甲醇精餾系統(tǒng)模擬與優(yōu)化研究

孫國秀(河北澤田化工有限公司， 河北 衡水 053000)

甲醇精餾系統(tǒng)模擬與優(yōu)化研究

孫國秀(河北澤田化工有限公司， 河北 衡水 053000)

文章通過應用計算機模擬軟件，對不同甲醇精餾系統(tǒng)進行模擬，并從結果分析甲醇精餾系統(tǒng)的優(yōu)化方案，從而為企業(yè)提供科學的參考依據(jù)，有助于提升企業(yè)的經(jīng)濟效益。

甲醇精餾系統(tǒng)；模擬軟件；優(yōu)化方案

0 引言

甲醇作為化工原材料，在工業(yè)生產(chǎn)中具有重要作用。通常情況下，化學合成的粗甲醇雜質過多，無法直接在生產(chǎn)中應用，為了提煉高純度甲醇，需要進行精餾[1]。但是在實際加工過程中，粗甲醇的精餾成本過高，導致企業(yè)利潤降低。因此，加強工藝創(chuàng)新、節(jié)省精餾成本是現(xiàn)代甲醇制造企業(yè)研究的重點。文章主要應用計算機模擬軟件，分別對雙塔精餾工藝和三塔精餾工藝進行模擬，從而明確兩種工藝的優(yōu)點和缺點。

1 甲醇精餾工藝流程

1.1 雙塔流程

雙塔流程主要設備為兩個精餾塔。粗甲醇在第一精餾塔去除雜質后，被輸送至第二精餾塔。在第二精餾塔的加工后，塔頂蒸汽受到冷氣凝結后進入回流罐，其中一部分被制成產(chǎn)品進行銷售，還有一部分經(jīng)加壓泵處理后回流入精餾塔。

1.2 三塔流程

三塔流程的主要裝置為三個精餾塔，該工藝能夠有效提升甲醇提煉精度和效率，同時能夠節(jié)省加工成本，在實際生產(chǎn)中具有較好的應用效果。三塔精餾工藝的流程為：粗甲醇在第一精餾塔加工后，蒸汽冷凝處理后輸送至水洗塔，經(jīng)水洗處理后液相回流至第一精餾塔；塔底液體經(jīng)換熱器處理后輸送至第二精餾塔；第二精餾塔產(chǎn)生的蒸汽作為第三精餾塔的加熱源，兩者之間形成雙效精餾的效應；第二精餾塔塔頂?shù)恼羝?jīng)冷凝后，一部分作為生產(chǎn)產(chǎn)品，一部分回流至第二精餾塔；第二精餾塔塔底輔液送入第三精餾塔，經(jīng)精餾處理后，部分產(chǎn)出，部分回流，廢液輸送至回收塔。

2 建立模型與物性方法選擇

2.1 建立模型

文章采用Aspen模擬軟件，采用RadFrac嚴格精餾模型[2]，能夠有效模擬雙塔加工工藝和三塔加工工藝。雙塔加工工藝主要模擬方法為：分別模擬第一精餾塔模塊和第二精餾塔模塊。三塔加工工藝主要模擬方法為：分別模擬第一精餾塔模塊、第二精餾塔及第三精餾塔這2個模塊。

2.2 物性方法選擇

在模擬計算過程中，熱力學計算方法與計算結果的真實性與科學性有密切的相關性。甲醇精餾過程中存在極性化合物，因此能夠選擇的物性方法有很多，例如NRTL、NRTL-RK、WILSON、UCIFAC等[3]，這些模型在甲醇精餾系統(tǒng)模擬中均有一定的應用價值。模擬結果與實驗結果的相似度越高，說明該模型的準確性和可行性越高。筆者以多年研究經(jīng)驗分析，雙塔、三塔精餾工藝采用WILSON及NRTL物性方法較為科學，能夠符合模型各模塊的要求。

3 模型優(yōu)化

3.1 進料位置對精餾效果的影響

根據(jù)加工模型分析，在保障產(chǎn)出量與回流比不變的情況下，粗甲醇進料位置改變，會導致塔頂甲醇產(chǎn)生發(fā)生變化，同時對加熱器與冷凝器的熱負荷也會造成一定的影響。因此，需要通過分析進料位置對精力效果的影響，明確科學的進料位置。筆者以多年經(jīng)驗分析，隨著進料位置的下降，產(chǎn)品加工質量會逐漸提升，當進料位置達到第36塊理論版后，第二精餾塔塔頂甲醇質量增長速度減緩，但第三精餾塔產(chǎn)出甲醇質量下降；當?shù)诙s塔進料位置超過第36塊理論版后，第三精餾塔產(chǎn)出甲醇質量不符合生產(chǎn)標準。因此，雙效精餾模塊的最佳進料位置為第36塊理論版。

3.2 回流比對精餾效果的影響

回流比對甲醇精餾質量有重要的影響。一般情況下，為了平衡產(chǎn)出與回流之間的平衡，回流比多為2.8，這樣能夠有效節(jié)省加工成本。

3.3 加壓塔壓力對精餾效果的影響

壓力超過750kPa后，精餾質量無法滿足生產(chǎn)標準，因此模型中加壓塔壓力參數(shù)可以設為750kPa。

4 經(jīng)濟性評估

經(jīng)濟性評估對于甲醇精餾工藝的選擇具有重要影響，其能夠有效評估工藝的經(jīng)濟效益，如此才能夠選擇更加好的加工工藝。但是在評估前，需要做出許多假設，這導致評估結果存在很大的不確定性。因此，本次研究采用簡單經(jīng)濟評估法進行計算，計算公式為：年生產(chǎn)成本=(資本成本÷投資回收期)+能耗成本。將雙塔精餾工藝與三塔精餾工藝相比，雖然雙塔精餾資本成本比三塔要高11%，但是總消耗成本得到大幅下降(50%)，說明三塔精餾工藝的年生產(chǎn)成本要遠遠低于雙塔精餾工藝。

[1]褚雅志,秦麗萍,王勝利,等.甲醇精餾工藝及其塔器優(yōu)化設計[J].化工進展,2013,27(10):1659-1662.

[2]陳倩,李士雨,李金來,等.甲醇合成及精餾單元的能效優(yōu)化[J].化學工程,2012,40(10):1-5.

[3]吳麗蘭.甲醇精餾工藝模擬計算與優(yōu)化及新工藝分析[J].中國化工貿(mào)易,2016,8(1):35.