第20卷第4期潔凈煤技術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,李國忠,閃俊杰(唐山中潤煤化工有限公司,河北唐山063611摘要:為優(yōu)化焦爐氣制甲醇工芑中甲醇雙效精餾系統(tǒng),利用流程模擬技術對系統(tǒng)進行模擬分析,對比分祈模擬數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù),提岀甲醇雙效精餾系統(tǒng)的優(yōu)化措施。結果表明:模擬數(shù)據(jù)與實際教據(jù)基本吻合,模擬狀態(tài)下每天可產甲醇350.4t,與實際產量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,而實際工況中蒸汽使用量為12.2υh,實際工況中的蒸汽使用量仍偏大,應降低蒸汽使用量;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,日常操作中應重點關注以上塔板溫度的變化。關鍵詞: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:TD849;TQ23文獻標志碼:A文章編號: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引言流程模擬技術已在化工工程設計領域獲得廣泛應用,但在工業(yè)生產領域還未獲得大規(guī)模普及應精餾單元是化工生產工藝中重要的分離方式用6。近年來隨著生產技術的不斷更新,流程模也是能量消耗的主要場所。焦爐氣制甲醇工藝中擬技術已逐漸應用在工業(yè)生產領域1012。閃俊杰、精餾單元的蒸汽消耗占總蒸汽消耗的13左右,加李國忠等利用流程模擬技術對焦爐煤氣凈化工藝中強甲醇精餾系統(tǒng)的研究非常重要-?；ち鞒棠５恼舭眴卧M行優(yōu)化H4-;樊艷良對反應精餾擬技術是指利用計算杋技術對化工工藝流程進行模領域進行模擬研究。筆者利用流程模擬技術對焦爐擬與計算,并對該工藝的質量與能量平衡進行仿真氣制甲醇工藝中的精餾工藝進行模擬與優(yōu)化,尋求模擬,模擬化工過程可能進行的程度及方向,從而對最佳工藝參數(shù),使精餾工藝獲得最佳能耗指標與生未知工藝及現(xiàn)有工藝生產進行優(yōu)化設計。目前化工產狀態(tài)中國煤化工收稿日期:2014-02-20;責任編輯:白婭娜DO:10.13226/isn.1006-6772.201CNMHG作者簡介:寧利民(1968-),男,河北遷安人,高級工程師,從事化工生產與研究工作。E2mhl:gm@ kailuan,com,cn引用格式:寧利民,李國忠,閃俊杰甲醇雙效精餾系統(tǒng)的優(yōu)化研究[J].潔凈煤技術,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模擬基礎條件1甲醇雙效精餾系統(tǒng)模型的建立進料組成/%進料溫頂部甲醇唐山中潤煤化工有限公司(簡稱唐山中潤)甲項目(kgh)甲醇水度/℃純度/%醇精餾系統(tǒng)采用三塔雙效精餾技術,即預精餾塔、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。粗甲醇預熱后進入預精餾塔,將粗甲醇中少量低沸點輕模擬數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)對比見表2。由表2可組分雜質分出,分離后的粗甲醇液從塔底流出經加知,模擬數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)基本吻合,模擬狀態(tài)下每天壓后進人加壓塔精餾,部分氣態(tài)精甲醇從加壓精餾可產甲醇350.4t,與實際產量350t相符,說明所選塔塔頂引岀后進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,所建計算模型對實塔塔底物料換熱后冷凝為液態(tài)進入加壓精餾塔回流際生產具有指導作用。槽,由回流泵送回加壓精餾塔頂,同時部分精甲醇采表2模擬數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)的對比岀送往精甲醇儲罐。加壓精餾塔底部物料繼續(xù)進入塔頂溫塔底溫頂部甲醇甲醇產量/常壓精餾塔分離,塔頂精甲醇送往精甲醇儲罐,塔底項目度/℃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,但實際工況與模擬數(shù)據(jù)仍有一定差距,因此有必要對精餾系統(tǒng)中的蒸汽消耗進行分析。表2中加預精餾塔預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際溫度略高,這是由于實際工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,導預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)及低沸點雜質,這些雜質含量很低,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品%,加之精餾系統(tǒng)的能耗及產品質量穩(wěn)定主要取決的潛熱即可達到設計規(guī)定的產品質量與產量。兩塔于加壓精餾與減壓精餾過程,因此,本次精餾系統(tǒng)的熱負荷模擬結果見表3,模擬僅以加壓精餾塔與常壓精餾塔為主要硏究對象表3兩塔熱負荷模擬結果對雙效精餾過程進行優(yōu)化分析。由于加壓精餾塔進冷負荷/(GJ·h-1)料中甲醇與水的實際質量分數(shù)超過99%,為簡化計項目頂部底部算過程,減少干擾因素,本次模擬計算將極少量乙醇、雜醇等雜質忽略不計,僅以甲醇-水體系作為研rV凵中國煤化工16.0究對象。由于甲醇-水體系屬于極性體系,在數(shù)據(jù)CNMHG庫中有相應的交互參數(shù),因此按照物性方程的相關甲醇雙效精餾系統(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行計算,模擬基礎條件見表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期潔凈媒技術第20卷部所需熱量為20.5CJ/h,查相關資料得0.6MPa點關注的指標。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,而實際工況中蒸汽使用量為12.2t/h,較為明顯,全塔共有兩個溫度變化較大的靈敏點,分說明實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關回流比是影響塔頂部甲醇純度的重要指標,也注的指標。是精餾操作過程中重要的調節(jié)指標?；亓鞅冗^大會使塔頂甲醇純度增加,但同時也會增加精餾系統(tǒng)的能耗;回流比過小會使頂部甲醇純度下降,影響甲醇質量,只有回流比合適,才能在確保頂部甲醇質量的同時不會增加過多能耗。加壓精餾塔、常壓精餾塔回流比對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,塔頂甲醇純度130.5達到99.9%以上,繼續(xù)增加回流比無益于產品質128.5量,反而會增加能耗,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,而實際工況中蒸汽使用量為12.2t/h,實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板溫度應當作為日常操作中重點關注的指標。b)加壓精餾塔參考文獻圖2加壓精餾塔、常壓精餾塔回流比[1]肖瑞華,白金峰煤化學產品工藝學[M].2版北京:冶金工業(yè)對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[M].3版.北京:化學工業(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中國煤化工樣情報開發(fā)與經流201CNMHG溫度逐漸降低,第25層以上各塔板溫度變化趨于平[4]王育紅利用焦爐煤氣作合成氣生產甲醇的探析[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(下轉第64頁)2014年第4期潔凈媒技術第20卷3.3規(guī)范采制樣操作5]薛改鳳,項茹,陳鵬,等煉焦煤質量指標評價體系的研究煤是不均質的混合物,也是大宗商品,采制樣過[J].武漢科技大學學報,2009,32(1):36-40程相當復雜,由采制樣帶來的誤差遠大于化驗誤差[7]GB/T16417-2011],煤炭可選性評定方法[S][8]GB/T15224.1-2010,煤炭質量分級第1部分:灰分[S]采樣是正確評價煤質的基礎,只有采取有代表性的[9]GB/T15224.2—2010,煤炭質量分級第2部分:硫分[S]樣品,才能真實反映煤質情況。因此采制樣的每[10]朱銀惠,李輝,張現(xiàn)林,等影響焦炭質量的因素分析[J].潔環(huán)節(jié)應嚴格按照國家標準執(zhí)行,降低人為干擾因凈煤技術,2008,14(3):77-80素的影響,保證試驗樣品能準確表征商品煤質量,真[1]周強.中國煤中硫氮的賦存狀態(tài)研究[門].潔凈煤技術實反映煤炭品質202008,14(1):73-77[12]MT/T596-2008,煙煤黏結指數(shù)分級[S]3.4加強數(shù)據(jù)統(tǒng)計的應用[13]陳鵬中國煤炭性質、分類和利用[M].北京:化學工業(yè)出版由于疏忽、數(shù)據(jù)處理不當或記錄不全等原因造社,204:44-16成煤質評價失真的情況在實驗室時有發(fā)生。統(tǒng)計技[141CB/T5751-209,中國煤炭分類[S術是實驗室質量控制的有效方法,正確運用統(tǒng)計技[15]陳亞飛煤質評價與煤質標準化[J]煤質技術,2006(1):12-術會使日常檢驗工作形成良性循環(huán)機制,提高實驗室檢測質量2。對數(shù)據(jù)資料進行綜合研究時,發(fā)現(xiàn)[16]張進春,吳超基于多重多元回歸的焦炭質量預測模型[J科技導報,2010,28(12):79-84異常化驗數(shù)據(jù)一定要仔細核實,避免影響試驗結果。17]劉春梅焦炭質量預測模型構建[J].輕工科技,2012(5):81-3.5提高儀器設備的標準化水平同一煤質指標的檢測,不同企業(yè)所用儀器設備8]徐興福,孫寶東,盛建文,等南鋼焦炭質量預測模型研究[J大都不同,而且有些設備上的儀表甚至沒有經過計煤化工,2012(2):32-35量部門檢驗,勢必影響煤質指標的精密度。企業(yè)應[19]趙堅煤質化驗的誤差控制對策探討[J].管理學家,2013(11):511采購有生產資質廠家生產,且計量合格的儀器設備[20]孟祥華正確評價煤質工作中的幾個問題[J.煤炭技術,并定期校準實驗室儀器儀表,保證儀器的精密度。2007,26(5):136[21]李春艷,王興無煤質檢驗實驗室質量控制[J].煤質技術4結語007(3):14-16依據(jù)國家標準對煉焦煤進行全面分析,可了解原煤性質,優(yōu)化用煤計劃,科學鑒定混煤,正確指導(上接第60頁)配煤煉焦,建立科學評價體系,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,2011,17(3):3-5,97源。企業(yè)應加強煉焦煤質量分析、評價工作,對進場[6」楊祥生淺談優(yōu)化設計在焦化項目建設的應用[J].科技情報開煤進行科學分類分區(qū)堆放,優(yōu)化配煤煉焦,確保焦炭發(fā)與經濟,2007,17(36):269-270.質量全面穩(wěn)定提升。目前,中國煤質評價標準體系7]孫蘭義化工流程模擬實訓: Aspen Plus教程M].北京:化學工已基本形成,但在實際應用中還會存在一些問題,應業(yè)出版社,2012:10不斷改進,規(guī)范、完善煉焦煤質量評價體系[8]楊友麒化工過程模擬[J].化工進展,1996(3):1-7,63.[9]楊光輝化工流程模擬技術及應用[J].山東化工,2008,37(8)參考文獻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]胡彬國內煉焦煤市場簡析[J].內蒙古煤炭經濟,2014(1):26,29[1]劉雨虹 ASPEN PLUS化工模擬系統(tǒng)在精餾過程中的應用[2]白向飛,張宇宏.中國煉焦商品煤質量現(xiàn)狀分析[J]煤質技術[J]石油化工腐蝕與防護,2003,20(4):562013(1):1-3[12]李欣平,王宏麗減壓塔并行模擬計算與分析[J].化工設計[3]王之正,王利斌,裴賢豐,等高硫煤熱解脫硫技術研究現(xiàn)狀009,19(1):6-8[J].潔凈煤技術,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,等中國煉焦煤資源與焦炭質量的現(xiàn)中國煤化工狀與展望[J煤炭轉化,2011,34(3):92-96[14]CNMHG藝的優(yōu)化與改造[J]潔凈煤[5]申明新中國煉焦煤的資源與利用[M].北京:化學工業(yè)出版技術,2013,19(4):96-99社,2007:1-43[15]樊艷良用 Aspen Plus對反應精餾的模擬計算[J.上海化工,[6]虞繼舜煤化學[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2006:1-52007,32(5):14-19