甲醇精餾系統的模擬與優化

薛利軍

（同煤廣發化學工業有限公司,山西 大同 037000）

引 言

隨著社會的不斷發展,我們所需的自然資源量急劇增大,由于人們不科學不合理的開采,造成資源浪費,導致新世紀能源短缺問題日益嚴重,在今天,甲醇作為新式清潔能源也已經成了一種新的趨勢,在近一段時期,甲醇工業帶動了煤化工產業的大跨步發展,但是,粗甲醇純度太低,不可直接作為原料投入使用,為了提高甲醇產品的純度,需要對其進行精餾,但是這個過程會大量的損耗能耗,因此,甲醇的精餾是開發先進、節能的工藝流程,近年來,我國計算機技術得到了飛速發展,化工流程模擬技術也得到了提升,事實證明：使用流程模擬技術后,可以幫助企業明顯的降低生產成本,使企業的創新性、生產力、經濟利益得到有效提高。

1 甲醇精餾技術

甲醇精餾大多使用甲醇雙塔和三塔雙效精餾工藝,下面將對此進行詳細說明。

1.1 雙塔工藝

甲醇雙塔精餾主要是由預精餾塔和主精餾塔兩部分組成,在操作時,第一步先在預精餾塔中進行脫除輕餾物質處理,除去二甲醚等物質,然后將預精餾塔底甲醇和其他物質送入重餾分塔和主塔中,進行更進一步的雜質分離,然后得到高純度的甲醇。但是在制取過程中有時主塔塔頂會有極少量的低沸點雜質出現,為解決這一問題,所以在距塔頂5塊左右塔板上進行精甲醇采出效果更好,純度更高。目前,甲醇雙塔精餾流程中乙醇的分離程度較差是普遍問題,因為兩者物理性質相近,所以分離較為困難,見圖1。

1.2 三塔雙效精餾工藝

在應用三塔雙效工藝時,先將甲醇通入預精餾塔然后送入加壓塔,加壓塔在工作時,塔頂的蒸汽不會經過塔頂冷凝器而是直接進入加壓塔底作為熱源,也因此在加壓塔和常壓塔形成雙效精餾,在工作原理上,雙效精餾和雙效蒸發的相同,兩者在工作時都是利用前塔的頂部出汽作為后塔的加熱熱源,這一過程可以對后塔加熱能源進行有效的節省,前塔冷卻水的有效去除是為了更好地滿足雙效兩塔的傳熱溫差,因此兩塔中的前塔應該加壓使塔頂的蒸汽有更好的溫度,如第69頁圖2所示。

1.3 粗甲醇信息

詳細信息如第69頁表1所示。

圖2 三塔雙效流程

表1 甲醇組成和生產要求

2 模型建立

現階段的化工流程都是單元操作。我們所使用的主流軟件都會提供多種不同的單元操作類型,我們可以根據不同的操作單元模型的用途和特點,進行模型建立,本文選用的是嚴格精餾模型,這個模型可以模擬現存所有多級氣體液體精餾操作,在它的幫助下我們可以初步完成對精餾塔的設計和分析。

2.1 甲醇雙塔精餾系統建模

根據所選軟件,把甲醇雙塔進行劃分,分為預精餾塔和主精餾塔兩個板塊,然后應用適當的數學模型對其進行模擬操作,通過靈活的應用各種各樣的公式,圖形以及理論知識,來完成此種情況下,甲醇雙塔精餾系統的模擬。這些進行模擬的過程當中,需要從甲醇的特性出發,根據實際情況進行適當的圖表說明。由于建模不僅僅是將所求問題用圖形直觀地表達出來,還可以應用其他,比如理論知識,各種各樣的公式,以及各種各樣的理論知識,這里就不再用圖形來做舉例［1］。

2.2 甲醇三塔雙效精餾系統建模

按雙塔劃分的同樣道理,對三塔進行劃分,分為預精餾塔、常壓塔和加壓塔兩個模塊,然后用軟件對比進行數據及圖形模擬。

3 模型優化

上文提到了系統模型的建立,接下來主要對甲醇三塔雙效工藝模擬和優化進行分析,利用分析工具對模擬過程中的進料位置、塔壓等對精餾過程的影響進行分析,然后進行相對應的優化操作,從而達到總體成本降低的目的。

3.1 進料位置的影響

在模擬過程中,我們在保證回流比和采出量不變的前提下,改變甲醇原料物流的進料位置,發現了,進料口的改變會直接導致塔頂組分的變化,同時,常壓塔的再沸器和冷凝器也會被影響,所以,我們對進料口的靈敏度進行了分析,找到了合理的進料塔板位置［2］。

通過圖3、圖4的對比發現,在對進料位置進行調整分析時,隨著加壓塔位置高度的下降,塔頂的產品質量得到了提高,但是理論板增加到第36塊時,塔頂產品質量的增速降低,并且常壓塔的產品質量被降低了,因此得出結論：當加壓塔進料位置大于等于第36塊理論板后,產品質量不能滿足生產標準,所以,加壓塔的第36塊理論板為雙效精餾模塊的適宜進料口位置［3］。

圖3 加壓塔進料位置對常壓塔產品質量的影響

圖4 進料位置對加壓塔產品質量影響

3.2 加壓塔回流比的影響

通過回流比產生影響的圖5及第70頁圖6、圖7對比可知加壓塔回流比變化對加壓塔的影響相比于對常壓塔的影響更大,從圖中可以觀察到,當回流比的數值到2.8的時候,加壓塔、常壓塔兩者都可以滿足生產要求,當數值到2.8以后,此時產能增加不大,但是加壓塔的負荷一直處于增加狀態,所以,為在滿足產品達標的前提下,保證能耗最低,所以我們選擇加壓塔的回流比為2.8。

圖5 加壓塔回流比對加壓塔產品質量影響

圖6 加壓塔回流比對常壓塔產品質量影響

圖7 加壓塔回流比對精餾系統能耗影響

3.3 模擬優化結果

經過靈敏度分析,在獲得優化后的模擬結果后,將雙塔精餾和三塔雙效精餾工藝進行對比,發現三塔雙效精餾系統的總產品質量流率高于雙塔精餾系統,并且三塔雙效工藝的產品雜質含量比雙塔更低,甲醇純度更高,同時,我們發現三塔雙效精餾工藝的回收率高于雙塔精餾系統。并且三塔雙效比雙塔精餾工藝能耗更低。

4 結語

本文對甲醇雙塔精餾工藝和三塔雙效精餾工藝的流程和系統模型建立進行了介紹后,主要對三塔雙效精餾工藝進行了講述,包括了加壓塔回流比、粗甲醇原料進料口位置影響進行了分析和優化,最后得出結論,三塔雙效精餾工藝與常規的雙塔精餾工藝相比而言,具有更節能、高產、穩定等明顯優勢。

參考文獻：

［1］ 趙運濤,王毅,曹強強,等.延長氣田含甲醇污水再生系統模擬及優化改造［J］.石油與天然氣化工,2017,10（10）：1－8.

［2］ 王紹云,向陽,初廣文,等.甲醇精餾系統的模擬與優化研究［J］.計算機與應用化學,2015,32（4）：403－407.

［3］ 石殷,李群生.粗甲醇精餾系統技改的模擬計算及BHS型填料的應用［J］.化肥工業,2014,41（3）：14－19.