化工進(jìn)展2009年第28卷增刊CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS·341·甲醇合成及精餾單元的熱集成丁干紅,葉鑫,李延生(惠生工程(中國)有限公司,上海201203)摘要:夾點(diǎn)技術(shù)是換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一種方法,本文利用央點(diǎn)技術(shù)對甲醇合成及精餾單元進(jìn)行了系統(tǒng)用能分析,找出了用能狀況不盡合理之處。將甲醇合成及精餾兩個(gè)單元作為一個(gè)系純整體考慮,提出了甲醇合成及精餾單元的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方,優(yōu)化后整個(gè)系統(tǒng)可以節(jié)約低壓蒸汽2.2%,節(jié)約循環(huán)冷卻水14.9%關(guān)鍵詞:熱集成;夾點(diǎn)技術(shù);甲醇合成;甲醇精餾;節(jié)能甲醇是一種非常重要的有機(jī)化工原料,又是一出了其能量利用不合理的環(huán)節(jié)。基于夾點(diǎn)技術(shù)的種很有發(fā)展前途的新型能源燃料,在化工、輕工和設(shè)計(jì)原則,提出了一種節(jié)能效果顯著的換熱網(wǎng)絡(luò)清潔能源領(lǐng)域具有廣泛的用途。甲醇屬于低附加值優(yōu)化方案?；ぎa(chǎn)品,低成本是甲醇產(chǎn)品競爭的核心,也是甲醇生產(chǎn)企業(yè)采取的重要競爭策略咯。甲醇生產(chǎn)過程的1甲醇合成及精餾單元的物流數(shù)據(jù)能耗對甲醇生產(chǎn)成本有很大影響。近年來由于能源1.1甲醇合成及精餾單元簡介逐漸匱乏,環(huán)境污染日趨嚴(yán)重,節(jié)能減排越來越受采用熱集成技術(shù)優(yōu)化系統(tǒng)能量,一般來說,如果到人們的重視。因此,甲醇工業(yè)的節(jié)能降耗具有重系統(tǒng)選取得較大,包含的單元較多,則節(jié)能效果顯著,要的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益但由于進(jìn)行單元之間的熱集成受到單元之間距離等目前,人們紛紛從各種途徑16尋找降低甲醇因素的制約,節(jié)能優(yōu)化方案的可操作性以及實(shí)際的節(jié)生產(chǎn)能耗的辦法,取得了很好的效果。熱集成是能效果都會(huì)打折扣。因此,本文選擇在工藝流程上減少化工過程系統(tǒng)用能的手段之一,但熱集成技屬于上下游關(guān)系且裝置距離較近的甲醇精餾和合成術(shù)在甲醇工業(yè)的應(yīng)用研究,至今鮮有報(bào)道。夾點(diǎn)兩個(gè)單元作為一個(gè)系統(tǒng)來進(jìn)行熱集成分析。技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛的熱集成技術(shù),夾點(diǎn)技本文以某30萬噸/年甲醇裝置為研究對象,其術(shù)將熱力學(xué)原理和系統(tǒng)工程相結(jié)合,對工程系統(tǒng)甲醇合成及精餾單元的工藝流程簡圖如圖1所示。的能量進(jìn)行優(yōu)化配置,提高系統(tǒng)的能量利用率甲醇合成反應(yīng)器壓力為5MPa,屬于低壓甲醇從而降低能耗合成。進(jìn)入甲醇合成裝置的原料氣與循環(huán)氣混合成本文利用夾點(diǎn)技術(shù)對某30萬噸/年甲醇裝置甲醇合成入塔氣,被甲醇合成出塔氣預(yù)熱后進(jìn)入甲甲醇合成及精餾單元的能量系統(tǒng)進(jìn)行了分析,找醇合成反應(yīng)器,甲醇合成出塔氣經(jīng)循環(huán)水冷卻器降不隊(duì)氣合成氣中國煤化工CNMHG圖1甲醇合成及精餾單元的工藝流程簡圖1—甲醇合成反應(yīng)器;2—甲醇閃蒸罐;3甲醇膨脹罐:4甲醇預(yù)精餾塔;5—甲醇加壓塔;6甲醇常壓塔;甲醇回收塔342·化工進(jìn)展2009年第28卷溫至40℃后進(jìn)入甲醇閃蒸罐,氣相排放部分弛放氣算可知,在現(xiàn)行換熱網(wǎng)絡(luò)中,甲醇合成單元消耗冷后加壓循環(huán);液相粗甲醇去甲醇膨脹罐。甲醇精餾公用工程22349kW;甲醇精餾單元消耗熱公用工程單元為四塔流程,來自甲醇膨脹罐的粗甲醇預(yù)熱后35086kW,冷公用工程44634kW。去預(yù)精餾塔分離掉輕組分,預(yù)精餾塔塔頂采用二級冷凝,經(jīng)甲醇加壓塔和常壓塔雙效精餾分離掉水和2甲醇合成及精餾單元的夾點(diǎn)分析雜醇等重組分雜質(zhì)。精甲醇從加壓塔和常壓塔塔頂21對兩個(gè)單元單獨(dú)的夾點(diǎn)分析釆出,廢水從常壓塔塔底采出,常壓塔中部采出含在夾點(diǎn)分析中,最小傳熱溫差影響熱回收量雜醇和水的甲醇去回收塔進(jìn)行回收。和設(shè)備投資的大小,根據(jù)甲醇生產(chǎn)的換熱器設(shè)計(jì)1.2甲醇合成及精餾單元的物流數(shù)據(jù)經(jīng)驗(yàn),本文將最小換熱溫差取為10℃。用夾點(diǎn)技經(jīng)過對甲醇合成及精餾工藝流程的分析,從系術(shù)處理甲醇精餾單元的物流數(shù)據(jù),得到圖2的組統(tǒng)中提取參與換熱的主要流股的物流數(shù)據(jù)。找到可合曲線。甲醇精餾單元熱物流的夾點(diǎn)溫度為83.6構(gòu)造換熱網(wǎng)絡(luò)的9股熱物流和7股冷物流,如表1℃,冷物流的夾點(diǎn)溫度為736℃,最小熱公用工所示。表中的蒸汽冷凝液(H8)來自預(yù)精餾塔和程量為29452kW,最小冷公用工程量為3900加壓塔的再沸蒸汽冷凝,蒸汽冷凝液去脫鹽水站前kW。與甲醇精餾單元現(xiàn)有的換熱網(wǎng)絡(luò)相比,理論要被冷卻到常溫,可以回收大量熱量,若這些熱量上公用工程的節(jié)能潛力為5634kW,占現(xiàn)行甲醇精沒有被合理利用,就會(huì)多消耗循環(huán)冷卻水。因此在餾單元熱公共工程量的16.1%,冷公用工程量的本文進(jìn)行夾點(diǎn)分析時(shí)將蒸汽冷凝液作為工藝流股來12.6%處理。甲醇合成單元僅有冷熱兩股物流,只消耗冷甲醇合成及精餾單元中所用的冷公用工程為循公用工程,不需要熱公用工程,屬于閾值問題環(huán)冷卻水,所用的熱公用工程為低壓蒸汽。通過計(jì)有闕值問題的換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)不同于一般的夾點(diǎn)問題,對于甲醇合成單元來說,應(yīng)該減少熱量被冷表1甲醇合成及精餾單元的冷熱物流數(shù)據(jù)卻水帶走,盡量回收工藝物流的熱量。但甲醇合起始溫度末端溫度變設(shè)備編號物流描述成單元的換熱網(wǎng)絡(luò)簡單,在單元內(nèi)部無法通過物流重新匹配來節(jié)能。要想減少甲醇合成單元冷公甲醇精餾單元用工程的耗量,只能將其工藝物流的富余熱量外預(yù)精餾塔塔頂氣相730699供給其它單元或副產(chǎn)蒸汽,如果將甲醇合成單元預(yù)精餾塔一級冷凝器·69.9400的富余熱量引入甲醇精餾單元,那么就可以代替部分熱公用工程加壓塔精甲醇產(chǎn)品22以兩個(gè)單元為系統(tǒng)的夾點(diǎn)計(jì)算加壓塔塔頂氣相127222897用夾點(diǎn)方法把甲醇合成及精餾兩個(gè)單元的物流常壓塔項(xiàng)氣相6640023101數(shù)據(jù)作為一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分析,得到圖3的組合曲線?；厥账敋庀?664835時(shí)熱物流的夾點(diǎn)溫度仍為836℃,冷物流的夾點(diǎn)常壓塔進(jìn)料7831319蒸汽冷凝液179240.010297180C1預(yù)精餾塔粗甲醇進(jìn)料4007671236預(yù)精餾塔釜液75212210加壓塔釜液130.6132.822876e120常壓塔釜液104.610回收塔釜液1046104886480-6壓塔進(jìn)料132.12333中國煤化工甲醇合成單元249.040057295CNMH101×1o12X1焓變kWC-7甲醇合成入塔氣502213834946圖2甲醇精餾單元的組合曲線增刊丁干紅等:甲醇合成及精餾單元的熱集成溫度仍為736℃,最小熱公用工程量為14050kW,費(fèi)用和操作費(fèi)用之間綜合考慮,可允許一部分熱量最小冷公用工程量為45947kW與現(xiàn)有換熱網(wǎng)絡(luò)相自由穿越夾點(diǎn)。比,理論上,公共工程的節(jié)能潛力為21036kW,3甲醇合成及精餾單元的優(yōu)化方案占現(xiàn)行換熱網(wǎng)絡(luò)熱公用工程量的60.0%,冷公用工程量的314%。由此可見,與兩個(gè)單元單獨(dú)用夾點(diǎn)為改善現(xiàn)有換熱網(wǎng)絡(luò)的用能狀況,本文提出的分析相比,將甲醇合成及精餾兩個(gè)單元作為一個(gè)系優(yōu)化思路為:可以利用系統(tǒng)內(nèi)的低品位熱源提高入統(tǒng)考慮,有更大的節(jié)能優(yōu)化空間。塔合成氣去入塔氣預(yù)熱器前的溫度,從而使離開入塔氣預(yù)熱器的出塔合成氣溫度升高,并利用此出塔合成氣的熱量來代替部分熱公用工程,以此達(dá)到節(jié)能的目的。而需要加熱或冷卻的工藝物流,則盡量使之能相互換熱,減少公用工程的用量。根據(jù)上述分析,本文提出了優(yōu)化方案,為簡明表示甲醇合成及精餾單元的換熱網(wǎng)絡(luò),將現(xiàn)行的工藝過程繪制成圖4;將該優(yōu)化方案進(jìn)行分析計(jì)算和流程模擬,優(yōu)化后的工藝流程見圖5,具體的優(yōu)化02X104xd6x048xt10312x4x16X1內(nèi)容如下。焓變/kW(1)蒸汽冷凝液通過加壓塔進(jìn)料預(yù)熱器(E3)圖3甲醇合成及精餾單元的組合曲線后,不去粗甲醇進(jìn)料預(yù)熱器(E4),而直接去加熱甲醇回收塔再沸器(E5),然后去甲醇合成單元。新23以兩個(gè)單元為系統(tǒng)的夾點(diǎn)分析增換熱器E7,用蒸汽冷凝液預(yù)熱入塔合成氣。通過為達(dá)到最小公用工程的用量,夾點(diǎn)方法四的3換熱器E7,蒸汽冷凝液降溫至62.0℃,入塔合成氣個(gè)設(shè)計(jì)原則是:①夾點(diǎn)之上不應(yīng)引入任何冷公用工升溫至730℃,這樣既可以節(jié)約用于冷卻蒸汽冷凝程;②夾點(diǎn)之下不應(yīng)引入任何熱公用工程;③不應(yīng)液的冷公用工程5941kW,還提高了入塔合成氣去有跨越夾點(diǎn)的換熱。入塔氣預(yù)熱器前的溫度,使得離開入塔氣預(yù)熱器的根據(jù)夾點(diǎn)計(jì)算進(jìn)行分析可知,甲醇合成及精出塔合成氣溫度升高到102.℃。餾系統(tǒng)中用能不合理的地方有以下幾點(diǎn)。①甲醇(2)1021℃的出塔合成氣在用循環(huán)水冷卻合成塔的入塔合成氣初始溫度在夾點(diǎn)以下,卻用之前可以先用于甲醇預(yù)精餾塔的再沸(新增換熱初始和末端溫度都高于夾點(diǎn)溫度的出塔合成氣加器E8),以減少冷熱公用工程的雙重浪費(fèi):節(jié)約熱,使得出塔合成氣的熱量被“貶值”,未被合理了用于甲醇預(yù)精餾塔再沸的熱公用工程7785kW,利用。②出塔合成氣在與入塔合成氣換熱后溫度同時(shí)節(jié)約了用于冷卻出塔合成氣的冷公用工程仍高于夾點(diǎn),卻用了循環(huán)冷卻水來冷卻。雖然溫2828kW。度超過夾點(diǎn)溫度不多,但是由于該流股流量很大,3)熱物流加壓塔的精甲醇產(chǎn)品與冷物流預(yù)精而且有甲醇冷凝的大量潛熱,因此應(yīng)該利用這部餾塔的粗甲醇進(jìn)料兩股物流所需的換熱量接近,可分能量。③熱物流中加壓塔的精甲醇產(chǎn)品和蒸汽相互換熱(換熱器E4),從而減少了冷卻精甲醇產(chǎn)冷凝液在溫度高于100℃時(shí),用循環(huán)冷卻水冷卻不品的冷公用工程1236kW,而蒸汽冷凝液的熱量可合理。④冷物料中預(yù)精餾塔粗甲醇進(jìn)料從初始溫以挪作他用。度到末端溫度基本處于夾點(diǎn)溫度以下,卻用溫度(4)由于用于甲醇預(yù)精餾塔再沸的熱公用工較高的蒸汽冷凝液加熱程(低壓蒸汽)量減少,蒸汽冷凝液的流量也相應(yīng)遵循夾點(diǎn)設(shè)計(jì)的三大原則,雖然這些用能不合減少。本文優(yōu)化方案中的蒸汽冷凝液流量為優(yōu)化前理的物流通過多種換熱匹配可以達(dá)到最小公用T程的7用量的目的,但是在實(shí)際應(yīng)用過程中由于完全禁止中國煤化工換熱網(wǎng)絡(luò)節(jié)約熱能量穿越夾點(diǎn)會(huì)造成流股分割和增加過多換熱器,公月CNMH了1⊥程10005kW,僅使流程復(fù)雜,設(shè)備投資增加。因此在滿足換熱流股增加兩臺(tái)換熱器,就使熱公用工程用量減少了間最小換熱溫差的情況下,為使流程簡單,在設(shè)備22.2%,冷公用工程用量減少了149%344·化工進(jìn)展2009年第28卷70C126g"c666C400"]℃①((⑧B迎℃c76"○8℃cA30℃流夾點(diǎn)圖4甲醇合成及精餾單元現(xiàn)行換熱網(wǎng)絡(luò)圖69400c126g℃C[4一44D℃C7526℃C5B}20℃213.8C502圖5甲醇合成及精餾單元熱集成后的換熱網(wǎng)絡(luò)圖4結(jié)論明顯的優(yōu)化方案,采用將甲醇合成出塔氣余熱用于叩醇預(yù)精餾塔再沸等措施,有效減少了冷熱公用工作者運(yùn)用夾點(diǎn)技術(shù)對甲醇合成及精餾單元進(jìn)程的耗量行了用能分析和診斷,發(fā)現(xiàn)將甲醇合成及精餾兩個(gè)中國煤化工單元聯(lián)合起來進(jìn)行換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化,有顯著的節(jié)能空獻(xiàn)CNMHG間。通過夾點(diǎn)分析找到了系統(tǒng)中用能不合理之處,,,m精餾工藝研究門化工進(jìn)展結(jié)合工程實(shí)現(xiàn)的可行性與給濟(jì)性,提出了節(jié)能效果又溫,陳露具有熱集成和水集成的甲醇精罐新工藝及其模楓增刊丁干紅等:甲醇合成及精餾單元的熱集成化工學(xué)報(bào),2005,56(3):4774876劉殿華,曹發(fā)海,應(yīng)衛(wèi)勇,等新型甲醇合成反應(yīng)器技術(shù)化肥設(shè)3]周志超,吳嘉.具有完全熱樂成和水集成的合成甲醇精制工藝U計(jì),2005,43(3):4546.化工學(xué)報(bào),2007,58(12);3210-3214.門7馮霄化工節(jié)能原理與技術(shù)M北京:化學(xué)工業(yè)出版杜,20044]褚雅志,秦豳萍,王勝利,等甲醇精餾工藝及其塔器優(yōu)化設(shè)計(jì)(8]楊俊坤,馮霄,氽新江夾點(diǎn)分析子系統(tǒng)選取規(guī)則及應(yīng)用J化學(xué)工化工進(jìn)展,2008,27(10):1659-1662程,37(3):70-745]陸文斌時(shí)正興新型高效規(guī)整填料塔在甲醇精餾生產(chǎn)中的應(yīng)用(9王文堂化工節(jié)能技術(shù)手冊M北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006現(xiàn)代化工,2005,25(25):54-5710倪進(jìn)方化工過程設(shè)計(jì)M北京:化學(xué)工業(yè)出版社,199第一作者簡介:丁干紅(1982—),女,碩士,研發(fā)工程師,主要從事化工工藝流程節(jié)能節(jié)水方面的研究。E-maildingganhong@wison.com中國煤化工CNMHG