• 第30卷增刊(1)现代化工.May 20102010年5月Voterm Chrmical Indu-lny●85.甲醇精馏系统的模拟研究宋昭峥,徐焱明,蒋庆哲(中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室,北京102249)摘要:应用ASPEN PLUS化T模拟系统中的RADFRAC塔精馏??槎约状季蠊探心D?。分别讨论了操作回流比.进料位置塔顶馏出M等参数对甲醇精馏过程的影响,获得了对商纯度甲醇精馏具有指导意义的相关工艺数据。模拟结果表明.该流程生产出的精甲醇产品纯度高.水含t和C醉含材低,并且该模型能耗低,操作稳定、灵活。关键词:甲酶:;SPFEN PILS;精馏;模拟分析中圈分类号:T0028. 13文献标识码:A文章编号:0253 -4320(2010)S1 -0085 -05Studies on simulation of methanol distillation systemSONG Zhao-zheng, XU Yan-ming, JIANG Qing-zhe(Suate Key Laboratory of Heavy Oil, China Univernsity of Petroleum, Bejjing 102249, China)Abstract: The methanol dsllaion process was simulaled by uwsing the RADFRAC reificatioini modules of ASPENPLUS chemical industry simulation system. The influencing factors of reflux ratio, feed location , tower disilation capacityand other pauramelers on the methanol disilalian process were studied, the process dala related were oblained forproducing high purity of methanol. The resuls show that the process for high refined methanol producion has the featuresof high purity . low water content and alcohol content , and low energy consumption ,stable and flexible operation.Key words: methanol; ASPEN PLUS; disilation; simulation and analysis在合成甲醇工业生产过程中,粗甲醇的精制不关系[间。仅是决定甲醇产品质量的重要T序,而且精制工序对全塔和其中某块塔板列物料衡算式可得:的能耗也是影响甲醇生产成本的关键因素之一。因F =D+W+S(1)此,在保证甲醇产品质量的条件下,甲醇精制工序的Fxp =D,D,+Wxw+ ZSxs(2)节能降耗具有十分重要的意义[1-3]。F,+V;n +4,-v,-(4+SL) =0(3)本文采用ASPEN PLUS化工流程模拟计算软式中:F为人塔物流质量流量;D为塔顶出料质量流件,对甲醇精馏流程进行了模拟计算与分析,确定了量;W为塔底出料质最流量;S为侧线出料质最流工艺优化控制的有效措施和适宜的操作条件,同时量;V为板上气相质量流量;L为板.上液相质量流还降低装置的能耗,对扩大甲醇的应用领域、提高甲量;下标i代表i组分。醇行业经济效益有着重要作用(4-5)。在计算过程中,若所选的轻重组分是2个相邻组分,而这2个关键组分的挥发度相差较大,分离要1精馏塔数学模型的建 立求也比较高,即两者分别在塔底和塔顶产品中的含在工程应用中,在压强低于0.5 MPa的情况下,量均控制得较低时,则可认为比轻关键组分还轻的气体可以当作理想气体来处理;对于压强高于1. 0组分全部从塔顶产品中取出,而比重关键组分还重MPa的气体,则应选择适宜于高压气体计算的状态的组分全部从塔底产品中取出,这种分离情况称为方程。压强介于0.5~1.0 MPa的气体视情况而定,清晰分割。若关键组分之间还夹有其他组分时,或一般以理想气体状态方程进行计算,也可以选用适非关键组分的挥发度十分接近时,比轻关键组分还宜于高压气体计算的状态方程,宜根据物系特征及轻的组分在塔底产品中仍将存在,而比重关键组分前后流程的特点选取06-7]。本文研究的体系乐强低还重的组分在塔顶产品中也将存在,这种分离情况于0.5MPa,因此选用理想气体状态方程进行计算。称为非清晰分割。计算机仿真过程中为了提高计算1.1 物料平衡方程的精度,采用非清晰分割。对于多组分的精馏物料平衡,馏出液、侧线出料1.2 相平衡方程和釜液的全部组成必须满足全塔的物料衡算在前面的假设中把能够起- - 个平衡级蒸馏的塔收稿日期:2010-04 -25作者简介:宋昭峥( 1972 - ) .男,副教授,研究方向为工艺优化, song@ cup. edu. cn?!?6现代化工.第30)卷增刊(1)板称为一层理论板,在一层理论板上,不管进人该板2.2 甲醇合成流程的模拟计算气液组成偏离平衡的程度如何,离开气液两相的组2.2.1模拟参数的设定和原始数据的输入成- -定达到平衡。用方程表示就等同于下式:在建立ASPEN PLUS模拟流程后,设定相应设y=Kpx(1≤i≤m,1≤j≤N)(4备的结构参数和T艺操作参数,以及各塔的反应特式中:K为相平衡常数;y、x分别为气相和液相质量性,便可开始甲醇合成流程的模拟计算。粗甲醇各分率。组分含量如表1所示。同时对于塔板上的各种组分必须满足质量分数表1粗甲醇各组分含量相加为1的条件,以便在计算过程中对上式进行不组分名称组分质量流量/kg.h-1质 趾分数(龊基)/%断修正。这个条件可以表示如下:CO2608. 2831.617,=1.之=1(1乙醇与实际值模拟值误差/%甲酸甲酯含量的影响出料甲醇质址分数/%预蒸馏塔预燕馏塔底液体中预蒸馏塔底液体中侦精馏塔塔釜81.76网流比甲酸甲酯的麋尔分数乙醉的縻尔分数加压塔顶99. 998711.04E -050. 00599常压塔顶99.99799. 9976.89E -060. 00093. 39E -060. 00099回收塔顶99.697. 86E -070. 0099加压塔釜68.18. 23E -08常压塔签5. 3847. 18E-097.09E ~ 10.2.3各操作参 数对精馏过程的影响分析8.41E-112.3.1预蒸馏塔进料温度对预塔冷凝器 负荷和塔1. 19E-110. 00509101. 96E-120.0099底热负荷的影响113. 78E-13假定其他可挖操作条件保持不变,控制预蒸馏128. 28E-14塔进料温度从低到高变化,即以预蒸馏塔进料温度132.03E-14为自变量,以预压塔冷凝器负荷和塔底热负荷为因145.5IE-I5 .0.000599变量,使用ASPEN PLUS软件中的灵敏度分析工具,151.63E-15进行分析计算,设定预蒸馏塔进料温度的变化范围165.25E-16为60~100C,取分析步长为2C,模拟分析结果如171.82R- 160.005999图2。186.60E-17.110IS0. 005099-5.112 t_200. 00009-.114-5.116变动,而甲酸甲酯却不然,甲酸甲酯含量在回流比增-5.118-大的情况下下降明显,因此,可以通过增大回流比的操作方法来解决甲酸甲酯问题。预慕情塔进料温度/心2.3.3加压精馏塔质量回流比对加压塔塔顶 甲醇图2 预蒸馏塔进料温度对预塔冷凝器负荷和产品精度的影响塔底热负荷的影响假定其他可控操作条件保持不变,控制加压精从图2可以看出,提高进料温度对塔底热负荷馏塔质量回流比从小到大变化,即以加压精馏塔回有明显的降低,而冷凝器负尚维持不变,可见,甲醇流比为自变量,以塔顶甲醇产品的精度为因变量,使预蒸馏塔的操作负荷瓶颈在于提馏段的液相负荷较用ASPEN PLUS软件中的灵敏度分析工具,进行分大,提高预蒸馏塔的进料温度即可解决这个问题。析计算,设定加压精馏塔问流比的变化范周为2.3.2预蒸 馏塔回流比对预塔底液体中乙醇与甲1.0~3. 6,取分析步长为0.2.模拟分析结果见图3。酸甲酯含量的影响0.000355母10000000030唱假定其他可控操作条件保持不变,控制预蒸馏40.0002509995塔同流比从小到大变化,即以预蒸馏塔问流比为自9前09990.00015芭号变量,以预塔底液体中乙醇与甲酸甲酯的含量为因6.99985变量,使用ASPEN PLUS软件中的灵敏度分析工具,进行分析计算,设定预蒸馏塔回流比的变化范围为加压精馏塔回漉比1 ~20 ,取分析步长为1 ,模拟分析结果见表4。塔板回流比的确定主要看回流比的大小对于关图3加压精馏塔质量回流比对加压塔塔顶甲醇产品精度的影响键杂质和轻组分的去除效率为确定目标。从表1可以看出,乙醇含量在回流比增大的情况下几乎没有由图3可以看出,当质量回流比变大时,加压塔2010年5月宋昭峥等:甲醇精馏系统的模拟研究.89●1.01p0.0016第84块板开始,随着进料点的下移,常压塔塔底负+0.0014噜0.0012荷反而大幅度升高。因此,当进料板为第83块板吗0.99+0.0010 ;量0.98+0.0008色放时,塔的能耗最低,但是塔顶甲醇产品精度只有营0.97}0.000699. 9568% ,乙醇含量达到0. 043159 ,产品达不到标安0.96-0.00040.0002专准;进料板为第79块板时的塔顶甲醇产品精度为0.948 102030405060 708099. 97% ,乙醇含量为29.7 μg/g,进料板从第79块觜压精馏塔进料点板移到第83块板的过程中,能耗有所降低,但产品图7常压精馏塔进料点对常压 塔塔顶精度也不断下降,因此进料口的选择需根据对产品甲醇产品精度的影响质量的要求来选择。由图7可以看出,进料点的不同对塔顶甲醇产3结论与建议品精度有一定影响,进料点从第2块板到第62块板(1)预蒸馏塔的操作负荷瓶颈在于提馏段的液移动时,塔顶甲醇产品的精度不断升高,但是从第相负荷较大,提高预蒸馏塔的进料温度可减少预蒸66块板开始,随着进料点的下移,塔顶甲醇产品的馏塔的热负荷;预蒸馏塔的回流比增大可以解决甲精度反而开始下降,从第82块板开始,塔顶甲醇产酸甲酯问题。品的精度下降幅度很大。进料点从第2块板到第62块板移动时,塔顶甲醇产品的乙醇含量不断降(2)全塔进料点定在第87块板上,回流比定为2.03。低,然后开始一直升高。2.3.8常压精馏塔进料点对常 压塔冷凝器负荷和(3)常压塔回流比达到2.23时.塔顶甲醇产品的乙醇含量小于30 μg/g; 进料点对塔顶甲醇产品塔底热负荷的影响假定其他可控操作条件保持不变,控制常压精的精度和能耗有一定影响,进料口的选择需根据对馏塔进料点从上到下变化,即以常乐精馏塔进料点产品质量的要求来选择。为自变量,以常压塔冷凝器负荷和塔底热负荷为因参考文献变量,使用ASPEN PLUS软件中的灵敏度分析工具,[1]刘源贵.马???兰文礼.甲醇精馏装置的节能技术改造[J].进行分析计算,设定常压精馏塔进料点的变化范围石油和化T.节能209 ,16(4):233 -25.为66 ~87,取分析步长为1,模拟分析结果如下[2]丁红叶鑫,李延生.甲醇合成及精馏单元的热集成[].化工图8。进展,2009 ,28(S2):341 -345.[3]陆文斌,时正兴.新型简效规整填料塔在甲醇精馏生产中的应用[J].现代化工.2005 .25(2):54 -57.9.5t11.7 g11.6瓶[4]刘保柱章渊褪.陈甲.节能型甲醇精馏工艺研究[J].化工进9.611.5号0.7-114楼展,2007 ,26(5):739 -742. .-9.811.3按[5]褚雅志,秦萍.王胜利.甲醇精馏工艺及其塔器优化设计[J].-9.911.2瓷化工进展,2008 ,27(12) :1659 - 1662. .66六888[6]黄风林,向小风.甲醇精馏过程四塔流程模拟分析[J].石油与常压塔进料点天然气化工.2007 .36(1);18 -21.图8常压精馏塔进料点对塔顶冷凝器负荷和.[7]黃洁.甲醇双塔精馏过程的模拟与分析[].化肥设计,2004,18(1):21 -23. .[8]唐锦文.甲醇精馏工艺模拟计算及分析[J].化工设计,2006,16从图8可以看出,当常压塔进料点从66层到(2):I7.82层向下移动时,常压塔冷凝器负荷几乎不变;当[9]冯元琦.甲醇[ M].北京:化学工业出版社2000进料点移到83层时,压塔冷凝器负荷有明显降低,[10] Ji H B,Shi D P,Shao M. Transition melal-free and substrate selece但是从第84块板开始,随着进料点的下移,常压塔tive oxidaion of alohols using water麟an only solvent in the pesrence of beueyclodexrin[J]. Tethedron Ltt, 2005.46( 14):冷凝器负荷反而大幅度升高;在进料点从66层到2517-2520.■83层向下移动时,常压塔塔底热负荷逐渐降低,从

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