甲醇精餾系統(tǒng)模擬與優(yōu)化研究

孫國(guó)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(guó)秀(河北澤田化工有限公司， 河北 衡水 053000)

文章通過(guò)應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬軟件，對(duì)不同甲醇精餾系統(tǒng)進(jìn)行模擬，并從結(jié)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(xué)的參考依據(jù)，有助于提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)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(xué)合成的粗甲醇雜質(zhì)過(guò)多，無(wú)法直接在生產(chǎn)中應(yīng)用，為了提煉高純度甲醇，需要進(jìn)行精餾[1]。但是在實(shí)際加工過(guò)程中，粗甲醇的精餾成本過(guò)高，導(dǎo)致企業(yè)利潤(rùn)降低。因此，加強(qiáng)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(diǎn)。文章主要應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬軟件，分別對(duì)雙塔精餾工藝和三塔精餾工藝進(jìn)行模擬，從而明確兩種工藝的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

1 甲醇精餾工藝流程

1.1 雙塔流程

雙塔流程主要設(shè)備為兩個(gè)精餾塔。粗甲醇在第一精餾塔去除雜質(zhì)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(jié)后進(jìn)入回流罐，其中一部分被制成產(chǎn)品進(jìn)行銷(xiāo)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(gè)精餾塔，該工藝能夠有效提升甲醇提煉精度和效率，同時(shí)能夠節(jié)省加工成本，在實(shí)際生產(chǎn)中具有較好的應(yīng)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(yīng)；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(yán)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(gè)模塊。

2.2 物性方法選擇

在模擬計(jì)算過(guò)程中，熱力學(xué)計(jì)算方法與計(jì)算結(jié)果的真實(shí)性與科學(xué)性有密切的相關(guān)性。甲醇精餾過(guò)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(yīng)用價(jià)值。模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的相似度越高，說(shuō)明該模型的準(zhǔn)確性和可行性越高。筆者以多年研究經(jīng)驗(yàn)分析，雙塔、三塔精餾工藝采用WILSON及NRTL物性方法較為科學(xué)，能夠符合模型各模塊的要求。

3 模型優(yōu)化

3.1 進(jìn)料位置對(duì)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(jìn)料位置改變，會(huì)導(dǎo)致塔頂甲醇產(chǎn)生發(fā)生變化，同時(shí)對(duì)加熱器與冷凝器的熱負(fù)荷也會(huì)造成一定的影響。因此，需要通過(guò)分析進(jìn)料位置對(duì)精力效果的影響，明確科學(xué)的進(jìn)料位置。筆者以多年經(jīng)驗(yàn)分析，隨著進(jìn)料位置的下降，產(chǎn)品加工質(zhì)量會(huì)逐漸提升，當(dāng)進(jìn)料位置達(dá)到第36塊理論版后，第二精餾塔塔頂甲醇質(zhì)量增長(zhǎng)速度減緩，但第三精餾塔產(chǎn)出甲醇質(zhì)量下降；當(dāng)?shù)诙s塔進(jìn)料位置超過(guò)第36塊理論版后，第三精餾塔產(chǎn)出甲醇質(zhì)量不符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。因此，雙效精餾模塊的最佳進(jìn)料位置為第36塊理論版。

3.2 回流比對(duì)精餾效果的影響

回流比對(duì)甲醇精餾質(zhì)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(duì)精餾效果的影響

壓力超過(guò)750kPa后，精餾質(zhì)量無(wú)法滿足生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，因此模型中加壓塔壓力參數(shù)可以設(shè)為750kPa。

4 經(jīng)濟(jì)性評(píng)估

經(jīng)濟(jì)性評(píng)估對(duì)于甲醇精餾工藝的選擇具有重要影響，其能夠有效評(píng)估工藝的經(jīng)濟(jì)效益，如此才能夠選擇更加好的加工工藝。但是在評(píng)估前，需要做出許多假設(shè)，這導(dǎo)致評(píng)估結(jié)果存在很大的不確定性。因此，本次研究采用簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)評(píng)估法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)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(shuō)明三塔精餾工藝的年生產(chǎn)成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(shè)計(jì)[J].化工進(jìn)展,2013,27(10):1659-1662.

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

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