甲醇精馏系统的模拟计算及优化

1、甲醇精储系统的模拟计算及优化近年来，随着科学技术的发展和能源结构的改变，甲醇开辟了许多新的用途，甲醇化工已成为化学工业中一个重要的领域。随着产量的增加，对精甲醇产品的质量也有了更高的要求，部分新上甲醇项目要求甲醇质量符合美国联邦AA级（O-M-232E）标准。其中对乙醇的含量有了更苛刻的规定（乙醇w l0ppnD。在这样一个形势下，甲醇精储系统的节能降耗和精甲醇品质成为各厂家关心的主要话题。 2.现有甲醇精微系统简介 2.1两塔流程双塔流程中粗甲醇的精微分为两个阶段，先在预塔中脱除轻微分，主要是二甲醛。脱除轻微分的甲醇再送入重福分塔-主塔，进一步把高沸点的重储分杂质分离，从而可得到高纯度的精甲

2、醇。因在主塔塔顶其中有时可能混有极少的低沸点杂质，所以在距塔顶37块塔板上进行精甲醇采出。双塔精微流程对乙醇的分离程度较差，由于它的挥发度和甲醇比较接近，分离较为困难。在一般双塔流程中，根据粗甲醇质量不同，精甲醇中乙醇含量约为 400600mg/kg。远远达不到美国 AA级标准。2.2三塔流程粗甲醇进入预精储塔， 在预精储塔中除去其中残余溶解气体和低沸物，预后甲醇 精加压泵升压后，进入加压塔，加压塔的操作压力约为0.57 （G） MPa塔顶操作温度约为 121 C。加压塔采用低压蒸汽加热的热虹吸式再沸器向塔内提供热量。塔顶甲醇蒸汽进入冷凝/再沸器，利用气相甲醇的冷凝潜热加热常压塔的塔釜，同时气

3、相甲醇被冷却。 加压塔底部排出的甲醇溶液送至常压塔下部，常压塔塔顶得甲醇蒸汽冷凝后一部分回流，一部分作为产品采出。塔釜废水泵送至污水处理装置。 3.甲醇精储系统指标 3.1甲醇蒸汽消耗一般双塔精储蒸汽消耗为1.8吨蒸汽/吨精甲醇，但其设备投资少，流程简单。目前新上甲醇精储流程采用较少。普通三塔甲醇精储系统（预塔、加压塔、常压塔）+回收塔流程蒸汽耗量约1.2吨蒸汽/吨精甲醇。甲醇质量一定的情况下影响甲醇蒸汽耗量的主要因素是 精微塔操作的回流比。 3.2精甲醇的品质目前，出口精甲醇要求乙醇含量不超过50ppm,这对甲醇精储塔提出了更高的要求，采用新型高效塔板可以在不增加塔高的基础上，通过板效率的提

4、高来达到分离乙醇的目的。3.3甲醇的回收率甲醇的回收率同样是甲醇精储系统一个很重要的指标。甲醇产量的高低和工厂效益直 接联系，而废水中醇含量太高，不仅影响后续的污水处理，同时也损失了未回收的甲醇。4.甲醇精储系统的模拟与优化甲醇精储系统模拟计算大型甲醇精储装置具有以下特点：精甲醇产品质量要求很高，杂质含量都在ppm级，属于精密精微过程。对塔内件和能 量消耗提出了更苛刻的要求。处理的物料主要是甲醇等有机物和水，这两类组分的分子结构截然不同，所构成物系的理想性极差。加压塔和常压塔塔釜存在着热耦合，两塔的分离效果和处理能力相互制约。由于大型甲醇装置精储系统涉及到以上几点，且组分比较复杂，所构成的物系

5、非理想性很强。采用常规的热力学方法，模拟计算结果和现场数据相差较大，尤其有些关键杂质含量的误差高达几十倍。我们仔细分析了各塔的操作工况和组成情况以及有可能产生的共沸现 象，结合实际生产数据，拟合了部分热力学数据。对于每个塔都分别采用了不同的热力学方 法，利用了醇包数据和一些共沸数据库，力求各塔的工艺模拟计算真实而准确。对各塔的进料位置进行优化在自上而下逐板计算中存在一个加料位置的确定问题。合理的进料位置可以减小回流比和理论板，实际生产中和能力消耗及设备投资直接联系，我们通过软件模拟计算， 用分离因 子图法得出了甲醇精储系统最佳的进料位置。分离因子图表示如下:预精储塔：理论板数 33块，进料板位

6、置第9块。SEPARATION PARAMETER PROFILE (SEMI-LOG)1E-2 +|L | S |I | S |G |L | S |I | S |G | S |H 1E-3 +-S+| +-|-+T|S| SK|SE|SY 5.0 + SS/| SSX | S2.0 + S| | |+H E A H E A VS SSS TOC o 1-5 h z Y 1E-4 +S+| SS |K | SSSSS |E | SSSS |Y | SSSSSS |5.0 +| SSSSSS |+| SSS |I I I SS |I I I SS| II I I S I2.0 + I I I S

7、 + SSSI 1E-5 +0510152025303540TRAY NUMBER49块。4.2.2加压精储塔：理论板数5349块。SEPARATION PARAMETER PROFILE (SEMI-LOG)1E8 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+IIS 1E6 :IIIII II I+-S+S IS IG 3.0H IT IIK 1E4SS ISS ISS ISS I SS I SSSIIIIII-+-IIIIIIIS 1E6 :IIIII II I+-S+S IS IG 3.0H IT IIK 1E4SS ISS ISS ISS I SS I SSSIIIIII-+-I

8、IIIII-+IIIII II I +IIIIIII I3.0 +E 1E2 A I V Y II K 3.0 E I Y II 1E0IIIIIIIIISSIII SS+II SSS ISS ISS ISSISSSI SSI SS +-+III-+-SSSS1E-2 +0+I I -+1020III +-I-+IIII +III +.Sss.SS ISS ISSS+I I I +304050I +60TRAY NUMBER4.2.3常压精储塔：理论板数 60TRAY NUMBER4.2.3常压精储塔：理论板数 60块，进料板位置第35块。SEPARATION PARAMETER PROFIL

9、E (SEMI-LOG)1E7II 3.0+I I+SSS+IISSSSSSSSSSS1E4XII IIG 3.0H IT IIK 1E1II II+SSS-+SSI SSI SI SSII I I +-II+II II1E7II 3.0+I I+SSS+IISSSSSSSSSSS1E4XII IIG 3.0H IT IIK 1E1II II+SSS-+SSI SSI SI SSII I I +-II+II IISSS ISSIS-+-IIIIIIII+SSIIII +IIISSSS ISSSSSS I+IIYS-+III III III II II I +-,I I1E-5 +S I3.0

10、+S I -+S ISSSIII +1E-8 +0102030405060TRAY NUMBER4.3对工艺流程进行总体优化，达到蒸汽耗量的最低化。在甲醇精储工艺流程的设计时，首先要考虑的是热网络交换，如何充分回收利用热量，提高热量的利用率。通过对工艺流程的模拟计算和实际开车的经验，我们总结出以下节能方案：方案1:增加原料甲醇预热器。粗甲醇经原料预热器与加压塔精甲醇换热，温度达到70c以上进预塔中上部。这样可节省预塔的蒸汽消耗，并节省了部分精甲醇冷却水。方案2:增加预后甲醇预热器。 预后甲醇的温度低于加压塔进料温度约50c左右，如按此温度进料，则加压塔提福段气液负荷将明显增加，所以在进加压塔之

11、前与蒸汽冷凝水换热后，被加热到120c以上进入加压塔。该热量的交换利用经过现场实践是可行的，节能的。方案3:预塔增设一台再沸器，回收加压塔和回收塔的蒸汽冷凝水的余热，减少了预精福塔的蒸汽消耗。此再沸器对于大型甲醇回收能量较多，甲醇生产能力小于 20万吨/年可不设此再沸器。节能估算（以50万吨/年甲醇生产能力计算）：项目节省热量，MKJ/H节省蒸汽，吨/年蒸汽单价，元/吨节省运行费用，万兀力杀15.79772218180177力杀28.51923259480260力7K 36.28022402780192项目节省热量，MKJ/H节省冷却水，吨/年冷却水单价，元/吨节省运行费用，万兀力杀1-5.7

12、97711078051110.78节省的总投资679.78万元以上费用不含因流量减小节省的设备运行费用。4.4采用新型塔内件，保证足够的板效率以满足精甲醇品质的要求。甲醇精储系统塔内件的选择直接影响甲醇的品质和设备投资，常规设计的板式甲醇精储塔，加压塔和常压塔的塔板层数均在85层以上，随着能源成本的增加和对精甲醇品质要求的提高，有的甲醇主精储塔塔板层数已到95层。对于新型径向侧导喷射塔板（ CJST塔板），它的操作状态为液相喷射，充分利用了塔内空间，可允许较大的空塔气速，使塔内的汽液传 质更剧烈，表面更新速度更快，所以和普通板式塔相比其传质效率较高。CJST加压塔和常压塔安装70层塔板即可满足精甲醇的分离要求。这在河北建滔焦化有限公司和滕州盛隆焦 完全满足出口要求。化有限公司已经证实，河北建滔甲醇精储系统蒸汽消耗1.0化有限公司已经证实，河北建滔甲醇精储系统蒸汽消耗1.0吨/吨精甲醇，其生产的精甲醇和填料塔相比，采用 CJST塔板，其精微塔塔径可减少 200mm上，不仅减小塔内件的 投资，设备投资也相应降低。对于常压塔和回收塔，侧线采出位置直接影响甲醇的品质，而 板式塔的侧线采出比填料塔要容易得多，我们可以在侧线采出附近设多个采出口，通过采出位置变化可避免杂质