甲醇精餾系統(tǒng)的模擬與優(yōu)化

薛利軍

（同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司,山西 大同 037000）

引 言

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展,我們所需的自然資源量急劇增大,由于人們不科學(xué)不合理的開(kāi)采,造成資源浪費(fèi),導(dǎo)致新世紀(jì)能源短缺問(wèn)題日益嚴(yán)重,在今天,甲醇作為新式清潔能源也已經(jīng)成了一種新的趨勢(shì),在近一段時(shí)期,甲醇工業(yè)帶動(dòng)了煤化工產(chǎn)業(yè)的大跨步發(fā)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(chǎn)品的純度,需要對(duì)其進(jìn)行精餾,但是這個(gè)過(guò)程會(huì)大量的損耗能耗,因此,甲醇的精餾是開(kāi)發(fā)先進(jìn)、節(jié)能的工藝流程,近年來(lái),我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了飛速發(fā)展,化工流程模擬技術(shù)也得到了提升,事實(shí)證明：使用流程模擬技術(shù)后,可以幫助企業(yè)明顯的降低生產(chǎn)成本,使企業(yè)的創(chuàng)新性、生產(chǎn)力、經(jīng)濟(jì)利益得到有效提高。

1 甲醇精餾技術(shù)

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(duì)此進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

1.1 雙塔工藝

甲醇雙塔精餾主要是由預(yù)精餾塔和主精餾塔兩部分組成,在操作時(shí),第一步先在預(yù)精餾塔中進(jìn)行脫除輕餾物質(zhì)處理,除去二甲醚等物質(zhì),然后將預(yù)精餾塔底甲醇和其他物質(zhì)送入重餾分塔和主塔中,進(jìn)行更進(jìn)一步的雜質(zhì)分離,然后得到高純度的甲醇。但是在制取過(guò)程中有時(shí)主塔塔頂會(huì)有極少量的低沸點(diǎn)雜質(zhì)出現(xiàn),為解決這一問(wèn)題,所以在距塔頂5塊左右塔板上進(jìn)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(wèn)題,因?yàn)閮烧呶锢硇再|(zhì)相近,所以分離較為困難,見(jiàn)圖1。

1.2 三塔雙效精餾工藝

在應(yīng)用三塔雙效工藝時(shí),先將甲醇通入預(yù)精餾塔然后送入加壓塔,加壓塔在工作時(shí),塔頂?shù)恼羝粫?huì)經(jīng)過(guò)塔頂冷凝器而是直接進(jìn)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(fā)的相同,兩者在工作時(shí)都是利用前塔的頂部出汽作為后塔的加熱熱源,這一過(guò)程可以對(duì)后塔加熱能源進(jìn)行有效的節(jié)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(yīng)該加壓使塔頂?shù)恼羝懈玫臏囟?如第69頁(yè)圖2所示。

1.3 粗甲醇信息

詳細(xì)信息如第69頁(yè)表1所示。

圖2 三塔雙效流程

表1 甲醇組成和生產(chǎn)要求

2 模型建立

現(xiàn)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(huì)提供多種不同的單元操作類(lèi)型,我們可以根據(jù)不同的操作單元模型的用途和特點(diǎn),進(jìn)行模型建立,本文選用的是嚴(yán)格精餾模型,這個(gè)模型可以模擬現(xiàn)存所有多級(jí)氣體液體精餾操作,在它的幫助下我們可以初步完成對(duì)精餾塔的設(shè)計(jì)和分析。

2.1 甲醇雙塔精餾系統(tǒng)建模

根據(jù)所選軟件,把甲醇雙塔進(jìn)行劃分,分為預(yù)精餾塔和主精餾塔兩個(gè)板塊,然后應(yīng)用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型對(duì)其進(jìn)行模擬操作,通過(guò)靈活的應(yīng)用各種各樣的公式,圖形以及理論知識(shí),來(lái)完成此種情況下,甲醇雙塔精餾系統(tǒng)的模擬。這些進(jìn)行模擬的過(guò)程當(dāng)中,需要從甲醇的特性出發(fā),根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)膱D表說(shuō)明。由于建模不僅僅是將所求問(wèn)題用圖形直觀地表達(dá)出來(lái),還可以應(yīng)用其他,比如理論知識(shí),各種各樣的公式,以及各種各樣的理論知識(shí),這里就不再用圖形來(lái)做舉例［1］。

2.2 甲醇三塔雙效精餾系統(tǒng)建模

按雙塔劃分的同樣道理,對(duì)三塔進(jìn)行劃分,分為預(yù)精餾塔、常壓塔和加壓塔兩個(gè)模塊,然后用軟件對(duì)比進(jìn)行數(shù)據(jù)及圖形模擬。

3 模型優(yōu)化

上文提到了系統(tǒng)模型的建立,接下來(lái)主要對(duì)甲醇三塔雙效工藝模擬和優(yōu)化進(jìn)行分析,利用分析工具對(duì)模擬過(guò)程中的進(jìn)料位置、塔壓等對(duì)精餾過(guò)程的影響進(jìn)行分析,然后進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的優(yōu)化操作,從而達(dá)到總體成本降低的目的。

3.1 進(jìn)料位置的影響

在模擬過(guò)程中,我們?cè)诒ＷC回流比和采出量不變的前提下,改變甲醇原料物流的進(jìn)料位置,發(fā)現(xiàn)了,進(jìn)料口的改變會(huì)直接導(dǎo)致塔頂組分的變化,同時(shí),常壓塔的再沸器和冷凝器也會(huì)被影響,所以,我們對(duì)進(jìn)料口的靈敏度進(jìn)行了分析,找到了合理的進(jìn)料塔板位置［2］。

通過(guò)圖3、圖4的對(duì)比發(fā)現(xiàn),在對(duì)進(jìn)料位置進(jìn)行調(diào)整分析時(shí),隨著加壓塔位置高度的下降,塔頂?shù)漠a(chǎn)品質(zhì)量得到了提高,但是理論板增加到第36塊時(shí),塔頂產(chǎn)品質(zhì)量的增速降低,并且常壓塔的產(chǎn)品質(zhì)量被降低了,因此得出結(jié)論：當(dāng)加壓塔進(jìn)料位置大于等于第36塊理論板后,產(chǎn)品質(zhì)量不能滿足生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn),所以,加壓塔的第36塊理論板為雙效精餾模塊的適宜進(jìn)料口位置［3］。

圖3 加壓塔進(jìn)料位置對(duì)常壓塔產(chǎn)品質(zhì)量的影響

圖4 進(jìn)料位置對(duì)加壓塔產(chǎn)品質(zhì)量影響

3.2 加壓塔回流比的影響

通過(guò)回流比產(chǎn)生影響的圖5及第70頁(yè)圖6、圖7對(duì)比可知加壓塔回流比變化對(duì)加壓塔的影響相比于對(duì)常壓塔的影響更大,從圖中可以觀察到,當(dāng)回流比的數(shù)值到2.8的時(shí)候,加壓塔、常壓塔兩者都可以滿足生產(chǎn)要求,當(dāng)數(shù)值到2.8以后,此時(shí)產(chǎn)能增加不大,但是加壓塔的負(fù)荷一直處于增加狀態(tài),所以,為在滿足產(chǎn)品達(dá)標(biāo)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(duì)加壓塔產(chǎn)品質(zhì)量影響

圖6 加壓塔回流比對(duì)常壓塔產(chǎn)品質(zhì)量影響

圖7 加壓塔回流比對(duì)精餾系統(tǒng)能耗影響

3.3 模擬優(yōu)化結(jié)果

經(jīng)過(guò)靈敏度分析,在獲得優(yōu)化后的模擬結(jié)果后,將雙塔精餾和三塔雙效精餾工藝進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)三塔雙效精餾系統(tǒng)的總產(chǎn)品質(zhì)量流率高于雙塔精餾系統(tǒng),并且三塔雙效工藝的產(chǎn)品雜質(zhì)含量比雙塔更低,甲醇純度更高,同時(shí),我們發(fā)現(xiàn)三塔雙效精餾工藝的回收率高于雙塔精餾系統(tǒng)。并且三塔雙效比雙塔精餾工藝能耗更低。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)甲醇雙塔精餾工藝和三塔雙效精餾工藝的流程和系統(tǒng)模型建立進(jìn)行了介紹后,主要對(duì)三塔雙效精餾工藝進(jìn)行了講述,包括了加壓塔回流比、粗甲醇原料進(jìn)料口位置影響進(jìn)行了分析和優(yōu)化,最后得出結(jié)論,三塔雙效精餾工藝與常規(guī)的雙塔精餾工藝相比而言,具有更節(jié)能、高產(chǎn)、穩(wěn)定等明顯優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 趙運(yùn)濤,王毅,曹強(qiáng)強(qiáng),等.延長(zhǎng)氣田含甲醇污水再生系統(tǒng)模擬及優(yōu)化改造［J］.石油與天然氣化工,2017,10（10）：1－8.

［2］ 王紹云,向陽(yáng),初廣文,等.甲醇精餾系統(tǒng)的模擬與優(yōu)化研究［J］.計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué),2015,32（4）：403－407.

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