第20卷第4期潔凈煤技術(shù)Vol 20 No 42014年7月Clean Coal TechnologyJuly 2014甲醇雙效精餾系統(tǒng)的優(yōu)化研究寧利民,李國(guó)忠,閃俊杰(唐山中潤(rùn)煤化工有限公司,河北唐山063611摘要:為優(yōu)化焦?fàn)t氣制甲醇工芑中甲醇雙效精餾系統(tǒng),利用流程模擬技術(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模擬分析,對(duì)比分祈模擬數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù),提岀甲醇雙效精餾系統(tǒng)的優(yōu)化措施。結(jié)果表明:模擬數(shù)據(jù)與實(shí)際教據(jù)基本吻合,模擬狀態(tài)下每天可產(chǎn)甲醇350.4t,與實(shí)際產(chǎn)量350t相符,說明 Wilson方程可用于甲醇-水體系。甲醇雙效精餾系統(tǒng)中所需蒸汽量為9.83υh,而實(shí)際工況中蒸汽使用量為12.2υh,實(shí)際工況中的蒸汽使用量仍偏大,應(yīng)降低蒸汽使用量;加壓精餾塔、常壓精餾塔最佳回流比分別為1.50和0.94加壓精餾塔中第25抉塔板為靈敏板,常壓精餾塔中第18、38塊塔板作為靈敏板,日常操作中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以上塔板溫度的變化。關(guān)鍵詞:甲醇;雙效精餾;流程模擬;加壓精餾塔;常壓精餾塔中圖分類號(hào):TD849;TQ23文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1006-6702(2014)04-0058-03Optimization of methanol double-effect distillation systemNING Limin, LI Guozhong, SHAN JunjieTangshan Zhongrun Coal Chemical Industry Co, Lid, Tangshan 063611, China)Abstract: The methanol double-effect distillation system is simulated and analyzed with the process simulation technology. The optimizationscheme is proposed on the basis of the simulation data and the actual condition. The results show that, the simulation production of 350. 4d is in accordance with the actual production of 350 td. The Wilson in activity coefficient model is used for the simulation. The simulationstudy show that the methanol double-effect distillation system of steam required amount is 9.83 t/h, and the use of steam in actual operatIg condition is 12.2 th, the steam practical usage is still too large. The optimum reflux of the pressured distillation tower 1. 50 through sim-ulation study, and the optimum reflux of distillation tower is 0. 94. The twenty-fifth tower plate in the pressured tower is the sensitive platethe eighteenth tower plate and the thirty-eighth tower plate in the atmospheric distillation tower is the sensitive plate. The temperature above the tray should be focused on daily operation indexKey words: methanol; double-effect distillation; process simulation; pressured distillation tower; atmospheric distillation towe0引言流程模擬技術(shù)已在化工工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用,但在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域還未獲得大規(guī)模普及應(yīng)精餾單元是化工生產(chǎn)工藝中重要的分離方式用6。近年來隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷更新,流程模也是能量消耗的主要場(chǎng)所。焦?fàn)t氣制甲醇工藝中擬技術(shù)已逐漸應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域1012。閃俊杰、精餾單元的蒸汽消耗占總蒸汽消耗的13左右,加李國(guó)忠等利用流程模擬技術(shù)對(duì)焦?fàn)t煤氣凈化工藝中強(qiáng)甲醇精餾系統(tǒng)的研究非常重要-?；ち鞒棠５恼舭眴卧M(jìn)行優(yōu)化H4-;樊艷良對(duì)反應(yīng)精餾擬技術(shù)是指利用計(jì)算杋技術(shù)對(duì)化工工藝流程進(jìn)行模領(lǐng)域進(jìn)行模擬研究。筆者利用流程模擬技術(shù)對(duì)焦?fàn)t擬與計(jì)算,并對(duì)該工藝的質(zhì)量與能量平衡進(jìn)行仿真氣制甲醇工藝中的精餾工藝進(jìn)行模擬與優(yōu)化,尋求模擬,模擬化工過程可能進(jìn)行的程度及方向,從而對(duì)最佳工藝參數(shù),使精餾工藝獲得最佳能耗指標(biāo)與生未知工藝及現(xiàn)有工藝生產(chǎn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。目前化工產(chǎn)狀態(tài)中國(guó)煤化工收稿日期:2014-02-20;責(zé)任編輯:白婭娜DO:10.13226/isn.1006-6772.201CNMHG作者簡(jiǎn)介:寧利民(1968-),男,河北遷安人,高級(jí)工程師,從事化工生產(chǎn)與研究工作。E2mhl:gm@ kailuan,com,cn引用格式:寧利民,李國(guó)忠,閃俊杰甲醇雙效精餾系統(tǒng)的優(yōu)化研究[J].潔凈煤技術(shù),2014,20(4):58-60,64.NING Limin, LI Guozhong, SHAN Junjie. Optimization of methanol double-effect distillation system[ J]. Clean Coal Technology, 2014, 20(4):58-寧利民等:甲醇雙效精餾系統(tǒng)的優(yōu)化研究2014年第4期表1模擬基礎(chǔ)條件1甲醇雙效精餾系統(tǒng)模型的建立進(jìn)料組成/%進(jìn)料溫頂部甲醇唐山中潤(rùn)煤化工有限公司(簡(jiǎn)稱唐山中潤(rùn))甲項(xiàng)目(kgh)甲醇水度/℃純度/%醇精餾系統(tǒng)采用三塔雙效精餾技術(shù),即預(yù)精餾塔、加加壓精餾塔17000壓精餾塔、常壓精餾塔三塔連續(xù)精餾,加壓精餾與常常壓精餾塔壓精餾雙效分離,具體工藝流程如圖1所示。粗甲醇預(yù)熱后進(jìn)入預(yù)精餾塔,將粗甲醇中少量低沸點(diǎn)輕模擬數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)比見表2。由表2可組分雜質(zhì)分出,分離后的粗甲醇液從塔底流出經(jīng)加知,模擬數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)基本吻合,模擬狀態(tài)下每天壓后進(jìn)人加壓塔精餾,部分氣態(tài)精甲醇從加壓精餾可產(chǎn)甲醇350.4t,與實(shí)際產(chǎn)量350t相符,說明所選塔塔頂引岀后進(jìn)入常壓精餾塔再沸器,與常壓精餾物性方程可用于甲醇-水體系,所建計(jì)算模型對(duì)實(shí)塔塔底物料換熱后冷凝為液態(tài)進(jìn)入加壓精餾塔回流際生產(chǎn)具有指導(dǎo)作用。槽,由回流泵送回加壓精餾塔頂,同時(shí)部分精甲醇采表2模擬數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)的對(duì)比岀送往精甲醇儲(chǔ)罐。加壓精餾塔底部物料繼續(xù)進(jìn)入塔頂溫塔底溫頂部甲醇甲醇產(chǎn)量/常壓精餾塔分離,塔頂精甲醇送往精甲醇儲(chǔ)罐,塔底項(xiàng)目度/℃度/℃噸度/%(t·d)殘液送往污水處理系統(tǒng)。與雙塔單效精餾技術(shù)相加壓模擬數(shù)據(jù)123.40129.029999142.80比,甲醇雙效精餾系統(tǒng)可節(jié)省大量蒸汽資源,節(jié)能降精餾塔實(shí)際數(shù)據(jù)120.70128.8099.99l400耗作用明顯。常壓模擬數(shù)據(jù)64.2099.2099.9907.6常壓精餾塔頂冷凝器精餾塔實(shí)際數(shù)據(jù)62.10108.409999210.0常壓精餾塔回流槽3甲醇雙效精餾系統(tǒng)的優(yōu)化精甲醇去Q聚甲3.1能耗優(yōu)化常壓精餾塔回流泉精餾系統(tǒng)的能耗主要體現(xiàn)在蒸汽的消耗上,雖然甲醇雙效精餾系統(tǒng)相比于單效精餾系統(tǒng)更加節(jié)省殘液去生化處理能耗,但實(shí)際工況與模擬數(shù)據(jù)仍有一定差距,因此有必要對(duì)精餾系統(tǒng)中的蒸汽消耗進(jìn)行分析。表2中加預(yù)精餾塔預(yù)后泵加壓精餾塔常壓精餾塔殘液泵壓精餾塔頂部模擬溫度比實(shí)際溫度略高,常壓精餾圖1三塔精餾工藝流程苔底部模擬溫度比實(shí)際溫度略高,這是由于實(shí)際工2甲醇雙效精餾系統(tǒng)的模擬分析況中加壓精餾塔頂部回流溫度處于過冷狀態(tài)(120℃),有部分顯熱傳給了常壓精餾塔底部再沸器,導(dǎo)預(yù)精餾塔主要作用是除去粗甲醇中極少量的氣致常壓精餾塔底部溫度比模擬溫度高9.2℃,而模態(tài)及低沸點(diǎn)雜質(zhì),這些雜質(zhì)含量很低,約占粗甲醇的擬狀態(tài)下常壓精餾塔僅需利用加壓精餾塔頂部產(chǎn)品%,加之精餾系統(tǒng)的能耗及產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定主要取決的潛熱即可達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)量。兩塔于加壓精餾與減壓精餾過程,因此,本次精餾系統(tǒng)的熱負(fù)荷模擬結(jié)果見表3,模擬僅以加壓精餾塔與常壓精餾塔為主要硏究對(duì)象表3兩塔熱負(fù)荷模擬結(jié)果對(duì)雙效精餾過程進(jìn)行優(yōu)化分析。由于加壓精餾塔進(jìn)冷負(fù)荷/(GJ·h-1)料中甲醇與水的實(shí)際質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過99%,為簡(jiǎn)化計(jì)項(xiàng)目頂部底部算過程,減少干擾因素,本次模擬計(jì)算將極少量乙醇、雜醇等雜質(zhì)忽略不計(jì),僅以甲醇-水體系作為研rV凵中國(guó)煤化工16.0究對(duì)象。由于甲醇-水體系屬于極性體系,在數(shù)據(jù)CNMHG庫(kù)中有相應(yīng)的交互參數(shù),因此按照物性方程的相關(guān)甲醇雙效精餾系統(tǒng)的熱量由加壓精餾塔底部供選取規(guī)則,本次模擬選用活度系數(shù)模型中的 Wilson給,甲醇雙效精餾系統(tǒng)的能耗取決于加壓精餾塔再方程進(jìn)行計(jì)算,模擬基礎(chǔ)條件見表1。沸器的蒸汽消耗量。本次模擬系統(tǒng)中加壓精餾塔底2014年第4期潔凈媒技術(shù)第20卷部所需熱量為20.5CJ/h,查相關(guān)資料得0.6MPa點(diǎn)關(guān)注的指標(biāo)。由圖3b)可知,常壓精餾塔由下至下飽和蒸汽的蒸發(fā)熱為2085kJ/kg,則所需蒸汽量上溫度逐漸降低,由于操作壓力降低,全塔溫度變化為9.83th,而實(shí)際工況中蒸汽使用量為12.2t/h,較為明顯,全塔共有兩個(gè)溫度變化較大的靈敏點(diǎn),分說明實(shí)際工況中的蒸汽使用量仍偏大。別為第18層與38層,因此可將第18與38塊塔板3.2回流比的影響作為靈敏板,該塔板的溫度作為日常操作中重點(diǎn)關(guān)回流比是影響塔頂部甲醇純度的重要指標(biāo),也注的指標(biāo)。是精餾操作過程中重要的調(diào)節(jié)指標(biāo)?；亓鞅冗^大會(huì)使塔頂甲醇純度增加,但同時(shí)也會(huì)增加精餾系統(tǒng)的能耗;回流比過小會(huì)使頂部甲醇純度下降,影響甲醇質(zhì)量,只有回流比合適,才能在確保頂部甲醇質(zhì)量的同時(shí)不會(huì)增加過多能耗。加壓精餾塔、常壓精餾塔回流比對(duì)塔頂甲醇純度的影響如圖2所示。由圖2可知,塔頂甲醇純度塔板數(shù)隨著回流比的增加而增加。當(dāng)加壓精餾塔回流比為a)常壓精餾塔1.50,常壓精餾塔回流比為0.94時(shí),塔頂甲醇純度130.5達(dá)到99.9%以上,繼續(xù)增加回流比無益于產(chǎn)品質(zhì)128.5量,反而會(huì)增加能耗,因此確定加壓精餾塔、常壓精餾塔最佳回流比分別為1.50和0.94126.趙氯濫1225塔板數(shù)b)加壓精餾塔圖3加壓精餾塔、常壓精餾塔各層塔板溫度分布4結(jié)論回流比a)常壓精餾塔1)甲醇雙效精餾系統(tǒng)中所需蒸汽量為9.83t/h,而實(shí)際工況中蒸汽使用量為12.2t/h,實(shí)際工況中的蒸汽使用量仍偏大型99.62)甲醇雙效精餾系統(tǒng)中加壓精餾塔的最佳回994流比為1.50,常壓精餾塔的最佳回流比為0.93)加壓精餾塔中第25塊塔板為靈敏板,常壓精餾塔中第18與第38塊塔板作為靈敏板,以上塔1.4板溫度應(yīng)當(dāng)作為日常操作中重點(diǎn)關(guān)注的指標(biāo)。b)加壓精餾塔參考文獻(xiàn)圖2加壓精餾塔、常壓精餾塔回流比[1]肖瑞華,白金峰煤化學(xué)產(chǎn)品工藝學(xué)[M].2版北京:冶金工業(yè)對(duì)塔頂甲醇純度的影響出版社,2008:110-113.3靈敏板的確定[2]郭樹才,胡浩杈.煤化工工藝學(xué)[M].3版.北京:化學(xué)工業(yè)出版加壓精餾塔、常壓精餾塔各層塔板的溫度分布如圖3所示。由圖3a)可知,加壓精餾塔由下至上1中國(guó)煤化工樣情報(bào)開發(fā)與經(jīng)流201CNMHG溫度逐漸降低,第25層以上各塔板溫度變化趨于平[4]王育紅利用焦?fàn)t煤氣作合成氣生產(chǎn)甲醇的探析[J]河南冶穩(wěn),以下各塔板溫度變化明顯,因此可將第25塊理金,2005,13(5):19-20論板作為靈敏板,該塔板的溫度作為日常操作中重(下轉(zhuǎn)第64頁(yè))2014年第4期潔凈媒技術(shù)第20卷3.3規(guī)范采制樣操作5]薛改鳳,項(xiàng)茹,陳鵬,等煉焦煤質(zhì)量指標(biāo)評(píng)價(jià)體系的研究煤是不均質(zhì)的混合物,也是大宗商品,采制樣過[J].武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào),2009,32(1):36-40程相當(dāng)復(fù)雜,由采制樣帶來的誤差遠(yuǎn)大于化驗(yàn)誤差[7]GB/T16417-2011],煤炭可選性評(píng)定方法[S][8]GB/T15224.1-2010,煤炭質(zhì)量分級(jí)第1部分:灰分[S]采樣是正確評(píng)價(jià)煤質(zhì)的基礎(chǔ),只有采取有代表性的[9]GB/T15224.2—2010,煤炭質(zhì)量分級(jí)第2部分:硫分[S]樣品,才能真實(shí)反映煤質(zhì)情況。因此采制樣的每[10]朱銀惠,李輝,張現(xiàn)林,等影響焦炭質(zhì)量的因素分析[J].潔環(huán)節(jié)應(yīng)嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,降低人為干擾因凈煤技術(shù),2008,14(3):77-80素的影響,保證試驗(yàn)樣品能準(zhǔn)確表征商品煤質(zhì)量,真[1]周強(qiáng).中國(guó)煤中硫氮的賦存狀態(tài)研究[門].潔凈煤技術(shù)實(shí)反映煤炭品質(zhì)202008,14(1):73-77[12]MT/T596-2008,煙煤黏結(jié)指數(shù)分級(jí)[S]3.4加強(qiáng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的應(yīng)用[13]陳鵬中國(guó)煤炭性質(zhì)、分類和利用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版由于疏忽、數(shù)據(jù)處理不當(dāng)或記錄不全等原因造社,204:44-16成煤質(zhì)評(píng)價(jià)失真的情況在實(shí)驗(yàn)室時(shí)有發(fā)生。統(tǒng)計(jì)技[141CB/T5751-209,中國(guó)煤炭分類[S術(shù)是實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制的有效方法,正確運(yùn)用統(tǒng)計(jì)技[15]陳亞飛煤質(zhì)評(píng)價(jià)與煤質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化[J]煤質(zhì)技術(shù),2006(1):12-術(shù)會(huì)使日常檢驗(yàn)工作形成良性循環(huán)機(jī)制,提高實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)質(zhì)量2。對(duì)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行綜合研究時(shí),發(fā)現(xiàn)[16]張進(jìn)春,吳超基于多重多元回歸的焦炭質(zhì)量預(yù)測(cè)模型[J科技導(dǎo)報(bào),2010,28(12):79-84異?；?yàn)數(shù)據(jù)一定要仔細(xì)核實(shí),避免影響試驗(yàn)結(jié)果。17]劉春梅焦炭質(zhì)量預(yù)測(cè)模型構(gòu)建[J].輕工科技,2012(5):81-3.5提高儀器設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化水平同一煤質(zhì)指標(biāo)的檢測(cè),不同企業(yè)所用儀器設(shè)備8]徐興福,孫寶東,盛建文,等南鋼焦炭質(zhì)量預(yù)測(cè)模型研究[J大都不同,而且有些設(shè)備上的儀表甚至沒有經(jīng)過計(jì)煤化工,2012(2):32-35量部門檢驗(yàn),勢(shì)必影響煤質(zhì)指標(biāo)的精密度。企業(yè)應(yīng)[19]趙堅(jiān)煤質(zhì)化驗(yàn)的誤差控制對(duì)策探討[J].管理學(xué)家,2013(11):511采購(gòu)有生產(chǎn)資質(zhì)廠家生產(chǎn),且計(jì)量合格的儀器設(shè)備[20]孟祥華正確評(píng)價(jià)煤質(zhì)工作中的幾個(gè)問題[J.煤炭技術(shù),并定期校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室儀器儀表,保證儀器的精密度。2007,26(5):136[21]李春艷,王興無煤質(zhì)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制[J].煤質(zhì)技術(shù)4結(jié)語(yǔ)007(3):14-16依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)煉焦煤進(jìn)行全面分析,可了解原煤性質(zhì),優(yōu)化用煤計(jì)劃,科學(xué)鑒定混煤,正確指導(dǎo)(上接第60頁(yè))配煤煉焦,建立科學(xué)評(píng)價(jià)體系,有效利用煉焦煤資[5]楊明煤制天然氣現(xiàn)狀及發(fā)展建議[J]潔凈煤技術(shù),2011,17(3):3-5,97源。企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)煉焦煤質(zhì)量分析、評(píng)價(jià)工作,對(duì)進(jìn)場(chǎng)[6」楊祥生淺談優(yōu)化設(shè)計(jì)在焦化項(xiàng)目建設(shè)的應(yīng)用[J].科技情報(bào)開煤進(jìn)行科學(xué)分類分區(qū)堆放,優(yōu)化配煤煉焦,確保焦炭發(fā)與經(jīng)濟(jì),2007,17(36):269-270.質(zhì)量全面穩(wěn)定提升。目前,中國(guó)煤質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系7]孫蘭義化工流程模擬實(shí)訓(xùn): Aspen Plus教程M].北京:化學(xué)工已基本形成,但在實(shí)際應(yīng)用中還會(huì)存在一些問題,應(yīng)業(yè)出版社,2012:10不斷改進(jìn),規(guī)范、完善煉焦煤質(zhì)量評(píng)價(jià)體系[8]楊友麒化工過程模擬[J].化工進(jìn)展,1996(3):1-7,63.[9]楊光輝化工流程模擬技術(shù)及應(yīng)用[J].山東化工,2008,37(8)參考文獻(xiàn)35-38[10]龍敢飛鋼鐵焦化廠蒸氨系統(tǒng)工藝的優(yōu)化[D].湘潭:湘潭大[1]胡彬國(guó)內(nèi)煉焦煤市場(chǎng)簡(jiǎn)析[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì),2014(1):26,29[1]劉雨虹 ASPEN PLUS化工模擬系統(tǒng)在精餾過程中的應(yīng)用[2]白向飛,張宇宏.中國(guó)煉焦商品煤質(zhì)量現(xiàn)狀分析[J]煤質(zhì)技術(shù)[J]石油化工腐蝕與防護(hù),2003,20(4):562013(1):1-3[12]李欣平,王宏麗減壓塔并行模擬計(jì)算與分析[J].化工設(shè)計(jì)[3]王之正,王利斌,裴賢豐,等高硫煤熱解脫硫技術(shù)研究現(xiàn)狀009,19(1):6-8[J].潔凈煤技術(shù),2014,20(2):76-79[13]因俊木住化蒸氨T藝的模擬與優(yōu)化[J煤化工,2011(2)[4]王勝春,張德祥,陸鑫,等中國(guó)煉焦煤資源與焦炭質(zhì)量的現(xiàn)中國(guó)煤化工狀與展望[J煤炭轉(zhuǎn)化,2011,34(3):92-96[14]CNMHG藝的優(yōu)化與改造[J]潔凈煤[5]申明新中國(guó)煉焦煤的資源與利用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版技術(shù),2013,19(4):96-99社,2007:1-43[15]樊艷良用 Aspen Plus對(duì)反應(yīng)精餾的模擬計(jì)算[J.上?；?[6]虞繼舜煤化學(xué)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2006:1-52007,32(5):14-19