大型煤化工甲醇精馏过程仿真系统的研究

于晓霞YU Xiao-xia

（大同煤炭职业技术学院，大同 037003）

（Datong Vocational and Technical College of Coal，Datong 037003，China）

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。

[1]周志超.一种新型甲醇双效精馏系统建模、动态行为与控制的若干问题研究[D].浙江大学,2008(05).

[2]Alyssa Marie Fulgueras;Dong Sun Kim;Jihwan Lee;Jungho Cho.Modeling and Optimization Study on the Separation of Acetone from Methanol through Pressure Swing Distillation [J].Book of Abstracts of the 12th Asian Pacific Confederation of Chemical Engineering Congress (Vol 2 Environment and Green Processing),2008(08).

[3]Nur Asshifa Md Noh;Salwa Mohd Salleh;Mohamad Nasir Mohamad Ibrahim;Ahmad Ramli Mohd Yahya.Pseudomonas aeruginosa USM-AR2 culture containing biosurfactant facilitates crude oil distillation process[J].2011(09).

[4]王明华,李政,冯静,倪维斗.甲醇/电联产系统中甲醇合成与精馏模拟及变负荷研究[J].热能动力工程,2008(07).

[5]张彦.煤气化甲醇联产电系统的工业示范研究[D].中国科学院研究生院（工程热物理研究所）,2009(01).