【文章內(nèi)容簡介】 傳統(tǒng)的工藝流程，是最早用于30MPa壓力下以鋅鉻催化劑合成粗甲醇的精制。主要步驟有：中和、脫醚、預(yù)精餾脫輕組分雜質(zhì)、氧化凈化、主精餾脫水和重組分，最終得到精甲醇產(chǎn)品。在傳統(tǒng)工藝流程上，取消脫醚塔和高錳酸鉀的化學(xué)凈化，只剩下雙塔精餾(預(yù)精餾塔和主精餾塔)。其高壓法鋅鉻催化劑合成甲醇和中、低壓法銅系催化劑合成甲醇都可適用[11]。從合成工序來的粗甲醇入預(yù)精餾塔，此塔為常壓操作。為了提高預(yù)精餾塔后甲醇的穩(wěn)定性，并盡可能回收甲醇，塔頂采用兩級冷凝。塔頂經(jīng)部分冷凝后的大部分甲醇、水及少量雜質(zhì)留在液相作為回流返回塔，二甲醚等輕組分(初餾分)及少量的甲醇、水由塔頂逸出，塔底含水甲醇則由泵送至主精餾塔。主精餾塔操作壓力稍高于預(yù)精餾塔，但也可以認(rèn)為是常壓操作，塔頂?shù)玫骄状籍a(chǎn)品，塔底含微量甲醇及其它重組分的水送往水處理系統(tǒng)（）。 甲醇精餾工藝的雙塔流程(3) 三塔流程描述三塔工藝是由脫醚塔，加壓精餾塔和常壓精餾塔組成，形成二效精餾與二甲醇精餾塔甲醇產(chǎn)品的鎦出物的混合物。三塔流程（）的主要特點(diǎn)是，加壓塔塔頂冷凝潛熱用作常壓塔塔釜再沸器的熱源，形成雙效精餾二效精餾，因此熱量交換在加壓塔頂部和常壓塔底部之間進(jìn)行。這種形式節(jié)省大約30%~40%的能源，同時(shí)降低了循環(huán)冷卻水的速度[12]。從合成工序來的粗甲醇入預(yù)精餾塔，在塔頂除去輕組分及不凝氣，塔底含水甲醇由泵送加壓塔。加壓塔操作壓力為57bar(G)，塔頂甲醇蒸氣全凝后，部分作為回流經(jīng)回流泵返回塔頂，其余作為精甲醇產(chǎn)品送產(chǎn)品儲槽，塔底含水甲醇則進(jìn)常壓塔。同樣，常壓塔塔頂出的精甲醇一部分作為回流，一部分與加壓塔產(chǎn)品混合進(jìn)入甲醇產(chǎn)品儲槽[13]。 甲醇精餾工藝的三塔流程(4) 四塔流程描述四塔流程（）包含預(yù)精餾塔、加壓精餾塔、常壓精餾塔和甲醇回收塔。粗甲醇經(jīng)換熱后進(jìn)入預(yù)精餾塔，脫除輕組分后(主要為不凝氣、二甲醚等)，塔底甲醇及高沸點(diǎn)組分加壓后進(jìn)入加壓精餾塔；加壓精餾塔頂?shù)臍庀噙M(jìn)入冷凝蒸發(fā)器，利用加壓精餾塔和常壓精餾塔塔頂、塔底的溫差，為常壓塔塔底提供熱源，同時(shí)對加壓塔塔頂氣相冷凝。冷凝后的精甲醇進(jìn)入回流罐，一部分作為加壓塔回流，一部分作為精甲醇產(chǎn)品出裝置；加壓塔塔底的甲醇、高沸組分、水等進(jìn)入常壓塔，常壓塔頂餾出精甲醇產(chǎn)品，在進(jìn)料板下方設(shè)置側(cè)線抽出，抽出物主要為甲醇、水和高沸點(diǎn)組分，進(jìn)入甲回收塔再回收甲醇，塔底廢水進(jìn)入生化系統(tǒng)處理；回收塔設(shè)有側(cè)線抽出，主要抽出物為高沸點(diǎn)醇類，以保證回收塔塔頂精甲醇質(zhì)量和塔底廢水中總醇含量要求，塔底廢水送生化處理。 甲醇精餾工藝的四塔流程 工藝流程的選擇[14] 工業(yè)上粗甲醇精餾的工藝流程，隨著粗甲醇合成方法不同而有差異， 故其精制過程的復(fù)雜程度有較大差別，但基本方法是一致的。首先以蒸餾的方法在蒸餾塔的頂部，脫除較甲醇沸點(diǎn)低的輕組分，這時(shí)，也可能有部分高沸點(diǎn)的雜質(zhì)與甲醇形成共沸物，隨輕組分一并除去。然后，仍以蒸餾的方法在塔的底部或底側(cè)脫除重組分，從而獲得純凈的甲醇組分。選擇工藝流程時(shí)，要綜合考慮催化劑、粗甲醇合成條件、精餾過程中能源消耗、精甲醇的質(zhì)量等，合理選擇適當(dāng)?shù)木s方法。在制定粗甲醇精餾的工藝流程時(shí)，應(yīng)考慮下述原則。(1)根據(jù)粗甲醇的質(zhì)量決定精餾過程的復(fù)雜程度。粗甲醇雜質(zhì)的含量主要決定于催化劑本身的選擇性，反應(yīng)溫度、壓力對其影響不顯著，采用銅系催化劑合成的粗甲醇雜質(zhì)含量少，不必要再用化學(xué)凈化方法進(jìn)行處理。(2)在簡化工藝流程的同時(shí)，還要考慮產(chǎn)品質(zhì)量的特殊需要及蒸餾過程中甲醇的收率。(3)減少蒸餾的熱負(fù)荷。(4)蒸餾工藝操作集中控制。(5)重視副產(chǎn)品的回收和排污的處理。采用四塔工藝流程，預(yù)塔的主要目的是除去粗甲醇中溶解的氣體(如COCO、H2 等)及低沸點(diǎn)組分(如二甲醚、甲酸甲酯)，加壓塔及常壓塔的目的是除去水及高沸點(diǎn)雜質(zhì)( 如異丁基油)，同時(shí)獲得高純度的優(yōu)質(zhì)甲醇產(chǎn)品。另外，為減少廢水排放，增設(shè)甲醇回收塔，進(jìn)一步回收甲醇，減少廢水中的甲醇含量。其主要特點(diǎn)如下：(1)利用加壓塔塔頂蒸汽冷凝熱作常壓塔塔底再沸器熱源，從而減少蒸汽消耗和冷卻水消耗,形成雙效精餾，總的能耗比二塔流程降低10% ―20%。(2)預(yù)塔加萃取水，有效的脫除粗甲醇中溶解的氣體COCO、H和丙酮、烷烴等輕餾分雜質(zhì)，使甲醇充分溶解在甲醇水溶液中，從而減少甲醇在預(yù)塔塔頂?shù)膿p失。(3)由于預(yù)塔塔底的溫度遠(yuǎn)低于加壓塔的進(jìn)料口處的溫度，加壓塔進(jìn)料屬于冷進(jìn)料，而加壓塔釜液溫度又高于常壓塔進(jìn)料口處的溫度，常壓塔進(jìn)料屬于過熱進(jìn)料狀態(tài)。無論是冷進(jìn)料還是熱進(jìn)料對精餾塔分離都是不利的，需損失一定高度的的填料用于換熱。設(shè)計(jì)的一臺加壓塔進(jìn)料/釜液換熱器，盡量降低進(jìn)料和進(jìn)料口處的溫差，從而提高了加壓塔和常壓塔的分離效率。(4)在常壓精餾塔提餾段雜醇油濃縮區(qū)設(shè)采出口，及時(shí)地將難分離的低沸點(diǎn)共沸物雜醇油采出，從而有效地降低了常壓塔的分離難度，減小了操作回流比，達(dá)到了節(jié)能、提高收率的目的；另外雜醇油采出后，能有效降低常壓塔塔底廢水中甲醇的含量。(5)增設(shè)的甲醇回收塔，操作彈性大，操作靈活，可回收甲醇，減少廢水中的甲醇含量。不僅甲醇回收率增加，而且可以在粗甲醇雜質(zhì)含量較高時(shí)從回收塔取出的甲醇用作燃料，避免雜質(zhì)在系統(tǒng)累積而影響產(chǎn)品甲醇質(zhì)量。綜上所述，本課題研究采用四塔工藝流程，即包含預(yù)精餾塔、加壓精餾塔、常壓精餾塔和甲醇回收塔。 影響精餾操作的因素與調(diào)節(jié)[15]一、影響精餾操作的主要因素簡析精餾塔操作的基本要求是在連續(xù)穩(wěn)態(tài)和最經(jīng)濟(jì)的條件下處理更多的原料液，達(dá)到預(yù)定的分離要求（規(guī)定的xD和xw)或組分的回收率，即在允許范圍內(nèi)采用較小的回流比和較大的再沸器傳熱量。通常，對特定的精餾塔和物系，保持精餾穩(wěn)態(tài)操作的條件是：①塔壓穩(wěn)定；②進(jìn)出塔系統(tǒng)的物料平衡和穩(wěn)定；③進(jìn)料組成和熱狀況穩(wěn)定；④回流比穩(wěn)定；⑤再沸器和冷凝器的傳熱條件穩(wěn)定；⑥塔系統(tǒng)與環(huán)境間熱穩(wěn)定等。由此可見，影響精餾操作的因素十分復(fù)雜，一下就其中主要因素予以分析。1） 物料平衡的影響和制約保持精餾裝置的物料平衡是精餾塔穩(wěn)定操作的必要條件。根據(jù)全塔物料衡算可知，對于一定的原料液流量F，只要確定了分離程度xD 和xw，餾出液流量D和釜?dú)堃毫髁縒也就被確定了。而xD和xw決定于汽液平衡關(guān)系（α）、xF 、q、R和理論塔板數(shù)NT系(適宜的進(jìn)料位置），因此D和W或采出率D/F與W/F只能根據(jù)xD和xw確定，而不能任意增減，否則進(jìn)出塔的兩個(gè)組分的量不平衡，必然導(dǎo)致塔內(nèi)組成變化，操作波動(dòng)，使操作不能達(dá)到預(yù)期的分離要求。2） 回流比的影響回流比是影響精餾塔分離效果的主要因素，生產(chǎn)中經(jīng)常用改變回流比來調(diào)節(jié)、控制產(chǎn)品的質(zhì)量，直接關(guān)系著塔內(nèi)各層扳上的物料濃度的改變和溫度的分布?；亓鞅仍龃髸r(shí)，精餾段和提留段內(nèi)傳質(zhì)推動(dòng)力均增加，因此在一定的精餾段理論塔板數(shù)下餾出液組成變大，釜?dú)堃航M成變小。反之，當(dāng)回流比減小時(shí)，xD減小而xw增大，使分離效果變差。回流比增加，使塔內(nèi)上升蒸汽量及下降液體量均增加，若塔內(nèi)汽液負(fù)荷超過允許值，則應(yīng)減小原料液流量?；亓鞅茸兓瘯r(shí)，再沸器和冷凝器的傳熱量也相應(yīng)發(fā)生變化。一般情況下，～2倍。～。其調(diào)節(jié)的依據(jù)是根據(jù)塔的負(fù)荷和精甲醇的質(zhì)量。當(dāng)塔的熱負(fù)荷較低時(shí)，可以取較低的回流比比較經(jīng)濟(jì)，為保證精甲醇的質(zhì)量，精餾段靈敏板的溫度可以控制的略低；反之，則增大回流比，在照顧精甲醇質(zhì)量的同時(shí)，為保持塔釜溫度，靈敏板溫度可控制略高。對粗甲醇精餾，回流比過大或過小，都會影響精餾操作的經(jīng)濟(jì)性和精甲醇的質(zhì)量，一般在正常生產(chǎn)條件受到破壞或產(chǎn)品不合格時(shí)，才調(diào)節(jié)回流比；調(diào)節(jié)后盡可能保持塔釜的加熱量穩(wěn)定，使回流比穩(wěn)定。在調(diào)節(jié)回流的同時(shí)，要注意板式塔的操作特點(diǎn)，防止液泛和嚴(yán)重漏液，都將會造成塔內(nèi)操作溫度的混亂。當(dāng)改變回流比時(shí)，由于操作的變動(dòng)，必然會引起塔內(nèi)每層板上濃度(組成)和溫度的改變，影響甲醇的質(zhì)量和甲醇的收率，必須通過調(diào)節(jié)，控制塔內(nèi)適宜的溫度，達(dá)到新的平衡，在粗甲醇含量和產(chǎn)量確定的條件下，甲醇精餾系統(tǒng)正確的設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵。3） 進(jìn)料組成和進(jìn)料熱狀況的影響當(dāng)進(jìn)料狀況(xF和q）發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)適當(dāng)改變進(jìn)料位置。一般精餾塔常設(shè)幾個(gè)進(jìn)料位置，以適應(yīng)生產(chǎn)中進(jìn)料狀況的變化，保證在精餾塔的適宜位置下進(jìn)料。如進(jìn)料狀況改變而進(jìn)料位置不變，必然引起餾出液和釜?dú)堃航M成的變化。二、精餾塔的產(chǎn)品質(zhì)量控制和調(diào)節(jié)精餾塔的產(chǎn)品質(zhì)量通常是餾出液及釜?dú)堃旱慕M成達(dá)到規(guī)定值。生產(chǎn)中某一因素的干擾（如熱量、xF等發(fā)生變動(dòng)）將影響產(chǎn)品的質(zhì)量，因此應(yīng)及時(shí)予以調(diào)節(jié)控制。在一定的壓強(qiáng)下，混合物的泡點(diǎn)和露點(diǎn)都取決于混合物的組成，因此可以用容易測量的溫度來預(yù)示塔內(nèi)組成的變化。對于餾出液和釜?dú)堃阂灿袑?yīng)的露點(diǎn)和泡點(diǎn)，通?？捎盟敎囟确从仇s出液組成，用塔底溫度反映釜?dú)堃航M成。但對高純度分離時(shí)，在塔頂（或塔底）相當(dāng)一段高度內(nèi)，溫度變化極小。對高純度分離時(shí)，一般不能用測量塔頂溫度來控制塔頂組成。分析塔內(nèi)沿塔高的溫度分布可以看到，在精餾段或提留段的某塔板上溫度變化最顯著，也就是說，這些塔板的溫度對于外界因素的干擾反映最為靈敏，通常將它稱之為靈敏板。因此生產(chǎn)上常用測量和控制靈敏板的溫度來保證產(chǎn)品的質(zhì)量。甲醇精餾塔進(jìn)科量和組成改變時(shí)，都會破壞塔內(nèi)物料平衡和氣液平衡，引起塔溫的波動(dòng)，如不及時(shí)調(diào)節(jié)，將會導(dǎo)致精甲醇的質(zhì)量不合格或者增加甲醇的損失。隨著進(jìn)料量的調(diào)節(jié)，各層塔板上的氣液組成重新分配，可以控制一定的靈敏板溫度與之相適應(yīng)。粗甲醇的組成一般是比較穩(wěn)定的，只是在合成催化劑使用的前后期隨著反應(yīng)溫度的升高而變化較大。但是預(yù)精餾后的含水甲醇中，甲醇濃度總會有些小幅度波動(dòng)。不論是其中甲醇濃度增加或降低，都會造成塔內(nèi)物料不平衡，形成輕組分下降或重組分上升，引起塔釜溫度降低或塔項(xiàng)溫度升高，加大了甲醇損失或降低了精甲醇的質(zhì)量。這時(shí)，在回流比仍屬適宜的情況下，只需對精甲醇的采出量稍作調(diào)節(jié)，就可達(dá)到塔溫穩(wěn)定，物料和氣液又趨平衡；如果粗甲醇的組分變化較大時(shí)，則需適當(dāng)改變其進(jìn)料板的位置，或是改變回流比，才保證粗甲醇的分離效率。當(dāng)合成催化劑后期生產(chǎn)的粗甲醇進(jìn)行蒸餾時(shí)，有時(shí)為確保精甲醇的質(zhì)量，以保證精餾塔進(jìn)料位置降低，同時(shí)適當(dāng)加大回流比。 Aspen Plus工藝流程模擬 Aspen Plus軟件的發(fā)展史Aspen Plus是大型通用流程模擬系統(tǒng)，源于美國能源部七十年代后期在麻省理工學(xué)院（MIT）組織的會戰(zhàn)，開發(fā)新型第三代流程模擬軟件。該項(xiàng)目稱為“過程工程的先進(jìn)系統(tǒng)”（Advanced System for Process Engineering，簡稱ASPEN），并于1981年底完成。1982年為了將其商品化，成立了AspenTech公司，并稱之為Aspen Plus。該軟件經(jīng)過近20年來不斷地改進(jìn)、擴(kuò)充和提高,已先后推出了十個(gè)版本,成為舉世公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)大型流程模擬軟件。全球各大化工、石化、煉油等過程工業(yè)制造企業(yè)及著名的工程公司都是Aspen Plus的用戶。以Aspen Plus嚴(yán)格機(jī)理模型為基礎(chǔ),還逐步發(fā)展起來了針對不同用途、不同層次的Aspen工程套件(Aspen Engineering Suite,簡稱AES)產(chǎn)品系列。Aspen Plus是工程套件的核心，可廣泛地應(yīng)用于新工藝開發(fā)、裝置設(shè)計(jì)優(yōu)化，以及脫瓶頸分析與改造。此穩(wěn)態(tài)模擬工具具有豐富的物性數(shù)據(jù)庫，可以處理非理想、極性高的復(fù)雜物系；并獨(dú)具聯(lián)立方程法和序貫?zāi)K法相結(jié)合的解算方法，以及一系列拓展的單元模型庫。此外還具有靈敏度分析、自動(dòng)排序、多種收斂方法，以及報(bào)告等功能。 Aspen Plus的獨(dú)特優(yōu)勢1）Aspen Plus具有最