甲醇生產(chǎn)過程中甲醇計量問題探究

張本峰 喬 潔 吳 培 顧朝暉(河南心連心化肥有限公司 河南新鄉(xiāng)453731)

河南心連心化肥有限公司(以下簡稱心連心公司)甲醇精餾過程中需要核算粗醇單耗、蒸汽單耗以及班產(chǎn)甲醇量，均以每班粗醇和精醇的產(chǎn)量為基礎(chǔ)進行核算。由于此項核算僅屬于甲醇精餾過程內(nèi)部核算，如果使用高精度的質(zhì)量流量計將大大提高精醇的生產(chǎn)成本。原采用記錄甲醇貯槽內(nèi)的體積變化來計算甲醇產(chǎn)量，采用固定密度值計算甲醇質(zhì)量，但此種方法受貯槽內(nèi)甲醇溫度的影響較大，使最終的核算結(jié)果誤差較大。此次改進主要解決甲醇計量受溫度的影響，尋找一種較為簡單且成本最低的計算方法。

1 軟件模擬

利用Aspen軟件模擬出溫度在4～35 ℃范圍內(nèi)所對應(yīng)的甲醇密度(表1)，其中甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%。

由表1數(shù)據(jù)分析可知：甲醇密度隨溫度的變化較大，由此可以了解甲醇計量因受環(huán)境溫度變化所產(chǎn)生的誤差。為了找出在甲醇貯槽內(nèi)甲醇溫度波動范圍內(nèi)(4～35 ℃)甲醇密度的變化規(guī)律，采用Origin軟件對以上數(shù)據(jù)進行擬合，并得到擬合直線(圖1)。

由擬合結(jié)果可以看出，擬合直線的精度R=-0.999 96，十分接近直線，即在4～35 ℃范圍內(nèi)，甲醇的密度ρ與溫度t的關(guān)系可以用直線方程來表示：

ρ=0.813 24-9.475 36×10-4t

(1)

查閱《化學(xué)化工物性手冊(有機卷)》(以下簡稱《物性手冊》)得甲醇密度與溫度的關(guān)系，并將其擬合，再與Aspen軟件模擬出來的數(shù)據(jù)直線進行對比(圖2)，直線B是利用《物性手冊》查出的數(shù)據(jù)擬合直線，直線D是利用Aspen軟件模擬得出的數(shù)據(jù)擬合直線。

表1 不同溫度下甲醇溫度與密度關(guān)系

溫度/℃密度/(g·cm-3)溫度/℃密度/(g·cm-3)40.809 294200.794 38450.808 377210.793 43560.807 458220.792 48470.806 537230.791 53080.805 614240.790 57490.804 689250.789 616100.803 762260.788 656110.802 834270.787 694120.801 903280.786 729130.800 970290.785 763140.800 036300.784 794150.799 099310.783 822160.798 160320.782 848170.797 219330.781 872180.796 276340.780 894190.795 331350.779 913

圖1 在4～35 ℃范圍內(nèi)溫度與甲醇密度的擬合直線

圖2 利用《物性手冊》與Aspen軟件擬合得出的擬合直線對比

利用《物性手冊》擬合的直線的精度R=-0.999 75，十分接近直線，即在4～35 ℃范圍內(nèi)，甲醇密度與溫度的關(guān)系可用直線方程來表示：

ρ=0.810 21-9.41×10-4t

(2)

由圖2分析可知：在4～35 ℃范圍內(nèi)，直線B和直線D的斜率非常接近，即2種方法得出的密度與溫度的關(guān)系變化趨勢相同。通過實驗室實際測量，測得20 ℃時甲醇的測量密度為0.791～0.792 g/cm3。在20 ℃時，利用直線B計算出的甲醇密度為0.791 7 g/cm3，利用直線D計算出的甲醇密度為0.794 38 g/cm3，直線D的計算結(jié)果與實際測量偏差較大，故采用直線B的方程作為下一步計算公式。

2 誤差分析

2.1 粗醇計量方法

粗醇班產(chǎn)計量方法是接班時記錄貯槽液位V1和溫度t1，交班時記錄貯槽液位V2和溫度t2。粗醇計量的過程中除需要記錄交接班時的體積、溫度之外，還需對粗醇的醇含量進行測定，即先測定粗醇的密度。測定粗醇密度的計算公式：

ρt=(t-20)×0.000 79+ρ20

式中：ρt——測量時粗醇的實際密度；

ρ20——在20 ℃該粗醇含量下的密度。

采用此種方法計算出來的粗醇產(chǎn)量已經(jīng)進行了溫度校正，所以不會存在因貯槽內(nèi)甲醇溫度的變化而引起誤差。

2.2 精醇計量方法

改進前的精醇班產(chǎn)計量方法是接班時記錄貯槽液位V1，交班時記錄貯槽液位V2；改進后需要在記錄精醇貯槽液位的同時記錄精醇貯槽內(nèi)精醇的溫度。

心連心公司班產(chǎn)甲醇量一般在150 m3。現(xiàn)以正常生產(chǎn)中的1組實際數(shù)據(jù)為例，對改進前、后精醇產(chǎn)量進行對比：V1=300 m3，V2=450 m3，t1=30 ℃，t2=20 ℃，對應(yīng)的ρt1=0.78 198 g/cm3，ρt2=0.791 39 g/cm3。按改進前計量方法，產(chǎn)量m1=150×0.792=118.8(t)。

按改進后計量方法，記錄的數(shù)據(jù)不變，仍然是接班時記錄貯槽液位V1，交班時記錄貯槽液位V2，需要增加的記錄數(shù)據(jù)是記錄液位時的溫度分別為t1和t2，對應(yīng)的密度分別為ρt1和ρt2，采用擬合公式計算產(chǎn)量：

m2=ρt2×V2-ρt1×V1

=0.791 39×450-0.781 98×300

=121.5(t)

誤差產(chǎn)量即擬合公式與改進前的計量誤差為2.7 t。由以上計算可以看出，改進前的計算方法誤差很大，擬采用以下公式作為甲醇計量的溫度校正公式：

m=(0.810 21-9.41×10-4t2)V2-(0.810 21-9.41×10-4t1)V1

3 結(jié)語

針對心連心公司的實際生產(chǎn)情況對甲醇產(chǎn)量計算方法進行了改進。在甲醇貯槽溫度的變化范圍(4～35 ℃)內(nèi)進行分析，同時對《物性手冊》數(shù)據(jù)進行擬合和軟件模擬數(shù)據(jù)進行擬合，并對2個公式與實驗室實際測量結(jié)果進行對比，最終得出通過《物性手冊》數(shù)據(jù)模擬出來的公式更加準(zhǔn)確。經(jīng)過實際運用，大大降低了計量誤差。此次改進對精醇的能耗及產(chǎn)能方面都有很大的指導(dǎo)作用；另外，此次改進僅通過改變記錄數(shù)據(jù)和計算方法來實現(xiàn)，沒有增加任何設(shè)備(如流量計等)，不影響生產(chǎn)成本。