【文章內(nèi)容簡介】 或3塔精餾，根據(jù)蒸汽系統(tǒng)設(shè)置而定。⑥ 伍德公司甲醇技術(shù)特點(diǎn)，日產(chǎn)2000噸甲醇。伍德公司采用改進(jìn)的氣冷激式菱形反應(yīng)器、等溫合成塔、冷管式合成塔。CASALE公司ARC合成塔。單系列生產(chǎn)能力最高可達(dá)3000MTPD。合成廢熱回收方式：預(yù)熱鍋爐給水，設(shè)備投資低。等溫合成塔：副產(chǎn)中壓蒸汽的管殼式合成塔，~，單塔生產(chǎn)能力最高可達(dá)1200MTPD。設(shè)備投資高。(2) 國內(nèi)甲醇工藝技術(shù)我國是煤豐富的國家，甲醇原料采用天然氣和煤的較多。目前產(chǎn)量幾乎各占一半。生產(chǎn)工藝有單產(chǎn)甲醇和聯(lián)產(chǎn)甲醇兩種嗎，聯(lián)產(chǎn)甲醇除災(zāi)合成氨裝置聯(lián)產(chǎn)甲醇外，還可以利用化工廠尾氣或結(jié)合城市煤氣聯(lián)產(chǎn)甲醇。① 國內(nèi)的甲醇早期技術(shù)我國以天然氣為原料合成甲醇技術(shù)主要有：一段蒸汽轉(zhuǎn)化工藝和中國成達(dá)公司的純氧兩段轉(zhuǎn)化工藝。我國以煤為原料合成甲醇技術(shù)主要有：固定床氣化、流化床氣化、氣流床氣化爐，近幾年引進(jìn)的Texaco水煤漿氣化和Shell粉煤氣化。其中Texaco的氣化引進(jìn)較早，使用的經(jīng)驗(yàn)較多，國產(chǎn)化率高，投資較省，Shell氣化還沒有使用經(jīng)驗(yàn)。② 國內(nèi)煤氣凈化技術(shù)甲醇粗煤氣脫硫脫碳凈化與合成氨是相同的，只是不需要液氨洗。國內(nèi)主要的凈化技術(shù)有低溫甲醇洗、MDEA、NHD，對于中小廠也有脫硫用ADA、PDS、脫碳用熱甲堿、PC、MDEA技術(shù)。③ 合成甲醇和精餾技術(shù)我國自86年開始就開發(fā)了低壓甲醇合成和精餾技術(shù)，目前國內(nèi)廣泛采用的管殼式副產(chǎn)蒸汽合成塔和兩塔精餾就源于該開發(fā)，后又推廣了“U”型冷管合成塔。精餾也從兩塔發(fā)展到三塔，既可生產(chǎn)GB3382004優(yōu)等精品甲醇，又可生產(chǎn)美國OM232KAA級(jí)精甲醇，含醇污水處理工藝已取得突破性進(jìn)展，污水處理后可回收利用，故甲醇裝置在正常生產(chǎn)時(shí)實(shí)現(xiàn)了無含醇污水排放，近年來，甲醇技術(shù)發(fā)展很快，主要趨向?yàn)椋荷a(chǎn)的原料轉(zhuǎn)向天然氣、烴類加工尾氣。從甲醇生產(chǎn)的實(shí)際情況核算，采用天然氣為原料比用固體為原料的投資可降低50%，采用乙炔尾氣則更為顯著。目前國際上，生產(chǎn)甲醇的原料以天然氣為主，約占90%，以煤為原料只占2%。國內(nèi)近年來以煤為原料生產(chǎn)甲醇的比例在逐步上升，這與中國的能源結(jié)構(gòu)有關(guān)。生產(chǎn)規(guī)模大型化，單系列最大規(guī)模達(dá)225萬噸/年，即單系列日產(chǎn)7500公噸。規(guī)模擴(kuò)大后，可降低單位產(chǎn)品的投資和成本。充分回收系統(tǒng)的熱量。產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)壓力的蒸汽，以驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)及鍋爐給水泵、循環(huán)水泵的透平，實(shí)現(xiàn)熱能的綜合利用。采用新型副產(chǎn)中壓蒸汽的甲醇合成塔，降低能耗。采用節(jié)能技術(shù)，加氫回收技術(shù)，預(yù)轉(zhuǎn)化、工藝?yán)淠猴柡图夹g(shù)、燃燒空氣預(yù)熱技術(shù)等，降低甲醇消耗。(3) 國內(nèi)甲醇工藝技術(shù)的比較① 產(chǎn)品能耗的比較：60吉焦/噸　VS　30吉焦/噸現(xiàn)實(shí)是：國外甲醇生產(chǎn)規(guī)模大，技術(shù)先進(jìn)，管理嚴(yán)格，能耗低，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn) 定；國內(nèi)大甲醇裝置的產(chǎn)品質(zhì)量已經(jīng)達(dá)到國際水平，但許多小甲醇或聯(lián)醇裝置產(chǎn)品質(zhì)量尚不穩(wěn)定。據(jù)全國化學(xué)工程技術(shù)委員會(huì)副主任、中石化寧波工程有限公司副總工程師唐宏青介紹，國內(nèi)煤基甲醇每噸產(chǎn)品能耗為50～60吉焦，耗水22～30噸。以天然氣為原料生產(chǎn)的甲醇每噸產(chǎn)品能耗約為40吉焦，耗天然氣900～1150立方米，耗水16～20噸。我國小型聯(lián)醇裝置每噸產(chǎn)品耗能則高達(dá)70吉焦。而國外大型甲醇裝置基本都以天然氣為原料，并且每噸產(chǎn)品能耗只有25～30吉焦，耗天然氣760～920立方米，耗水10～15噸。另外，由于我國甲醇生產(chǎn)大多采用煤基路線，酸性氣體和灰渣排放量較大，需投入較多資金建設(shè)環(huán)保 處理設(shè)施。而國外以天然氣為原料的大型甲醇裝置，基本屬于清潔生產(chǎn)，對環(huán)境影響較小，環(huán)保投入也相應(yīng)較小。② 運(yùn)輸成本：55美元/噸　VS　25美元/噸許多業(yè)內(nèi)專家都向記者提到了國內(nèi)甲醇生產(chǎn)的一個(gè)先天不足：我國甲醇生產(chǎn)所需原料煤炭、天然氣主 要集中在經(jīng)濟(jì)較落后、交通不便的西部，而我國甲醇市場消費(fèi)中心在華東和華南地區(qū)。西部甲醇運(yùn)到華東和華南地區(qū)需鐵路或公路的長途運(yùn)輸，運(yùn)輸費(fèi)用最高達(dá)400元/噸（約55美元/噸）。甲醇產(chǎn)地與消費(fèi)地相距較遠(yuǎn)，導(dǎo)致交通運(yùn)輸成為今后我國甲醇發(fā)展的主要瓶頸。而大甲醇裝置集中的中東和中南美洲地區(qū)，同時(shí)也是世界上天然氣資源最為豐富的地區(qū)，資源地和甲醇生產(chǎn)裝置與沿海地區(qū)距離較近，生產(chǎn)裝置緊靠甲醇裝運(yùn)碼頭，甲醇產(chǎn)品全部采用海路運(yùn)輸，運(yùn)輸方便。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從中東、中南美洲和澳洲地區(qū)將甲醇運(yùn)到亞洲主港地每噸產(chǎn)品的運(yùn)費(fèi)只有25美元左右，運(yùn)輸費(fèi)用較低。而且，在物流方面，即使條件好的國內(nèi)甲醇企業(yè)也僅有廠內(nèi)儲(chǔ)運(yùn)和鐵路裝運(yùn)設(shè)施，國內(nèi)目前還沒有全國性更沒有世界性的甲醇中轉(zhuǎn)運(yùn)輸基地，沒有甲醇大型專用運(yùn)輸工具。而國外甲醇生產(chǎn)商大多在世界各地建有大型甲醇中轉(zhuǎn)基地和儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施，擁有自己或長期租用的 甲醇運(yùn)輸船隊(duì)。③ 投資模式：單打獨(dú)斗　VS　合作運(yùn)營如果談到國內(nèi)甲醇生產(chǎn)的后天不足，業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為主要是目前國內(nèi)甲醇裝置建設(shè)大多是獨(dú)資企業(yè)，少有合資合作。這對于動(dòng)轍投資上百億元的甲醇及下游產(chǎn)品項(xiàng)目來說，無疑加大了融資難度和投資風(fēng)險(xiǎn)。而國外甲醇裝置大多為合資合作建設(shè)與運(yùn)營。一般股東構(gòu)成包括投資商、專利商、銷售商和資源供應(yīng)商等，且投資商和股東委托專業(yè)資產(chǎn)管理公司協(xié)助運(yùn)營。這樣便能有效解決融資問題，降低資金成本和投資風(fēng)險(xiǎn)，并在技術(shù)、原料供應(yīng)和產(chǎn)品銷售等方面得到保證，最大限度地優(yōu)化各種生產(chǎn)要素，提高項(xiàng)目競爭力。④ 營銷模式：自行銷售　VS　專業(yè)銷售商據(jù)正智遠(yuǎn)東公司調(diào)查，盡管我國已成為最主要的甲醇生產(chǎn)國，但目前國內(nèi)甲醇生產(chǎn)企業(yè)還屬內(nèi)向型企業(yè)，產(chǎn)品幾乎全部面向國內(nèi)市場，建設(shè)項(xiàng)目的市場分析和決策幾乎也全部依賴于國內(nèi)市場，出口量微乎其微，根本無暇顧及到國際市場上的需求和變化。綜上所述，我們可以發(fā)現(xiàn)，我國國內(nèi)的甲醇生產(chǎn)技術(shù)以及相應(yīng)的經(jīng)營、銷售、運(yùn)輸模式距離國外的技術(shù)還是有一定的差距的，因此還需要我們不斷地努力以縮小差距。在甲醇精餾的過程中，我們在追求高產(chǎn)量高效率的同時(shí)，不能忽略了這帶來的環(huán)境污染問題。處理甲醇污水，消除環(huán)境污染是甲醇工業(yè)發(fā)展中的緊迫問題。在7O和8O年代，國內(nèi)對甲醇污水處理工藝的研究主要是針對厭氧法進(jìn)行的。該工藝由于存在生產(chǎn)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)少，局限于預(yù)處理，工藝控制條件窄，對負(fù)荷變化敏感，厭氧菌繁殖速度慢，工藝啟動(dòng)時(shí)間長等問題，100多年來發(fā)展遲緩。到2O世紀(jì)80年代，出現(xiàn)許多高效厭氧新工藝。這些新工藝的共同特點(diǎn)是延長了污泥停留時(shí)間，提高了污泥濃度以及改善了設(shè)備內(nèi)的流態(tài)。新工藝中應(yīng)用較為廣泛的方法主要有：厭氧接觸法，厭氧濾池以及上流式厭氧污泥床(UASB)反應(yīng)器。厭氧接觸法是在普通消化池基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，由于增加了混合液沉淀和污泥回流措施，提高了消化池內(nèi)污泥濃度，在一定程度上提高了設(shè)備的有機(jī)負(fù)荷和處理效率。加之允許進(jìn)水中含有較高的懸浮固體，運(yùn)行中具有較大的緩沖能力，過程穩(wěn)定以及操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用。上流式反應(yīng)器是由荷蘭學(xué)者Lettinga等于1971年開始研制的，設(shè)備經(jīng)歷了60L，6 m3，30m3。以及200m3 的逐次放大，于1977年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。（1）曝氣法曝氣法屬好氧生物化學(xué)處理工藝。從甲醇精餾塔底來的殘液進(jìn)隔油池，除去殘液中高級(jí)烷烴之類的甲醇油，再進(jìn)配水池，在此加入一定量的冷卻水使溫度維持在18～38℃ ，并將殘液稀釋至COD＜8000 mg/L。然后進(jìn)中和池，調(diào)整pH值在6～，并適量加入營養(yǎng)液(如尿素，磷鹽等)。由中和池出來經(jīng)調(diào)節(jié)水量分別進(jìn)入曝氣池，在曝氣池中通入空氣。使曝氣池中活性污泥不斷翻騰，并提供足夠的氧。水從曝氣池出來夾帶一部分活性污泥，進(jìn)沉淀槽沉淀分離，經(jīng)分離后的水經(jīng)原水槽和過濾器外排。由沉淀槽底排出的活性污泥，根據(jù)曝氣池中活性污泥的量?；蚪?jīng)脫水槽后排出，或經(jīng)濃縮后回收。（2）厭氧法(UASB工藝)厭氧法屬生化處理。從甲醇精餾塔底排出的殘液送到甲醇?xì)堃嘿A槽，進(jìn)入調(diào)節(jié)池，加入稀釋水稀釋，控制調(diào)節(jié)池出水COD為15000 mg/L，并加入營養(yǎng)液(如Na2HPO4等)及緩沖劑(NaHCO3)，污水送入換熱器用蒸汽加熱至39～40℃ (多數(shù)情況下無需加熱)，以造成中溫厭氧菌生長的良好環(huán)境，再送高位槽。然后由高位槽靠重力進(jìn)入上流式厭氧反應(yīng)器底部，在此與活性污泥自流攪拌混合，向上流動(dòng)。在反應(yīng)器上部的三相分離器， 將反應(yīng)產(chǎn)生的沼氣，活性污泥及處理水分開，沼氣進(jìn)氣柜后送作燃料，處理水進(jìn)曝氣池處理，稀釋外排。（3）熱解氯化法處理工藝精甲醇工段殘液送殘液貯槽后，用泵送造氣工段廢熱鍋爐汽包(～ MPa且，150℃～l60℃)，殘液在此汽化， MPa后送煤氣爐熾熱高溫炭層(1000～12O0℃)裂解燃燒，生成合成氨原料氣(CO+ H2)。整個(gè)裝置流程簡單，工藝成熟，運(yùn)行安全，穩(wěn)定可靠，對設(shè)備無明顯腐蝕，投資步，運(yùn)行費(fèi)用低；廢鍋間斷排污符合國家GB897888標(biāo)準(zhǔn)。曝氣法、厭氧法及熱解氧化法都經(jīng)過了工業(yè)化生產(chǎn)的檢驗(yàn)，且工藝過程穩(wěn)定。厭氧法和熱解氧化法具有推廣實(shí)用性，厭氧法適用范圍更廣，任何甲醇生產(chǎn)廠均可采用，熱解氧化法適合于采用煤焦為原料制半水煤氣及水煤氣的廠家。甲醇?xì)堃禾幚砘厥占夹g(shù)的發(fā)展，對促進(jìn)甲醇工業(yè)的發(fā)展及環(huán)境保護(hù)有著重大意義。管板式：管子兩端與管板的連接方式可用焊接法或脹接法固定。殼體則同管板焊接。從而管束、管板與殼體成為一個(gè)不可拆的整體。這就是固定管板式名稱的由來。操作時(shí)，管壁溫度是由管程與殼程流體共同控制的，而殼壁溫度只與殼程流體有關(guān)，與管程流體無關(guān)。管壁與殼壁溫度不同，二者線膨脹不同，又因整體是固定結(jié)構(gòu)，必產(chǎn)生熱應(yīng)力。熱應(yīng)力大時(shí)可能使管子壓彎或把管子從管板處拉脫。所以當(dāng)熱、冷流體間溫差超過50℃時(shí)應(yīng)有減小熱應(yīng)力的措施，稱“熱補(bǔ)償”。固定管板式列管換熱器常用“膨脹節(jié)”結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱補(bǔ)償。圖所示的為具有膨脹節(jié)的固定管板式換熱器，即在殼體上焊接一個(gè)橫斷面帶圓弧型的鋼環(huán)。該膨脹節(jié)在受到換熱器軸向應(yīng)力時(shí)會(huì)發(fā)生形變，使殼 體伸縮，從而減小熱應(yīng)力。但這種補(bǔ)償方式仍不適用于熱、冷流體溫差較大（大于70℃）的場合，且因膨脹節(jié)是承壓薄弱處，殼程流體壓強(qiáng)不宜超過6at。浮頭式：其特點(diǎn)是有一端管板不與外殼相連，可以沿軸向自由伸縮。這種結(jié)構(gòu)不但完全消除了熱應(yīng)力，而且由于固定端的管板用法蘭與殼體連接，整個(gè)管束可以從殼體中抽出，便于清洗和檢修。浮頭式換熱式應(yīng)用較為普遍，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)較高。U型管式：U型管式換熱器每根管子都彎成U型，管子的進(jìn)出口均安裝在同一管板上。封頭內(nèi)用隔板分成兩室。這樣，管子可以自由伸縮，與殼體無關(guān)。這種換熱器結(jié)構(gòu)適用于高溫和高壓場合，其主要不足之處是管內(nèi)清洗不易，制造困難。固定管板式：管子兩端與管板的連接方式可用焊接法或脹接法固定。殼體則同管板焊接。從而管束、管板與殼體成為一個(gè)不可拆的整體。這就是固定管板式名稱的由來。操作時(shí)，管壁溫度是由管程與殼程流體共同控制的，而殼壁溫度只與殼程流體有關(guān)，與管程流體無關(guān)。管壁與殼壁溫度不同，二者線膨脹不同，又因整體是固定結(jié)構(gòu)，必產(chǎn)生熱應(yīng)力。熱應(yīng)力大時(shí)可能使管子壓彎或把管子從管板處拉脫。所以當(dāng)熱、冷流體間溫差超過50℃時(shí)應(yīng)有減小熱應(yīng)力的措施，稱“熱補(bǔ)償”。固定管板式列管換熱器常用“膨脹節(jié)”結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱補(bǔ)償。圖所示的為具有膨脹節(jié)的固定管板式換熱器，即在殼體上焊接一個(gè)橫斷面帶圓弧型的鋼環(huán)。該膨脹節(jié)在受到換熱器軸向應(yīng)力時(shí)會(huì)發(fā)生形變，使殼 體伸縮，從而減小熱應(yīng)力。但這種補(bǔ)償方式仍不適用于熱、冷流體溫差較大（大于70℃）的場合，且因膨脹節(jié)是承壓薄弱處，殼程流體壓強(qiáng)不宜超過6at。熱交換器是進(jìn)行熱交換操作的通用工藝設(shè)備,被廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)部門,尤其在石油、化工生產(chǎn)中應(yīng)用更為廣泛。換熱器分類方式多樣,按照其工作原理可分為:直接接觸式換熱器、蓄能式換熱器和間壁式換熱器三大類,其中間壁式換熱器用量最大,據(jù)統(tǒng)計(jì),這類換熱器占總用量的99%。間壁式換熱器又可分為管殼式和板殼式換熱器兩類,其中管殼式換熱器以其高度的可靠性和廣泛的適應(yīng)性,在長期的操作過程中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),其設(shè)計(jì)資料比較齊全,在許多國家都有了系列化標(biāo)準(zhǔn)。近年來盡管管殼式換熱器也受到了新型換熱器的挑戰(zhàn),但由于管殼式熱交換器具有結(jié)構(gòu)簡單、牢固、操作彈性大、應(yīng)用材料廣等優(yōu)點(diǎn),管殼式換熱器目前仍是化工、石油和石化行業(yè)中使用的主要類型換熱器,尤其在高溫、高壓和大型換熱設(shè)備中仍占有絕對優(yōu)勢。對于完成某一任務(wù)的換熱器,往往有多個(gè)選擇,如何確定最佳的換熱器,是換熱器優(yōu)化的問題,即采用優(yōu)化方法使設(shè)計(jì)的換熱器滿足最優(yōu)的目標(biāo)函數(shù)和約束條件。在換熱器設(shè)計(jì)中,最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)是指包括設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用在內(nèi)的總費(fèi)用最小。本文主要針對管殼式水冷卻器冷卻水出口溫度的優(yōu)化問題,利用一般優(yōu)化設(shè)計(jì)的原理和方法,以操作費(fèi)用最小為優(yōu)化目標(biāo),給出相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù),并用MATLAB語言編寫了計(jì)算程序,最后給出了一個(gè)計(jì)算實(shí)例。1　目標(biāo)函數(shù)對于以水為冷卻介質(zhì)的管殼式冷卻器,進(jìn)口水溫一定時(shí),由傳熱學(xué)的基本原理分析可知,冷卻水的出口費(fèi)用將影響傳熱溫差,從而影響換熱器的傳熱面積和投資費(fèi)用。若冷卻水出口溫度較低,所需的傳熱面積可以較小,即換熱器的投資費(fèi)用減少。但此時(shí)的冷卻水的用量則較大,所需的操作費(fèi)用增加,所以存在使設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用之和為最小的最優(yōu)冷卻水出口溫度。設(shè)換熱器的年固定費(fèi)用FA = (1)式中　FA ———換熱器的年固定費(fèi)用,元。KF ———換熱器的年折舊率, 1 /y。CA ———換熱器單位傳熱面積的投資費(fèi)用,元/m2 。A ———換熱器的傳熱面積,m2。換熱器的年操作費(fèi)用FB =Cu amp。8226。WuHy/1000 (2)式中　FB ———換熱器的年操作費(fèi)用,元。Cu ———單位質(zhì)量冷卻水費(fèi)用,元/噸。Wu ———換熱器冷卻水用量, kg/h。Hy ———換熱器每年運(yùn)行時(shí)間, h。因此換熱器的年總費(fèi)用即目標(biāo)函數(shù)F = FA + FB = KFCAA +Cu amp。8226。WuHy/1000 (3)2　A與Wu 的數(shù)學(xué)模型———熱平衡方程換熱器的熱負(fù)荷為Q =GcPi ( T1 T2 ) (4)式中Q———換熱器的熱負(fù)荷, kJ /h。G———換熱器熱介質(zhì)處理量, kg/h。cpi ———熱流體介質(zhì)比熱容, kJ / ( kgamp。8226?！? 。TT2 ———熱流體的進(jìn)出口溫度, ℃。當(dāng)換熱器操作采