甲醇精馏系统模拟与优化研究

孙国秀(河北泽田化工有限公司， 河北 衡水 053000)

甲醇精馏系统模拟与优化研究

孙国秀(河北泽田化工有限公司， 河北 衡水 053000)

文章通过应用计算机模拟软件，对不同甲醇精馏系统进行模拟，并从结果分析甲醇精馏系统的优化方案，从而为企业提供科学的参考依据，有助于提升企业的经济效益。

甲醇精馏系统；模拟软件；优化方案

0 引言

甲醇作为化工原材料，在工业生产中具有重要作用。通常情况下，化学合成的粗甲醇杂质过多，无法直接在生产中应用，为了提炼高纯度甲醇，需要进行精馏[1]。但是在实际加工过程中，粗甲醇的精馏成本过高，导致企业利润降低。因此，加强工艺创新、节省精馏成本是现代甲醇制造企业研究的重点。文章主要应用计算机模拟软件，分别对双塔精馏工艺和三塔精馏工艺进行模拟，从而明确两种工艺的优点和缺点。

1 甲醇精馏工艺流程

1.1 双塔流程

双塔流程主要设备为两个精馏塔。粗甲醇在第一精馏塔去除杂质后，被输送至第二精馏塔。在第二精馏塔的加工后，塔顶蒸汽受到冷气凝结后进入回流罐，其中一部分被制成产品进行销售，还有一部分经加压泵处理后回流入精馏塔。

1.2 三塔流程

三塔流程的主要装置为三个精馏塔，该工艺能够有效提升甲醇提炼精度和效率，同时能够节省加工成本，在实际生产中具有较好的应用效果。三塔精馏工艺的流程为：粗甲醇在第一精馏塔加工后，蒸汽冷凝处理后输送至水洗塔，经水洗处理后液相回流至第一精馏塔；塔底液体经换热器处理后输送至第二精馏塔；第二精馏塔产生的蒸汽作为第三精馏塔的加热源，两者之间形成双效精馏的效应；第二精馏塔塔顶的蒸汽经冷凝后，一部分作为生产产品，一部分回流至第二精馏塔；第二精馏塔塔底辅液送入第三精馏塔，经精馏处理后，部分产出，部分回流，废液输送至回收塔。

2 建立模型与物性方法选择

2.1 建立模型

文章采用Aspen模拟软件，采用RadFrac严格精馏模型[2]，能够有效模拟双塔加工工艺和三塔加工工艺。双塔加工工艺主要模拟方法为：分别模拟第一精馏塔模块和第二精馏塔模块。三塔加工工艺主要模拟方法为：分别模拟第一精馏塔模块、第二精馏塔及第三精馏塔这2个模块。

2.2 物性方法选择

在模拟计算过程中，热力学计算方法与计算结果的真实性与科学性有密切的相关性。甲醇精馏过程中存在极性化合物，因此能够选择的物性方法有很多，例如NRTL、NRTL-RK、WILSON、UCIFAC等[3]，这些模型在甲醇精馏系统模拟中均有一定的应用价值。模拟结果与实验结果的相似度越高，说明该模型的准确性和可行性越高。笔者以多年研究经验分析，双塔、三塔精馏工艺采用WILSON及NRTL物性方法较为科学，能够符合模型各模块的要求。

3 模型优化

3.1 进料位置对精馏效果的影响

根据加工模型分析，在保障产出量与回流比不变的情况下，粗甲醇进料位置改变，会导致塔顶甲醇产生发生变化，同时对加热器与冷凝器的热负荷也会造成一定的影响。因此，需要通过分析进料位置对精力效果的影响，明确科学的进料位置。笔者以多年经验分析，随着进料位置的下降，产品加工质量会逐渐提升，当进料位置达到第36块理论版后，第二精馏塔塔顶甲醇质量增长速度减缓，但第三精馏塔产出甲醇质量下降；当第二精馏塔进料位置超过第36块理论版后，第三精馏塔产出甲醇质量不符合生产标准。因此，双效精馏模块的最佳进料位置为第36块理论版。

3.2 回流比对精馏效果的影响

回流比对甲醇精馏质量有重要的影响。一般情况下，为了平衡产出与回流之间的平衡，回流比多为2.8，这样能够有效节省加工成本。

3.3 加压塔压力对精馏效果的影响

压力超过750kPa后，精馏质量无法满足生产标准，因此模型中加压塔压力参数可以设为750kPa。

4 经济性评估

经济性评估对于甲醇精馏工艺的选择具有重要影响，其能够有效评估工艺的经济效益，如此才能够选择更加好的加工工艺。但是在评估前，需要做出许多假设，这导致评估结果存在很大的不确定性。因此，本次研究采用简单经济评估法进行计算，计算公式为：年生产成本=(资本成本÷投资回收期)+能耗成本。将双塔精馏工艺与三塔精馏工艺相比，虽然双塔精馏资本成本比三塔要高11%，但是总消耗成本得到大幅下降(50%)，说明三塔精馏工艺的年生产成本要远远低于双塔精馏工艺。

[1]褚雅志,秦丽萍,王胜利,等.甲醇精馏工艺及其塔器优化设计[J].化工进展,2013,27(10):1659-1662.

[2]陈倩,李士雨,李金来,等.甲醇合成及精馏单元的能效优化[J].化学工程,2012,40(10):1-5.

[3]吴丽兰.甲醇精馏工艺模拟计算与优化及新工艺分析[J].中国化工贸易,2016,8(1):35.