(4):58-宁利民等:甲醇双效精馏系统的优化研究2014年第4期表1模拟基础条件1甲醇双效精馏系统模型的建立进料组成/%进料温顶部甲醇唐山中润煤化工有限公司(简称唐山中润)甲项目(kgh)甲醇水度/℃纯度/%醇精馏系统采用三塔双效精馏技术,即预精馏塔、加加压精馏塔17000压精馏塔、常压精馏塔三塔连续精馏,加压精馏与常常压精馏塔压精馏双效分离,具体工艺流程如图1所示。粗甲醇预热后进入预精馏塔,将粗甲醇中少量低沸点轻模拟数据与实际数据对比见表2。由表2可组分杂质分出,分离后的粗甲醇液从塔底流出经加知,模拟数据与实际数据基本吻合,模拟状态下每天压后进人加压塔精馏,部分气态精甲醇从加压精馏可产甲醇350.4t,与实际产量350t相符,说明所选塔塔顶引岀后进入常压精馏塔再沸器,与常压精馏物性方程可用于甲醇-水体系,所建计算模型对实塔塔底物料换热后冷凝为液态进入加压精馏塔回流际生产具有指导作用。槽,由回流泵送回加压精馏塔顶,同时部分精甲醇采表2模拟数据与实际数据的对比岀送往精甲醇储罐。加压精馏塔底部物料继续进入塔顶温塔底温顶部甲醇甲醇产量/常压精馏塔分离,塔顶精甲醇送往精甲醇储罐,塔底项目度/℃度/℃吨度/%(t·d)残液送往污水处理系统。与双塔单效精馏技术相加压模拟数据123.40129.029999142.80比,甲醇双效精馏系统可节省大量蒸汽资源,节能降精馏塔实际数据120.70128.8099.99l400耗作用明显。常压模拟数据64.2099.2099.9907.6常压精馏塔顶冷凝器精馏塔实际数据62.10108.409999210.0常压精馏塔回流槽3甲醇双效精馏系统的优化精甲醇去Q聚甲3.1能耗优化常压精馏塔回流泉精馏系统的能耗主要体现在蒸汽的消耗上,虽然甲醇双效精馏系统相比于单效精馏系统更加节省残液去生化处理能耗,但实际工况与模拟数据仍有一定差距,因此有必要对精馏系统中的蒸汽消耗进行分析。表2中加预精馏塔预后泵加压精馏塔常压精馏塔残液泵压精馏塔顶部模拟温度比实际温度略高,常压精馏图1三塔精馏工艺流程苔底部模拟温度比实际温度略高,这是由于实际工2甲醇双效精馏系统的模拟分析况中加压精馏塔顶部回流温度处于过冷状态(120℃),有部分显热传给了常压精馏塔底部再沸器,导预精馏塔主要作用是除去粗甲醇中极少量的气致常压精馏塔底部温度比模拟温度高9.2℃,而模态及低沸点杂质,这些杂质含量很低,约占粗甲醇的拟状态下常压精馏塔仅需利用加压精馏塔顶部产品%,加之精馏系统的能耗及产品质量稳定主要取决的潜热即可达到设计规定的产品质量与产量。两塔于加压精馏与减压精馏过程,因此,本次精馏系统的热负荷模拟结果见表3,模拟仅以加压精馏塔与常压精馏塔为主要硏究对象表3两塔热负荷模拟结果对双效精馏过程进行优化分析。由于加压精馏塔进冷负荷/(GJ·h-1)料中甲醇与水的实际质量分数超过99%,为简化计项目顶部底部算过程,减少干扰因素,本次模拟计算将极少量乙醇、杂醇等杂质忽略不计,仅以甲醇-水体系作为研rV凵中国煤化工16.0究对象。由于甲醇-水体系属于极性体系,在数据CNMHG库中有相应的交互参数,因此按照物性方程的相关甲醇双效精馏系统的热量由加压精馏塔底部供选取规则,本次模拟选用活度系数模型中的 Wilson给,甲醇双效精馏系统的能耗取决于加压精馏塔再方程进行计算,模拟基础条件见表1。沸器的蒸汽消耗量。本次模拟系统中加压精馏塔底2014年第4期洁净媒技术第20卷部所需热量为20.5CJ/h,查相关资料得0.6MPa点关注的指标。由图3b)可知,常压精馏塔由下至下饱和蒸汽的蒸发热为2085kJ/kg,则所需蒸汽量上温度逐渐降低,由于操作压力降低,全塔温度变化为9.83th,而实际工况中蒸汽使用量为12.2t/h,较为明显,全塔共有两个温度变化较大的灵敏点,分说明实际工况中的蒸汽使用量仍偏大。别为第18层与38层,因此可将第18与38块塔板3.2回流比的影响作为灵敏板,该塔板的温度作为日常操作中重点关回流比是影响塔顶部甲醇纯度的重要指标,也注的指标。是精馏操作过程中重要的调节指标。回流比过大会使塔顶甲醇纯度增加,但同时也会增加精馏系统的能耗;回流比过小会使顶部甲醇纯度下降,影响甲醇质量,只有回流比合适,才能在确保顶部甲醇质量的同时不会增加过多能耗。加压精馏塔、常压精馏塔回流比对塔顶甲醇纯度的影响如图2所示。由图2可知,塔顶甲醇纯度塔板数随着回流比的增加而增加。当加压精馏塔回流比为a)常压精馏塔1.50,常压精馏塔回流比为0.94时,塔顶甲醇纯度130.5达到99.9%以上,继续增加回流比无益于产品质128.5量,反而会增加能耗,因此确定加压精馏塔、常压精馏塔最佳回流比分别为1.50和0.94126.赵氯滥1225塔板数b)加压精馏塔图3加压精馏塔、常压精馏塔各层塔板温度分布4结论回流比a)常压精馏塔1)甲醇双效精馏系统中所需蒸汽量为9.83t/h,而实际工况中蒸汽使用量为12.2t/h,实际工况中的蒸汽使用量仍偏大型99.62)甲醇双效精馏系统中加压精馏塔的最佳回994流比为1.50,常压精馏塔的最佳回流比为0.93)加压精馏塔中第25块塔板为灵敏板,常压精馏塔中第18与第38块塔板作为灵敏板,以上塔1.4板温度应当作为日常操作中重点关注的指标。b)加压精馏塔参考文献图2加压精馏塔、常压精馏塔回流比[1]肖瑞华,白金峰煤化学产品工艺学[M].2版北京:冶金工业对塔顶甲醇纯度的影响出版社,2008:110-113.3灵敏板的确定[2]郭树才,胡浩杈.煤化工工艺学[M].3版.北京:化学工业出版加压精馏塔、常压精馏塔各层塔板的温度分布如图3所示。由图3a)可知,加压精馏塔由下至上1中国煤化工样情报开发与经流201CNMHG温度逐渐降低,第25层以上各塔板温度变化趋于平[4]王育红利用焦炉煤气作合成气生产甲醇的探析[J]河南冶稳,以下各塔板温度变化明显,因此可将第25块理金,2005,13(5):19-20论板作为灵敏板,该塔板的温度作为日常操作中重(下转第64页)2014年第4期洁净媒技术第20卷3.3规范采制样操作5]薛改凤,项茹,陈鹏,等炼焦煤质量指标评价体系的研究煤是不均质的混合物,也是大宗商品,采制样过[J].武汉科技大学学报,2009,32(1):36-40程相当复杂,由采制样带来的误差远大于化验误差[7]GB/T16417-2011],煤炭可选性评定方法[S][8]GB/T15224.1-2010,煤炭质量分级第1部分:灰分[S]采样是正确评价煤质的基础,只有采取有代表性的[9]GB/T15224.2—2010,煤炭质量分级第2部分:硫分[S]样品,才能真实反映煤质情况。因此采制样的每[10]朱银惠,李辉,张现林,等影响焦炭质量的因素分析[J].洁环节应严格按照国家标准执行,降低人为干扰因净煤技术,2008,14(3):77-80素的影响,保证试验样品能准确表征商品煤质量,真[1]周强.中国煤中硫氮的赋存状态研究[门].洁净煤技术实反映煤炭品质202008,14(1):73-77[12]MT/T596-2008,烟煤黏结指数分级[S]3.4加强数据统计的应用[13]陈鵬中国煤炭性质、分类和利用[M].北京:化学工业出版由于疏忽、数据处理不当或记录不全等原因造社,204:44-16成煤质评价失真的情况在实验室时有发生。统计技[141CB/T5751-209,中国煤炭分类[S术是实验室质量控制的有效方法,正确运用统计技[15]陈亚飞煤质评价与煤质标准化[J]煤质技术,2006(1):12-术会使日常检验工作形成良性循环机制,提高实验室检测质量2。对数据资料进行综合研究时,发现[16]张进春,吴超基于多重多元回归的焦炭质量预测模型[J科技导报,2010,28(12):79-84异常化验数据一定要仔细核实,避免影响试验结果。17]刘春梅焦炭质量预测模型构建[J].轻工科技,2012(5):81-3.5提高仪器设备的标准化水平同一煤质指标的检测,不同企业所用仪器设备8]徐兴福,孙宝东,盛建文,等南钢焦炭质量预测模型研究[J大都不同,而且有些设备上的仪表甚至没有经过计煤化工,2012(2):32-35量部门检验,势必影响煤质指标的精密度。企业应[19]赵坚煤质化验的误差控制对策探讨[J].管理学家,2013(11):511采购有生产资质厂家生产,且计量合格的仪器设备[20]孟祥华正确评价煤质工作中的几个问题[J.煤炭技术,并定期校准实验室仪器仪表,保证仪器的精密度。2007,26(5):136[21]李春艳,王兴无煤质检验实验室质量控制[J].煤质技术4结语007(3):14-16依据国家标准对炼焦煤进行全面分析,可了解原煤性质,优化用煤计划,科学鉴定混煤,正确指导(上接第60页)配煤炼焦,建立科学评价体系,有效利用炼焦煤资[5]杨明煤制天然气现状及发展建议[J]洁净煤技术,2011,17(3):3-5,97源。企业应加强炼焦煤质量分析、评价工作,对进场[6」杨祥生浅谈优化设计在焦化项目建设的应用[J].科技情报开煤进行科学分类分区堆放,优化配煤炼焦,确保焦炭发与经济,2007,17(36):269-270.质量全面稳定提升。目前,中国煤质评价标准体系7]孙兰义化工流程模拟实训: Aspen Plus教程M].北京:化学工已基本形成,但在实际应用中还会存在一些问题,应业出版社,2012:10不断改进,规范、完善炼焦煤质量评价体系[8]杨友麒化工过程模拟[J].化工进展,1996(3):1-7,63.[9]杨光辉化工流程模拟技术及应用[J].山东化工,2008,37(8)参考文献35-38[10]龙敢飞钢铁焦化厂蒸氨系统工艺的优化[D].湘潭:湘潭大[1]胡彬国内炼焦煤市场简析[J].内蒙古煤炭经济,2014(1):26,29[1]刘雨虹 ASPEN PLUS化工模拟系统在精馏过程中的应用[2]白向飞,张宇宏.中国炼焦商品煤质量现状分析[J]煤质技术[J]石油化工腐蚀与防护,2003,20(4):562013(1):1-3[12]李欣平,王宏丽减压塔并行模拟计算与分析[J].化工设计[3]王之正,王利斌,裴贤丰,等高硫煤热解脱硫技术研究现状009,19(1):6-8[J].洁净煤技术,2014,20(2):76-79[13]因俊木住化蒸氨T艺的模拟与优化[J煤化工,2011(2)[4]王胜春,张德祥,陆鑫,等中国炼焦煤资源与焦炭质量的现中国煤化工状与展望[J煤炭转化,2011,34(3):92-96[14]CNMHG艺的优化与改造[J]洁净煤[5]申明新中国炼焦煤的资源与利用[M].北京:化学工业出版技术,2013,19(4):96-99社,2007:1-43[15]樊艳良用 Aspen Plus对反应精馏的模拟计算[J.上海化工,[6]虞继舜煤化学[M].北京:冶金工业出版社,2006:1-52007,32(5):14-19