200 kt／a 甲醇精餾系統的優(yōu)化設計

第40卷第2期化工設計通訊2014年4月Chemical Engineering Design Communications●57●200kt/a甲醇精餾系統的優(yōu)化設計姜濤'，金學(xué)坤，陳鳳娟“(1.新疆化工設計研究院有限責任公司，新疆烏魯木齊830006 ;2.新疆大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，新疆烏魯木齊830046)摘要:以粗甲醇為原料， 采用四塔精餾工藝，基于A(yíng)spen Plus工藝模擬軟件，對甲醇精餾系統進(jìn)行模擬優(yōu)化設計及塔器水力學(xué)計算;運用EDR換熱器設計軟件,對本裝置的換熱器進(jìn)行選型計算。模擬計算結果表明，精甲醇產(chǎn)品純度為99. 99% (wt)、甲醇收率為99. 67%、蒸汽單耗為1. 09t、循環(huán)冷卻水單耗為83.24t,產(chǎn)品質(zhì)量符合GB 338 - -2011國標優(yōu)等品及美國聯(lián)邦AA級標準質(zhì)量要求,裝置能耗水平達到國內先進(jìn)水平。關(guān)鍵詞:甲醇精餾; AspenPLUS軟件; EDR軟件;模擬計算;設備選型中圖分類(lèi)號: TQ223. 12+1文獻標志碼: A文章編號: 1003-6490(2014 )02-0057-04Design Optimization of 200 kt/ a Methanol Distillation UnitJIANG Tao' JIN Xue-kun' CHEN Feng-juan(1. Xinjang Chemical Engineering & Design Research Institute Co . ,Ltd ..U rumqi Xinjiang 830006 ,China ;2. School of Physics Science and Technology , Xinjiang U niversity，Urumqi Xinjiang 830046 ,China)Abstract :Refine the crude methanol with the four-column distillation process . Using the A spenPLUS simulation softw are to simulate the design optimization and tow er hy draulics calculation for themethanol distillation unit . Use EDR heat exchanger design softw are to calculate the device option ofheat exchanger . The simulation results show that the refined methanol purity is 99. 99% ( wt)，methanol yield is 99. 67% ,steam consumption is 1.09 t/t refined methanol ,and circulating coolingwater consumption is 83.24 t . The methanol quality meets GB 338- -2011 international superiorproduct and the U .S . Federal Grade AA standard . Also the unit energy consumption level reachesdomestic advanced level .Key words amethanol distillation ; AspenPLUS ; EDR ; simulation calculation ; equipment selection塔溫、塔壓、塔頂回流比、進(jìn)料位置、進(jìn)料溫度0前言進(jìn)行優(yōu)化分析以確定其最佳操作參數;提出雙效甲醇是- -種基礎化工原料，在本研究中，作精餾模型，將加壓塔塔頂氣用作常壓塔再沸器熱為甲基化劑生產(chǎn)甲醛，以供應下游BDO裝置。源，將各再沸器凝水用于塔進(jìn)料預熱，優(yōu)化其換.在甲醛生產(chǎn)過(guò)程中，甲醇原料的質(zhì)量是其關(guān)鍵控熱網(wǎng)絡(luò );并運用EDR軟件，對裝置中的換熱器制因素;鑒于此，本文探討200 kt/a甲醇裝置精進(jìn)行選型計算。餾系統的優(yōu)化設計，以期滿(mǎn)足甲醛生產(chǎn)對原料甲1設計基礎資料醇品質(zhì)的要求。在甲醇精餾工藝模擬過(guò)程中，產(chǎn)品甲醇質(zhì)量參考取值范圍比較苛刻的GB338一(1)產(chǎn)品規模200kt/a精甲醇2011國標優(yōu)等品及美國聯(lián)邦AA級標準。(2)年操作時(shí)間7200 h本文針對裝置的實(shí)際要求，基于A(yíng)spen(3)生產(chǎn)方式連續生產(chǎn)Plus軟件對四塔精餾過(guò)程進(jìn)行全流程模擬;對(4)操作彈性60%~ 110% (負荷)收稿日期: 2014-03-15作者簡(jiǎn)介:姜濤(1964-)， 男，山東昌邑人，高級工程師，主要從事化工工程設計工作。，58●化工設計通訊第40卷(5)原料粗甲醇成分(見(jiàn)表1)2甲醇精餾系統模擬計算表1原料粗甲醇成分表% (wt)2.1工藝流程(圖 1 )概述組分含量粗甲醇經(jīng)預熱器加熱后進(jìn)人預精餾塔，塔頂.一氧化碳0.0119正丁醇不凝氣冷卻后送出裝置，塔底出料進(jìn)人加壓塔。二氧化碳0. 5327二甲基丙醇0. 012加壓塔塔頂氣相溫度約127C，去常壓塔再沸器氫氣0. 0021乙酸甲酯0.008水5. 5373甲酸0. 0341作熱源，冷凝液部分回流，另- -部分作為精甲醇甲烷甲酸甲酯0.018產(chǎn)品送出。加壓塔塔底出料進(jìn)入常壓塔，常壓塔氮氣0. 004丙酮0. 0031塔底排出廢水，塔頂精甲醇產(chǎn)品送出。常壓塔側氬氣0. 2388丁酮0. 0014線(xiàn)采出液進(jìn)人回收塔，回收塔塔底廢水送出裝甲醇93. 539 8庚烷.0. 0007置，回收塔側線(xiàn)采出雜醇油送出裝置，塔頂甲醇二甲醚0. 0006二甲基庚烷). 0007蒸氣冷卻后送回常壓塔。常壓塔塔底0.8 M Pa乙醇0.0143四甲基庚烷0. 0008(G)蒸汽冷凝液作為預精餾塔和加壓塔預熱器熱.正丙醇0. 0154辛烷0. 0004源，以回收能量。脫鹽水不凝氣精甲醇.-?預塔一冷預塔二冷精甲醇冷卻器210%堿液(回流罐)→2 300 kg/h冷凝器冷凝器(回流罐)(回流罐)粗甲醇原料常D-09精館塔日-收粗甲醇↑塔預熱器|塔0.4 MPa蒸汽雜醇油冷卻器0.8 MIPa燕汽o-雜醇油冷凝水J再沸器再沸器|再沸器0.4 MPa蒸汽L廠(chǎng)中L令9-?!加壓塔廢水冷卻器2回流罐a2精甲醇精甲醇冷卻器1圖1甲醇精餾 四塔工藝流程簡(jiǎn)圖.2.2模型建 立及熱力學(xué)方法運用AspenPlus軟件對甲醇精餾四塔工藝粗甲醇屬于非極性體系，可選的物性方法有過(guò) 程進(jìn)行全流程模擬，結果見(jiàn)表2。WILSON、NRTL、UNIQUAC等。據文獻及通過(guò)物料衡算，參照GB 338 - -2011 國標優(yōu)現有裝置模擬分析，預精餾塔及加壓塔采用等品質(zhì)量要求， 對本設計進(jìn)行對標分析可以知UNIQUAC熱力學(xué)方法，常壓塔及回收塔選用道， 產(chǎn)品指標均達到要求;精甲醇產(chǎn)品純度為NRTL熱力學(xué)方法。精餾選用Radfrac 嚴格法精99. 99% (wt)、甲醇收率為99. 67%、蒸汽單耗.餾模型，換熱器選用HeatX 模型，回流罐選用為 1. 09t、循環(huán)冷卻水單耗為83. 24t,裝置能耗Flash模型，輸送泵選用Pump模型。水平達到國內先進(jìn)水平。對標結果詳見(jiàn)表3。計算過(guò)程采用Sensitivity及Optimization優(yōu)3設備選型計算化工具對各塔塔板數、進(jìn)料位置、溫度、壓力、回流比等操作參數進(jìn)行優(yōu)化設計。3.1精餾塔器2.3工藝過(guò)程模擬計算運用Aspen Plus軟件Tray Sizing及Pack第2期姜濤等: 200kt/a甲醇精餾系統的優(yōu)化設計●59●表2甲醇精餾裝置工況及 物料平衡表物流號(對應圖1)35791(溫度/C39.680. 139. 6127.4122.040.097.5壓力/kPa501. 3125. 0780. 5775.1779. 1819. 1104.0.129. 3159. 2氣體分率0.01.0質(zhì)量流量/kg/h29647.5 31624.5 323.0 47700.0 47700.0 15200.0 16424.5 12440.0 3804.5 180. 0.體積流量/m*/h177.171.922. 216. 13. 90.2密度/kg/m3739.7742.71.87. 5663.7774.8740.0774.8.978. 3948. 9組分(摩爾分率)-氧化碳0.00012 0. 00000 0. 01092 0. 00000 0. 00000 0. 00000 0. 00000 0. 00000 0. 00000 0. 00000二氧化碳0.00533 0. 00000 0. 48890 0. 00000 0. 0000 0. 00000 0. 00000. 00000 0. 00000. 000000.000020. 00000 0. 001930. 00000 0. 00000. 00000 0. 00000. 00000 0. 00000. 000 00水0.05537 0. 12464 0. 00008 0. 000000. 00000 0. 00000 0. 23999 0. 00000 0. 99435 0. 881 59甲烷0.000120. 00000 0.01101 0. 00000 0. 0000 0. 00000 0. 00000. 00000 0. 00000. 00000氮氣0. 00040. 00000 0. 003670. 000000 0. 000000.00000 0. 00000 0. 00000 0. 00000 0. 00000.氬氣0.00239 0. 00000 0. 219160. 000000. 00000 0. 00000 0. 00000 0. 00000 0. 00000 0. 00000甲醇0.93540 0.87452 0. 235150. 99999 0. 999 990.99990. 75841 0. 99990. 00001 0. 092 08二甲醚0.00001 0. 00000 0. 00055 0. 000000. 00000 0. 00000 0. 00000 0. 00000 0. 00000 0. 000000.000140. 00013 0. 00000. 00001 0. 000010. 00001 0. 000250. 00001 0. 000070. 020 99正丙醇0.00015 0.00014 0. 000000 0. 00000. 00000.00000. 00028 0. 00000.00111 0. 00188正丁醇0.000120. 000110. 00000. 00000 0. 0000 0. 00000 0. 000210. 00000 0. 000920. 000 15二甲基丙醇0.000120. 000110. 00000. 00000 0. 0000 0. 00000 0. 000220. 00000 0. 000930. 000 20乙酸甲酯.0.00008 0. 00000. 007340. 00000 0. 0000 0. 00000 0. 00000. 00000 0. 00000. 000 00甲酸0.00034 0. 00032 0. 00000. 00000 0. 0000 0. 00000 0. 000620. 00000 0. 002580. 00167甲酸甲酯0.00018 0. 00000. 016520. 000000 0. 00000.00000. 000000 0. 0000 0. 00000 0. 00000丙酮0.00003 0. 00001 0. 00232 0. 000000. 00000 0. 00000 0. 00001 0. 00001 0. 00000 0. 00000丁酮0.00001 0. 00001 0. 000050. 00000 0. 0000 0. 00000 0. 000020. 00000 0. 000030. 001 44庚烷0.00001 0. 00000 0. 00064 0. 000000. 00000 0. 00000 0. 00000 0. 000000. 00000 0. 00000二甲基庚烷0.00001 0. 00000 0. 000640. 00000 0. 0000 0. 00000 0. 00000. 00000 0. 00000. 00000四甲基庚烷0. 00001 0. 00000. 00073 0. 00000. 00000 0. 00000. 00000 0. 00000 0. 00000 0. 000 00辛烷0.00000 0. 00000 0. 00037 0. 000000. 00000 0. 00000 0. 00000 0. 000000. 00000 0. 00000Sizing模塊對精餾塔器進(jìn)行初步選型計算，結果表4甲醇精餾 塔器選型計算表見(jiàn)表4。項..目數值/規格預精餾塔表3甲醇精餾 裝置模擬計算值對標表理論板數30. 00精餾段規整填料350Y ,總高度2.0m項目指標模擬計算值提餾段浮閥塔盤(pán),共42塊(實(shí)際值);總高度約18m產(chǎn)品指標塔高(切線(xiàn))20 m塔徑.8 m純度/% (wt)≥99. 8599. 99加壓塔乙醇/10- f(wt)≤1051兩段規整填料350Y ,總高度10. 0m丙酮和乙醛/10 -°(wt)≤30浮閥塔盤(pán),共32塊;總高度約15m丙醛/10- 6(wt)塔高.30 m游離酸(HAC計)/10 -6(wt)2.6m常壓塔堿度/10-“(wt)≤30.15水分% (wt)≤0.10浮閥塔盤(pán),共73塊;板間距0.45m廢水中甲醇含量/10-6(wt)塔高40 m甲醇收率/%≥99. 299.672.2m回收塔甲醇產(chǎn)量/kg/h27 640. 0024進(jìn)裝置甲醇量/kg/h27 732.21兩段規整填料350Y ,總高度6.0m燕汽單耗/t1.21.09兩段規整填料350Y ,總高度6. 0m18 m循環(huán)冷卻水單耗/L83. 24).8m60●化工設計通訊第40卷3.2換熱器(3)方案設計過(guò)程中，采用雙效精餾及換熱運用EDR軟件,對換熱器進(jìn)行初步選型計網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化，降低了再沸器蒸汽用量，保證了蒸汽算，結果見(jiàn)表5。單耗低于l.2t的限額。表5換熱器選型計算表(4)精餾塔器及換熱器選型計算，提供了可序號設備名稱(chēng)型號供參考的設備選型方案?？偠灾?，本研究可為1粗甲醇預熱器1 BEM400-4/4 -30.5-4.5/25 -41甲醇精餾系統的設計提供較為完備的工藝包。2預塔再沸器BEM1200-4/4-179.2-2. 5/32 -11參考文獻:3預塔主冷凝器1BEM800-4/4-194.2-6/25-214預塔次冷凝器1 BEM550-4/4 -70.3-4.5/25 -41[1]董華.高硫煤綜合利用甲醇生產(chǎn)危險有害性分析評價(jià)及預5加壓塔第一預熱器 1 BEM800-4/4 -234.5-6/25-11控[D].天津:天津大學(xué)學(xué)生論文，2012.6加壓塔第二預熱器 1 AEM300-4/4 -13.7-3/25 -21[2]褚立志，甲醇三塔精餾工藝[J].河北化工，2010，33加壓塔再沸器2 BEM1400-4/4-289 -3/32 -11(6): 50~52.8加壓塔頂后冷器1 BEM500-4/4-37.5-3/25 -21[3]黃風(fēng)林，向小鳳.甲醇精餾過(guò)程四塔流程模擬分析[J].9常壓塔再沸器? BEM1800-4/4 -491.3-3/32 -11石油與天然氣化工，2007，36 (l): 18~21.10常壓塔冷凝器BEM1200 -4/4 -509.5-6/25 -11[4]牛寶玉，吳紅超，王玉斌。甲醇裝置三塔精餾運行總結11回收塔再沸 器1 BEM400-4/4-16.9-2.5/32 -11[J].化工設計通訊，2012. 38 (4): 80~82.12 回收塔冷凝器l BEM400-4/4 -21.9-3/25 -41[5]劉源貴，馬希凱，蘭文禮.三塔精餾技術(shù)在甲醇工業(yè)精餾13廢水冷卻器BEM500-4/4-41.2-3/25 -21中的應用[J]. 石油化工應用，2009，29 (2): 113~114.14雜醇油冷卻器1 AEM300-4/4-12.1-3/25-21[6]葛方晉.三塔流程甲醇精餾技術(shù)的應用[J].小氮肥，15精甲醇冷卻器I1 BEM500-4/4 -67.8-6/25-212007.35 (12): 12~14.16精甲醇冷卻器IIBEM600-4/4-129.5-6/25-11[7]減楠.甲醇精餾工藝模擬計算與優(yōu)化及新工藝研究[D].注:換熱器主要材質(zhì)均為CS(碳鋼)。西安:西安石油大學(xué)碩士論文，2011.[8]薛長(cháng)征。精甲醇中水含量的優(yōu)化控制[J]. 中國化工貿易，4總結2012，4 (9): 102.[9]陳金。焦爐摻燒甲醇弛放氣提高甲醇產(chǎn)量的工藝及裝備研(1)通過(guò)模擬優(yōu)化設計，本四塔甲醇精餾裝究[D]. 天津:河北工業(yè)大學(xué)碩士論文，2011.置生產(chǎn)的精甲醇純度高、收率高;裝置能耗低，[10] 田旭，劉小英，秦麗萍，等。甲醇精餾工藝流程分析蒸汽單耗僅為1.09t,循環(huán)冷卻水單耗為83. 24[J].小氮肥，2011. 39 (11): 1~5.t;環(huán)保水平高，廢水中甲醇含量?jì)H為12X[11]孟旭光，張云玲，王劍鋒。甲醇精餾過(guò)程節能降耗初探[J].化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù)，2013, 34 (1); 36~39.10-°，遠低于30X 10。的限額。[12]張銳.年產(chǎn)50萬(wàn)噸甲醇精餾裝置的數值模擬計算及優(yōu)化(2)全流程模擬中，選擇了合適的熱力學(xué)模[D].天津:天津大學(xué)研究生論文，2012.型及設備模型，采用優(yōu)化工具對操作參數進(jìn)行處[13] 王宗濤，楊龍慧.甲醇精餾操作優(yōu)化[J]. 化工設計通理，以降低能耗，并得出了優(yōu)化的設計方案。訊，2013，39 (2):70~71.(上接第47頁(yè))液，具有一定的利用價(jià)值。3.結語(yǔ)高洗器來(lái)循環(huán)加熱器調溫熱水來(lái)在CO2汽提法尿素裝置中，各冷卻設備均XH自通過(guò)循環(huán)水換熱，某些物料工藝上要求換熱后溫精熱能回收段館X度較高，這將會(huì )使換熱后循環(huán)水溫度較高，導致塔去調溫|冷卻設備內結垢，影響換熱效果，進(jìn)而影響到系水泵↓統的穩定運行。在實(shí)際生產(chǎn)中，據具體情況，對圖2增加熱能回收段后高壓調溫水流程換熱后工藝上要求溫度較高的物料,應對該部分中H2含量較高，在爆炸限以?xún)?，為了裝置的安熱量予以回收，以達到節能降耗的目的。以上是全運行，高壓調溫水溫度控制在110~120 C之筆者對實(shí)際生產(chǎn)中裝置熱能回收的- -些認識，期間，此時(shí)回水溫度在135 °C以上，利用它加熱尿待與同行們進(jìn)行交流，如有不足之處，請指正。