200 kt／a 甲醇精馏系统的优化设计

第40卷第2期化工设计通讯2014年4月Chemical engineering design communications200kt/a甲醇精馏系统的优化设计姜涛!,金学坤,陈凤娟(1.新疆化工设计研究院有限责任公司,新疆乌鲁木齐830006;2.新疆大学物理科学与技术学院,新疆乌鲁木齐830046)摘要:以粗甲醇为原料,采用四塔精馏工艺,基于 Aspen Plus工艺模拟软件,对甲醇精馏系统进行模拟优化设计及塔器水力学计算;运用DR换热器设计软件,对本装置的换热器进行选型计算。模拟计算结果表明,精甲醇产品纯度为99.99%(wt)、甲醇收率为99.67%、蒸汽单耗为1.09t、循环冷却水单耗为83.24t,产品质量符合GB338-2011国标优等品及美国联邦AA级标准质量要求,装置能耗水平达到国内先进水平关键词:甲醇精馏; AspenPLUS软件;EDR软件;模拟计算;设备选型中图分类号:TQ23.121文献标志码:A文章编号:1003-6490(2014)02-0057-04Design Optimization of 200 kt/a Methanol Distillation UnitJIANG Tao J /N Xue-hun CHEN Feng-juan(I. Xinjiang Chemical Engineering Design Research Institute Co. Ltd, Urumqi Xinjiang 830006China2. School of Physics Science and Technology, Xinjiang U niversity Urumqi Xinjiang 830046, China)Abstract Refine the crude methanol with the four-column distillation process. U sing the AspenPLUS Simulation softw are to simulate the design optimization and tower hy draulics calculation for themethanol distillation unit Use EDR heat exchanger design softw are to calculate the device option ofheat exchanger. The simulation results show that the refined methanol purity is 99. 99%(wt)ethanol yield is 99. 67%, steam consumption is 1. 09 t/t refined methanol, and circulating coolingwater consumption is 83. 24 t. The methanol quality meets GB 338-201l international superiorproduct and the U.S. Federal Grade AA standard. Also the unit energy consumption level reachesdomestic advanced levelKey words methanol distillation Aspen PLUS: EDR; simulation calculation equipment selection0前言塔温、塔压、塔顶回流比、进料位置、进料温度进行优化分析以确定其最佳操作参数;提出双效甲醇是一种基础化工原料,在夲研究中,作精馏模型,将加压塔塔顶气用作常压塔再沸器热为甲基化剂生产甲醛,以供应下游BDO装置。源,将各再沸器凝水用于塔进料预热,优化其换在甲醛生产过程中,甲醇原料的质量是其关键控热网络;并运用EDR软件,对装置中的换热器制因素;鉴于此,本文探讨200kt/a甲醇装置精进行选型计算。馏系统的优化设计,以期满足甲醛生产对原料甲醇品质的要求。在甲醇精馏工艺模拟过程中,1设计基础资料品甲醇质量参考取值范围比较苛刻的GB338产品规模200kt/a精甲醇2011国标优等品及美国联邦AA级标准中国煤化工0h本文针对装置的实际要求,基于 AspenCNMHG产Ps软件对四塔精馏过程进行全流程模拟;对(4)操作弹性60%~110%(负荷)收稿日期:2014-03-15作者简介:姜涛(1964-),男,山东昌邑人,高级工程师,主要从事化工工程设计工作。化工设计通讯第40卷(5)原料粗甲醇成分(见表1)2甲醇精馏系统模拟计算表1原料粗甲醇成分表%(wt)组分2.1工艺流程(图1)概述含量组分含量氧化碳0.0119正丁醇0.0119粗甲醇经预热器加热后进入预精馏塔,塔顶二氧化碳0.5327二甲基丙醇0,012不凝气冷却后送出装置,塔底出料进入加压塔。乙酸甲酯加压塔塔顶气相温度约127℃,去常压塔再沸器水5.5373甲酸0.034作热源,冷凝液部分回流,另一部分作为精甲醇0.012甲酸甲酯产品送出。加压塔塔底岀料进入常压塔,常压塔0.004丙酮o.0031塔底排岀废水,塔顶精甲醇产品送岀。常压塔侧0.2388丁酮0.0014线采出液进入回收塔,回收塔塔底废水送出装甲醇93.5398庚烷置,回收塔侧线采岀杂醇油送岀裝置,塔顶甲醇二甲醚0.0006二甲基庚烷0.0007蒸气冷却后送回常压塔。常压塔塔底0.8MPa乙醇四甲基庚烷(G)蒸汽冷凝液作为预精馏塔和加压塔预热器热正内0.0154辛烷0.0004源,以回收能量。脱盐水预塔一冷预塔二冷精甲醇冷却器10%碱液2300kg/h冷凝器冷凝器(回流罐粗甲醇原料预加常粗甲醇预热器4MPa蒸汽08MPa蒸汽杂醇油冷却器杂醇油冷凝水再沸器再沸器再沸器,x◇g◇精甲醇冷却器1图1甲醇精馏四塔工艺流程简图2.2模型建立及热力学方法运用 Aspen Plus软件对甲醇精馏四塔工艺粗甲醇属于非极性体系,可选的物性方法有过程进行全流程模拟,结果见表2。WILSON、NRTL、 UNIQUAC等。据文献及通过物料衡算,参照GB338-2011国标优现有装置模拟分析,预精馏塔及加压塔采用等品质量要求,对本设计进行对标分析可以知UNIQUAC热力学方法,常压塔及回收塔选用道,产品指标均达到要求;精甲醇产品纯度为NRTL热力学方法。精馏选用 Radfrac严格法精馏模型,换热器选用HeaX模型,回流罐选用Flash模型,输送泵选用Pump模型。dh醢收率为99.67%、蒸汽单耗中国煤化工毛为83.24t,装置能耗CNMH标结果详见表3计算过程采用 Sensitivity及 Optimization优化工具对各塔塔板数、进料位置、温度、压力、3设备选型计算回流比等操作参数进行优化设计3.1精馏塔器2.3工艺过程模拟计算运用 Aspen Plus软件 Tray Sizing及Pack第2期姜涛等:200kt/a甲醇精馏系统的优化设计·59表2甲醇精馏装置工况及物料平衡表物流号(对应图1)40,0压力/kPa501.3501,3125,0779,1819,1104.0129,3159.2体分率质量流量/kg/h29647.531624.5323.047700.047700.01520.016424.512440.03804.5180体积流量/m3/h40,1177,1635171,922,216,1密度/kg/m742,7663,7774,8740,08978.3948.9组分(摩尔分率氧化碳0.000120.000000.010920.000000.00000000000,000000,000000,000000,00000氧化碳005330.000000.488900.000000.000000,000000,000000,000000,000000,000000.000020.000000.001930.000000.000000.000000.000000.000000.000000.000000.055370.124640.000080.000000.000000.000000.239990.000000.994350.8815甲烷0.000120.000000.011010.000000.000000.000000.000000.000000.000000.00000氮气0.000040.000000.003670.000000.000000.000000.000000.000000.000000.00000氩气0.002390.000000.219160.000000.000000.000000.000000.000000.000000.000000.935400.874520.235150.999990.999990.999990.758410.999990.000010.09208二甲醚0.000010.000000.000550.000000.000000.000000.000000.000000.000000,000000.000140.000130.000000.000010.000010.000010.000250.000010.000070.02099正丙醇0.000150.000140.000000.000000.000000.000000.000280.000000.001110.001880.000120.000110.000000.000000.000000.000000.000210.000000.000920.0001二甲基丙醇0.000120.000110.000000.000000.000000.000000.000220.000000.000930,000乙酸甲酯0.000080.000000.007340.000000.000000.000000.000000.000000.000000.000甲酸0.000340.000320.000000.000000.000000.000000.000620.000000.002580.00167甲酸甲酯0.000180.000000.016520.000000.000000.000000.000000.000000.000000.000000.000030.000010.002320.000000.000000.000000.000010.000010.000000.00000丁酮0.000010.000010.000050.000000.000000.000000.000020.000000.000030.001440.000010.000000.000640.000000.000000.000000.000000.000000.000000.00000甲基庚烷0.000010.000000.000640.000000.000000.000000.000000.000000.000000.00000甲基庚烷0.000010.000000.000730.000000.000000.000000.000000.000000.000000.00000辛烷0.000000.000000.000370.000000.000000.000000.000000.000000000.00000Sizing模块对精馏塔器进行初步选型计算,结果表4甲醇精馏塔器选型计算表见表4项目数值/规格表3甲醇精馏装置模拟计算值对标表预精馏塔理论板数指标模拟计算值精馏段规整填料350Y,总高度2.0m提馏段浮阀塔盘,共42块(实际值);总高度约18m产品指标塔高(切线)20m纯度%(w1)≥99.8599,99乙醇/10-6(wt)里论板数丙酮和乙醛/106(wt)精馏段两段规整填料350Y,总高度10.0提馏段浮阀塔盘,共32块;总高度约15丙醛/10-6(wt)塔高游离酸(HAC计)/10-6(wt)常压碱度/10-6(wt)里论板数45水分%(wt≤0.10中国煤化工块;板间距0.45m废水中甲醇含量/106(wt)CNMHG甲醇收率醇产量/kg/h27640.0收理论板数进装置甲醇量/kg/h两段规整填料350Y,总高度6.0m蒸汽单耗/提馏段两段规整填料350Y,总高度6.0循环冷却水单耗/t832460·化工设计通讯第40卷3.2换热器(3)方案设计过程中,采用双效精馏及换热运用EDR软件,对换热器进行初步选型计网络优化,降低了再沸器蒸汽用量,保证了蒸汽算,结果见表5单耗低于1.2t的限额。表5换热器选型计算表(4)精馏塔器及换热器选型计算,提供了可序号设备名称供参考的设备选型方案。总而言之,本研究可为1粗甲醇预热器1BEM400-4/4-30.5-4.5/25-41甲醇精馏系统的设计提供较为完备的工艺包。2预塔再沸器1BEM1200-44-179.2-2.5/32-113预塔主冷凝器1BEM800-44-194.2-6/25-21参考文献预塔次冷凝器1BEM550-4/4-70.3-4.5/251]董华,高硫煤综合利用甲醇生产危险有害性分析评价及预5加压塔第一预热器1BEM800-44-234.5-6/25-11控[D].天津:天津大学学生论文,20126加压塔第二预热器1AEM300-4/4-13.7-3/25-21[2]褚立志,甲醇三塔精馏工艺[J].河北化工,2010,37加压塔再沸器2BEM1400-4/4(6):50~528加压塔顶后冷器1BEM500-4/4-37.5-3/253]黄风林,向小凤,甲醇精馏过程四塔流程模拟分析匚J]9常压塔再沸器2BEM1800-44-491.3-3/32-11石油与天然气化工,2007,36(1):18~2110常压塔冷凝器1BEM1200-44-509.5-6/25-114]牛宝玉,吴红超,王玉斌,甲醇装置三塔精馏运行总结11回收塔再沸器BEM400-44-16.9J].化工设计通讯,2012,38(4):80~822回收塔冷凝器1BEM400-4/4-21.9-3/25-41[5]刘源贵,马希凯,兰文礼,三塔精馏技术在甲醇工业精馏3废水冷却器1BEM500-4/4-41.2-3/25-21中的应用[J].石油化工应用,2009,29(2):113~11414杂醇油冷却器AEM300-44-12.16]葛方晋,三塔流程甲醇精馏技术的应用[J].小氮肥5精甲醇冷却器IBEM500-44-67.8-6/25-212007,35(12):12-146精甲醇冷却器ⅡBEM600-4/4-129.5-6/25-117]臧楠.甲醇精馏工艺模拟计算与优化及新工艺研究[D注:换热器主要材质均为CS(碳钢)西安:西安石油大学硕士论文,2011[8]薛长征,精甲醇中水含量的优化控制[J].中国化工贸易4总结9]陈金,焦炉掺烧甲醇弛放气提高甲醇产量的工艺及装备研(1)通过模拟优化设计,本四塔甲醇精馏装究[D].天津:河北工业大学硕士论文,2011置生产的精甲醇纯度高、收率高;装置能耗低,[10]田旭,刘小英,秦丽萍,等.甲醇精馏工艺流程分析蒸汽单耗仅为1.09t,循环冷却水单耗为83.24「J].小氮肥,2011,39(11):1~5t;环保水平高,废水中甲醇含量仅为12×1面粗光,张云玲,王剑锋,甲醉精过程节能降耗初探10-6,远低于30×10°的限额[J].化学工业与工程技术,2013,34(1):36~3912]张锐.年产50万吨甲醇精馏装置的数值模拟计算及优化(2)全流程模拟中,选择了合适的热力学模D].天津:天津大学研究生论文,2012型及设备模型,采用优化工具对操作参数进行处13]王宗涛,杨龙慧.甲醇精馏操作优化[].化工设计通理,以降低能耗,并得出了优化的设计方案。讯,2013,39(2):70~71(上接第47页)液,具有一定的利用价值高洗器3结语调温热水|循环加热器在CO2汽提法尿素装置中,各冷却设备均通过循环水换热,某些物料工艺上要求换热后温热能回收段馏塔度较高,汶将会伂拖执后循环水温度较高,导致中国煤化工丸效果,进而影响到系CNMHG中,据具体情况,对图2增加热能回收段后高压调温水流程换热后工艺上要求温度较高的物料,应对该部分中H2含量较高,在爆炸限以内,为了裝置的安热量予以回收,以达到节能降耗的目的。以上是全运行,高压调温水温度控制在110~120℃之笔者对实际生产中装置热能回收的一些认识,期间,此时回水温度在135℃以上,利用它加热尿待与同行们进行交流,如有不足之处,请指正。