甲醇精馏过程仿真系统（共3篇）
甲醇精馏过程仿真系统 篇1
0 引言
甲醇在化工生产中有极为重要的地位, 甲醇的燃烧产物为水, 不会对环境造成污染, 因此, 甲醇是工业中的一种典型优质原料, 近年来, 石油资源消耗量逐渐升高, 资源储量越来越少, 石油的价格也逐渐升高, 为了应对能源枯竭的问题, 必须要寻找出石油替代品。甲醇就是一种很好的选择, 甲醇不仅价格低廉, 对环境的污染也很小, 除此之外, 甲醇的辛烷值很高, 有着极大的发展潜力。
我国的煤炭资源丰富, 各个地区煤制甲醇项目也开展的如火如荼, 煤制甲醇项目也成为未来阶段下煤炭资源的高效利用形式, 甲醇精馏就是对合成装置中的粗甲醇进行精制的一个过程, 精馏的最终目的就是将粗甲醇中的杂质脱除, 生产出符合国家标准的优质甲醇, 如果粗甲醇精馏效果不理想, 那么制作出的成品纯度必然会受到严重的影响, 下面就对大型煤化工甲醇精馏过程仿真系统进行深入的研究。
1 甲醇精馏流程简分析
甲醇精馏的最终目的就是将粗甲醇中的杂质脱除, 提升甲醇的质量。根据甲醇生产的质量要求, 其精馏过程包括四塔、三塔、双塔几个流程, 四塔与三塔流程是以双塔流程为出发点而建立, 需要先进行分离处理, 再采用相应的方法将高沸物与水分离出来。
其中, 三塔精馏系统主要由常压精馏塔、加压精馏塔与预精馏塔三个部分组成, 在三塔精馏系统之中, 预精馏塔与双塔精馏中预精馏塔的作用相同, 经过加压蒸馏塔的处理后, 甲醇液就会变为蒸汽, 再进入冷却再沸器, 此时, 甲醇蒸汽产生的冷凝热能够为常压精馏塔的运行提供良好的热源, 而甲醇液在冷凝再沸器中流出后, 会进入到加压塔回流槽中, 还有部分甲醇液会进入加压精馏塔, 作为系统的回流液, 剩余部分经过冷却处理后就是成品。三塔流程具有节能性与环保型的特征, 加压塔塔顶冷凝潜热能够作为再沸器的热源进行使用, 这样既可节省大量的冷却水, 也不需要对蒸汽进行加热。
同三塔流程相比而言, 四塔流程的造价相对较高, 但是生产出的甲醇纯度更高, 且装置规模越大, 甲醇的纯度就会越高。同时, 在四塔流程之中, 常压精馏塔塔底废水几乎不会产生杂质, 将其作为萃取水使用就能够有效的节约原材料, 总结而言, 四塔流程环保型更加的理想, 能够节约大量的水资源, 因此, 这种模式也将会成为未来阶段下重点推广模式。
2 大型煤化工甲醇精馏过程仿真系统分析与模拟
目前, 我国大型煤化工甲醇精馏过程的仿真多使用Aspen Plus, Aspen Plus是一款典型的化工流程模拟软件, 能够精确反应出精馏过程的细节。Aspen Plus是一种大型的通用性流程模拟软件, 是建立在严格机理模型基础上的, 功能强大、精度理想、数据齐全。就现阶段来看, Aspen Plus软件已经在各个化工行业之中得到了广泛的使用。
在实际的操作过程, 第一步就是要选择好物性方法 (UNIFAC-DMD) , 再选择好相应的单元操作模块, 将参数调整好, 这样才能够提升模拟的精度, 一般情况下, 只要参数符合要求, 模拟误差不会超过5%。参数设置完成后, 就能够使用Aspen Plus系统中的稳态模拟系统, 具体的精馏过程可以按照模拟软件中的RADFRAC塔精馏模块来模拟, 塔精馏模块中的模拟文件有着收敛性的优势, 能够提供各种各样的模型, 同时, 系统顶层属于典型的仿真界面, 这一界面能够克服传统系统的缺陷。此外, 整个系统的仿真界面与模拟文件能够使用相应的程序接口来连接, 这样即可提升文件精度。同时, 系统的操作方式十分的简便, 能够实现扩充性的人机交换。
除此之外, 仿真系统也能够与自主化服务器进行有机结合, 在这种模式下生产出的产品纯度更加的理想, 且操作灵活, 符合环保要求, 以上的仿真系统的操作和设计与实际生产操作一致, 能够实现通用, 是值得进行推广和使用的。
在技术水平的发展之下, 煤化工企业甲醇精馏工作也发生了一些变化, 进料流量与以往相比, 参数越来越大, 在模拟过程中, 需要依照常压精馏塔杂质与热负荷的变化情况, 调整好回收塔与常压精馏塔的运行参数, 这样才能够提升产品的精度。
3 我国大型煤化工甲醇精馏仿真系统应用现状分析
近年来, 我国大型煤化工甲醇精馏仿真系统越来越成熟, 四塔流程也开始在大型煤化工企业中得到了广泛的应用, 大型煤化工甲醇精馏仿真模拟系统底层是由不同甲醇四塔精馏工艺构成, 将Aspen Plus仿真模拟软件应用到其中即可对操作负荷进行相应的控制, 若粗甲醇组成成分与流量发生变化, 此时, 仿真系统就会将模拟文件打开, 保障文件接收的准确性, Aspen Plus系统多文档界面可以将所有的工艺流程清晰明确的显示出来。
4 结语
综上所述, 在选择甲醇精馏工艺方案的过程中, 需要对分离物系的特征、能耗、经营、投资等因素进行综合分析, 并与生产条件和生产要求进行密切的结合, 选择科学合理的工艺模式。要意识到, 在社会的发展之下, 化工企业面临的竞争也越来越激烈, 这种竞争不仅集中在产品质量方面, 更加表现在产品的价格与能耗两个方面, 考虑到这一问题, 大型煤化工企业必须要意识到竞争形势的变化, 不断优化精馏系统, 积极的在生产过程中应用Aspen Plus仿真模拟系统, 这样才能够保证甲醇精馏过程朝着科学化、大型化的模式发展。
参考文献
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甲醇精馏过程节能降耗初探 篇2
1 两塔流程与三塔流程概述
1.1 两塔甲醇精馏流程分析
由合成工段制得的粗甲醇, 被送到粗甲醇贮槽中, 粗甲醇泵会将获得的粗甲醇原料送至预精馏塔中。预塔的主要作用是去除粗甲醇中混有的轻组分、诸如二甲醚等低沸点物质。对于部分从预塔塔顶回流罐中出现的液体, 在经过预塔回流泵后就会被送至预塔的上部, 同时为了阻止轻组分的过度累计, 其中一部分气体会从预塔二冷采出进入水洗槽洗涤然后去火炬。低压饱和蒸汽来为预塔提供正常工作所需的热量。最终富甲醇液中会包含水、乙醇以及其他的高级烷烃和高级醇, 借由预塔中的甲醇泵被送往常压甲醇精馏塔进行再次提纯。预塔塔顶和塔低的操作压力分别是0.07MPa和0.10MPa, 操作温度分别为77.6℃和84.4℃, 采用的是全回流方式进行操作。
在精馏过程中, 为了防止存在于粗甲醇中的酸性物质对设备产生腐蚀或者出现分解羰基物或者胺类的情况, 一般会在预塔进料泵进口设置管线, 经由加碱装置向粗甲醇中加入质量分数1~5%的Na OH溶液进行中和, 最终使甲醇液pH值在8~9。
常压塔顶的甲醇蒸汽在经过冷凝过后被送入常压塔回流槽中, 其中的大部分会被作为回流液再次回流到常压塔的顶部, 只有少部分的会被采出, 作为最终产品甲醇。常压甲醇塔底聚集的甲醇产品常常含有一些比甲醇更难挥发的、沸点比水低的杂质从常压塔侧线采出至杂醇槽。低压饱和蒸汽为常压塔工作提供所需的热量。常压塔塔顶和塔底的操作压强分别为0.01MPa和0.06MPa, 操作温度则为66.1℃和108.0℃。
1.2 三塔甲醇精馏流程分析
以下分别从预塔、加压塔和常压塔三个部分对三塔甲醇精馏流程进行分析。
1.2.1 预塔
由粗甲醇缓冲槽 (40℃, 0.5MPa) 来直接进料或由粗甲醇槽来的粗甲醇经预塔进料泵加压后, 进入粗甲醇预热器, 由蒸汽冷凝液加热至65℃左右, 送入预精馏塔。塔顶的甲醇蒸汽经过预塔冷凝器将大部分甲醇蒸汽冷凝下来送往预塔回流槽, 再由预塔回流泵打回流。预塔冷凝器未冷凝的部分低沸点组分及不凝气进入预塔第二冷却器冷却至40℃, 将其中绝大部分甲醇回收, 不凝气经预塔压力调节阀去排放槽。部分预塔轻馏分采至杂醇槽。预塔底由0.4MPa蒸汽经再沸器提供热量。为了防止粗甲醇中微量酸性物质腐蚀塔内件及促进胺类和羰基物的分解, 加入1~5%的烧碱液, 使PH值=8~9。预塔操作的条件为, 塔顶/塔釜压力和温度分别是0.020MPa/0.030MPa, 73℃/77℃。
1.2.2 加压塔
预塔塔底来的预后甲醇, 经加压塔进料泵加压后送至加压精馏塔。加压塔塔顶甲醇蒸汽进入常压塔再沸器作为常压精馏塔F2103的塔底热源, 甲醇蒸汽本身被冷凝成了液体后进入加压塔回流槽, 然后一部分由加压塔回流泵加压后回流至加压塔塔顶, 其余部分经精甲醇冷却器冷却至≤40℃作为产品送入精甲醇贮槽。加压塔塔底用0.5MPa蒸汽经再沸器提供热量。加压塔操作的条件为, 塔顶/塔釜压力和温度分别是0.55MPa/0.66MPa, 121℃/136℃。
1.2.3 常压塔
由加压塔塔底排出的甲醇溶液经减压阀调节后送至常压精馏塔。常压塔顶排出的甲醇蒸汽经常压塔冷凝冷却器冷却至≤40℃, 汽液混合物进入常压塔回流槽, 甲醇液体经常压塔回流泵加压, 一部分作为回流送入塔顶部, 其余部分作为产品采出。常压塔下部设有侧线采出, 由其排出杂醇油, 以降低常压塔下部高沸点物的富集浓度, 改善塔的操作。常压塔操作的条件为, 塔顶/塔釜压力和温度分别是0.005MPa/0.015MPa, 65.4℃/105℃。
2 三塔甲醇精馏节能降耗分析
三塔甲醇精馏节能流程同两塔相比大大降低了能耗。从回流来看, 三塔甲醇借助加压塔顶蒸汽冷凝过程中产生的热量被用于加热常压塔底再沸器中的含有部分难挥发杂质的甲醇也, 这就使得常压塔中的再沸器不需要再次使用蒸汽, 同时也让加压塔塔顶不需再设置冷凝器, 因而很大程度上降低了流程耗能, 在理论上三塔精馏获得的蒸汽消耗量比两塔精馏蒸汽能耗少了将近42%。
同时, 也应当注意到, 三塔甲醇精馏装置的投资较两塔而言精馏工艺步骤加多, 操作相对复杂, 对于操作人员的基本素质和控制仪表等方面提出了新的要求。考虑到成本和收益的问题, 一般而言, 生产规模在10万吨/年的甲醇装置以上的才适合使用三塔甲醇精馏装置。
3 合理安排三塔精馏装置以节能降耗
3.1 填料塔同板式塔比较
填料塔与板式塔各有优缺点, 对于此项十万吨的甲醇精馏项目而言, 使用填料塔更为合理。从生产能力上看, 填料塔在单位塔截面积生产能力上比板式塔高上许多。在分离效率上, 经过理论分析, 发现在常压和低压 (压力低于0.3MPa) 操作下, 填料塔比板式塔的分离效率高上5%左右。如果是在高压条件下进行操作, 板式塔的分离效率则略高于填料塔。在压力降上, 板式塔的压力降远远高于填料塔, 几乎能够达到其5倍, 因此相对而言, 填料塔的压力降比较低, 压降低的装置不仅能够降低实际操作的费用, 而且能够节约能耗, 产生的热蒸汽还能够回流被再次使用, 对于降低塔釜温度、加快精馏速率都有着重要的价值, 而且对于热敏物系的分离也有一定的帮助。
从操作弹性上说, 一般说来, 填料本身就会对气液负荷变化的适应件产生较大的影响, 因此塔内件的设置很大程度上决定了填料塔的操作弹性, 特别是液体分布器的设置。因而可以根据实际的具体情况, 选择相应的设计方法来确定填料塔的操作弹性, 对比而言板式塔的操作弹性受到了液沫夹带、塔板液泛以及降液管能力的约束, 操作弹性一般较小。从制造、结构和造价上看。一般说来, 填料塔的结构比板式塔的结构简单, 因此制造和维修也比较方便, 很大程度上降低了维修的费用, 但是填料塔的造价一般会高于板式塔。从实际操作中看, 板式塔的持液量大于填料塔, 持液量越大, 塔的操作也就越平稳, 从这个意义上说, 板式塔较填料塔而言更加容易操作。同时, 填料塔不适合侧线进料和出料的复杂情况, 而板式塔则容易实现。对于表面积较大的局性能填料, 填料塔容易出现堵塞的状况, 因此填料塔不能直接处理容易聚合或者含有悬浮物的物料。
3.2 塔板的性能和设置
目前有不少塔板供应商来推销自己的塔板的时候, 声称自己的塔板性能最好, 有些以塔板可以将常压塔排除的废水含醇量降低到25PPm之下作为推销的优势。其实这实际上一个错误的认识, 其实废水的含醇量只是作为塔的设计指标之一, 而不能用于评价塔板性能的优劣。从本质上说, 一切的塔板的计算方式都是一致的, 这也就是说任何一种塔板都可以通过适当的设计使其废水含醇量处于25PPm之下。一个设计良好的塔板应该是保证处理量大、效率高、能耗低这三点。在实际的过程中, 常压塔是混合塔, 上面塔板、下面填料。这种处理方法虽然使得废水含醇量大于25PPm, 但是能够减少蒸汽的消耗, 降低回流量, 同时如果想增加塔板数量, 也不会使得塔高增加。
4 小结
对两塔和三塔甲醇精馏流程进行了探讨, 分析了三塔甲醇精馏流程在节能减耗上有着很大的优势, 并且提出年产量达到10万吨甲醇的项目才应当考虑使用三塔精馏方式。然后从三塔精馏流程进行了节能减耗的探讨, 提出填料塔比板式塔有着许多优良的特性, 对于提高甲醇质量也有着重要的帮助, 塔板的设置不应该以废水含醇量来设置。
摘要：结合实际生产中年产十万吨焦炉煤气制甲醇项目, 对甲醇精馏过程中如何降低能耗进行了探讨, 认为合理安排、选择精馏工艺流程能够降低甲醇生产能耗, 大大提高甲醇企业的生产效益。
关键词：甲醇精馏工艺,工艺流程,节能降耗
参考文献
[1]张云玲, 王剑锋.甲醇精馏过程节能降耗初探孟旭光[J].化学工业与工程技术, 2013.
[2]吴声旺.甲醇双塔精馏和三塔双效精馏工艺应用比较[J].化学工程与装备, 2009.
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浅谈甲醇精馏加压塔控制系统 篇3
三塔精馏流程是成熟的甲醇精馏工艺, 其中加压精馏塔是精甲醇产出的主要设备, 它的控制系统非常复杂, 控制要求非常精细。因而加压塔的自动控制系统在加压塔精馏的过程中发挥最为重要的控制作用, 是复杂的精馏工艺得到可靠平稳运行的基础保障。
1.加压精馏塔工艺流程介绍
加压精馏塔部分主要包括下列设备:给料泵、加压精馏塔、加压塔再沸器、冷凝再沸器、加压塔冷却器、加压塔回流槽、回流泵。物料流程为粗甲醇经给料泵进加压精馏塔, 液相向塔釜流动, 经再沸器加热部分物料蒸发为气相通过塔体上行、部分物料从塔釜采出去常压精馏塔, 塔顶部分气相经冷凝再沸器和加压塔冷却器冷凝后, 进入到冷凝回流槽, 回流槽采出部分精甲醇产品, 另外部分通过回流泵作为回流液返回到精馏塔回流口。加压塔流程图见图1。
T:加压精馏塔 P1:给料泵 P2:回流泵 E1:加压塔再沸器 E2:冷凝再沸器器 E3:加压塔冷却器 V:加压塔回流槽
2.加压精馏塔控制系统介绍
要实现加压塔的稳定精确控制, 需要控制的参数很多。包括:塔釜压力、进料流量、塔顶压力、回流比、加压塔液位和回流槽液位等。同时需要检测回流槽出口的甲醇产品质量。通过图1我们可以看到一系列控制上述参数的操作手段和调节阀门, 体现了控制系统对于精馏作用的重要性。
甲醇加压精馏塔塔釜压力在粗甲醇含量为85% (mol) 的工况下, 控制在9.5MPaG左右, 塔顶压力按8.1MPaG控制, 回流比取1～3, 流量根据生产规模来进行调控, 同时需要对塔釜、塔顶和敏感塔板进行温度和压力监控, 达到精细操作的目的, 保证精甲醇的质量。
3.加压精馏塔控制系统实现方法
实现控制系统的精细操作, 需要对于控制参数的影响因素做详细分析。
为了满足甲醇精馏的总产量, 粗甲醇的进料流量是一个不可或缺的控制参数, 该参数一般根据项目的设计情况确定, 通过上游预精馏塔的液位来决定加压塔的进料量, 具体通过给料泵后调节阀控制实现。
加压精馏塔的压力是精馏操作中的一个重要参数, 塔压的变化必将引起塔内气相流量和塔板上汽-液平衡条件的变化, 结果会使操作条件改变, 最终将影响到产品的质量, 而且还关系到设备和生产的安全。因此, 一般加压塔都要设置塔压控制系统, 以维持塔压的恒定。
塔顶压力根据各塔板平衡计算和塔板压降确定, 与系统中冷却后的回流槽操作压力 (塔顶背压系统) 相关, 可通过调节回流槽出口气相调节阀的开度得以保证。图1所示的控制方案中, 除了通过调节加压塔的甲醇气体的压力来控制加压塔压力外, 为了维持回流槽的液位, 还设置了回流槽液位控制, 即通过对液态精甲醇的产品采出量来调节来维持液位的恒定, 以保证有足够冷凝液作为回流。
此外, 由于各物质在不同压力下其蒸汽分压是不同的, 所以加压塔的塔釜压力也是一个很重要的参数, 该控制方案中, 塔釜压力依靠再沸器蒸汽调节阀直接控制。
加压塔的回流比是根据精甲醇产品质量具体确定, 此值是采样分析化验获得, 通过流量调节阀具体控制来实现。
为保证加压塔设备安全, 加压塔液位控制必不可少, 可通过塔底采出的物料流量控制。
当然, 上述一系列参数之间有相互影响、相互作用的关系。对于整个系统的设计和操作都要做到精益求精, 探求最佳的操作参数方案, 摸索适合实际产能和甲醇品质的具体操作控制细节。控制系统所达到的目的就是从宏观上实现可调节参数的可控、合理化, 这样这个系统才会稳定有序。
4.结语
本文系统介绍了甲醇精馏中加压精馏塔的流程、控制系统和实现方法, 对于三塔流程中加压精馏塔操作和参数控制进行了详细的阐述, 对实际生产中甲醇精馏系统的生产操作和控制具有一定的指导作用。
摘要：甲醇精馏控制非常复杂, 需要精细操作和精确控制, 实际生产过程中通过各控制参数合理配置, 将会减少操作失误, 提高自动控制水平, 达到较好的控制效果。
关键词：甲醇精馏,加压精馏塔,控制系统
参考文献
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