200 kt/a甲醇精餾系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

，，

(1.新疆化工設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830006；2.新疆大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830046)

0 前 言

甲醇是一種基礎(chǔ)化工原料，在本研究中，作為甲基化劑生產(chǎn)甲醛，以供應(yīng)下游BDO裝置。在甲醛生產(chǎn)過程中，甲醇原料的質(zhì)量是其關(guān)鍵控制因素；鑒于此，本文探討200 kt/a甲醇裝置精餾系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，以期滿足甲醛生產(chǎn)對原料甲醇品質(zhì)的要求。在甲醇精餾工藝模擬過程中，產(chǎn)品甲醇質(zhì)量參考取值范圍比較苛刻的GB 338-2011國標優(yōu)等品及美國聯(lián)邦A(yù)A級標準。

本文針對裝置的實際要求，基于Aspen Plus軟件對四塔精餾過程進行全流程模擬；對塔溫、塔壓、塔頂回流比、進料位置、進料溫度進行優(yōu)化分析以確定其最佳操作參數(shù)；提出雙效精餾模型，將加壓塔塔頂氣用作常壓塔再沸器熱源，將各再沸器凝水用于塔進料預(yù)熱，優(yōu)化其換熱網(wǎng)絡(luò)；并運用EDR軟件，對裝置中的換熱器進行選型計算。

1 設(shè)計基礎(chǔ)資料

(1)產(chǎn)品規(guī)模 200 kt/a精甲醇

(2)年操作時間 7 200 h

(3)生產(chǎn)方式 連續(xù)生產(chǎn)

(4)操作彈性 60%～110%(負荷)

(5)原料粗甲醇成分(見表1)

表1 原料粗甲醇成分表 %(wt)

2 甲醇精餾系統(tǒng)模擬計算

2.1 工藝流程(圖1)概述

粗甲醇經(jīng)預(yù)熱器加熱后進入預(yù)精餾塔，塔頂不凝氣冷卻后送出裝置，塔底出料進入加壓塔。加壓塔塔頂氣相溫度約127 ℃，去常壓塔再沸器作熱源，冷凝液部分回流，另一部分作為精甲醇產(chǎn)品送出。加壓塔塔底出料進入常壓塔，常壓塔塔底排出廢水，塔頂精甲醇產(chǎn)品送出。常壓塔側(cè)線采出液進入回收塔，回收塔塔底廢水送出裝置，回收塔側(cè)線采出雜醇油送出裝置，塔頂甲醇蒸氣冷卻后送回常壓塔。常壓塔塔底0.8 MPa(G)蒸汽冷凝液作為預(yù)精餾塔和加壓塔預(yù)熱器熱源，以回收能量。

圖1 甲醇精餾四塔工藝流程簡圖

2.2 模型建立及熱力學(xué)方法

粗甲醇屬于非極性體系，可選的物性方法有WILSON、NRTL、UNIQUAC等。據(jù)文獻及現(xiàn)有裝置模擬分析，預(yù)精餾塔及加壓塔采用UNIQUAC熱力學(xué)方法，常壓塔及回收塔選用NRTL熱力學(xué)方法。精餾選用Radfrac嚴格法精餾模型，換熱器選用HeatX模型，回流罐選用Flash模型，輸送泵選用Pump模型。

計算過程采用Sensitivity及Optimization優(yōu)化工具對各塔塔板數(shù)、進料位置、溫度、壓力、回流比等操作參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計。

2.3 工藝過程模擬計算

運用Aspen Plus軟件對甲醇精餾四塔工藝過程進行全流程模擬，結(jié)果見表2。

通過物料衡算，參照GB 338-2011國標優(yōu)等品質(zhì)量要求，對本設(shè)計進行對標分析可以知道，產(chǎn)品指標均達到要求；精甲醇產(chǎn)品純度為99.99%(wt)、甲醇收率為99.67%、蒸汽單耗為1.09 t、循環(huán)冷卻水單耗為83.24 t，裝置能耗水平達到國內(nèi)先進水平。對標結(jié)果詳見表3。

3 設(shè)備選型計算

3.1 精餾塔器

運用Aspen Plus軟件Tray Sizing及Pack Sizing模塊對精餾塔器進行初步選型計算，結(jié)果見表4。

表2 甲醇精餾裝置工況及物料平衡表

表3 甲醇精餾裝置模擬計算值對標表

表4 甲醇精餾塔器選型計算表

3.2 換熱器

運用EDR軟件，對換熱器進行初步選型計算，結(jié)果見表5。

表5 換熱器選型計算表

注：換熱器主要材質(zhì)均為CS(碳鋼)。

4 總 結(jié)

(1)通過模擬優(yōu)化設(shè)計，本四塔甲醇精餾裝置生產(chǎn)的精甲醇純度高、收率高；裝置能耗低，蒸汽單耗僅為1.09 t，循環(huán)冷卻水單耗為83.24 t；環(huán)保水平高，廢水中甲醇含量僅為12×10-6，遠低于30×10-6的限額。

(2)全流程模擬中，選擇了合適的熱力學(xué)模型及設(shè)備模型，采用優(yōu)化工具對操作參數(shù)進行處理，以降低能耗，并得出了優(yōu)化的設(shè)計方案。

(3)方案設(shè)計過程中，采用雙效精餾及換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，降低了再沸器蒸汽用量，保證了蒸汽單耗低于1.2 t的限額。

(4)精餾塔器及換熱器選型計算，提供了可供參考的設(shè)備選型方案?？偠灾?，本研究可為甲醇精餾系統(tǒng)的設(shè)計提供較為完備的工藝包。

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