《甲醇精馏流程论证》课件

- 60 -技术交流石油和化工设备

2018年第21卷

图1 双效并流流程和双效顺流流程甲醇-水体系单塔精馏与双效精馏流程比较

樊晶1，张奉波2

（1.北京石油化工工程有限公司， 北京 100107）（2.北京低碳清洁能源研究所， 北京 102211）

[摘 要] 以11万吨/年二甲醚合成装置中甲醇回收塔为实例，采用Aspen Plus软件研究了甲醇回收塔单塔、并流型、顺流型双效精馏流程，在相同的设计基准及要求下，从设备投资及节能效果两方面，综合分析评价不同方案的优劣。结果表明，并流双效流程的冷凝器和再沸器负荷分别下降了42.21%和49.63%，每年可节约运行成本252.714万元。对于本项目中给定的进料，并流双效精馏是最佳的甲醇-水体系分离方案。

[关键词] 甲醇-水；流程模拟；双效精馏；节能

作者简介：樊晶（1987—），女，山西永济人，硕士学位，工程师，从事化工工艺设计工作。精馏是石油化工行业重要的分离操作单元，

同时又是一个非常耗能的单元操作过程，为了降

低其能耗，可以采用多种措施。多效精馏就是其

中行之有效的措施之一。

多效精馏是将精馏塔分成压力不同的多塔，

压力较高塔的塔顶蒸汽向压力较低塔的再沸器供

热，同时塔顶蒸汽被冷凝。因此在多效精馏中只

是第一个塔的塔釜需要加入热量，最后一个塔的

塔顶蒸汽需要冷却介质进行冷凝，而其余各塔则

不需要由外界进行供热和冷却，所以与单塔相

比，多效精馏具有非常明显的节能效果[1]。近年来

随着能源紧张和人们环保意识的增强，多效精馏

在化工行业逐渐受重视。工业上广泛使用的是双

效精馏，实际节能率大约在40%左右[2,3]。本文以11万吨/年二甲醚合成装置中的甲醇回

收塔为实例，采用Aspen Plus对甲醇回收塔单塔

进行模拟计算和优化，并设计了并流型和顺流型

两种甲醇-水双效精馏流程，在相同的设计基准及

要求下，对比单塔精馏与双效精馏方案的经济成

本，找出不同精馏方案之间的差别，对实际生产

和工程设计具有一定的指导作用。

石油与天然气化工　ＣＨＥＭＩＣＡＩ＿ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　ＯＦ　ＯＩＬ＆ＧＡＳ　

甲醇双塔流程中萃取精馏的模拟和分析　

许新乐　（青海大学化学工程系）　

摘　要　对甲醇双塔精馏中的萃取精馏塔进行了模拟计算，分析了不同萃取剂、萃取剂用量对　精馏过程的影响，为甲醇的生产、设计提供参考。　关键词　甲醇　双塔精馏　萃取模拟计算　Ｃｈｅｍｓｅｐ　

铜系催化剂合成的粗甲醇产品精馏后的产品加　水混浊，是联醇生产中的特殊质量问题。铜基催化　剂合成甲醇的烷基化倾向，导致粗甲醇中有机胺、烷　烃类物质的含量比单醇生产要高出许多，影响产品　稳定性。加水萃取精馏是消除此类杂质的好方法。　利用Ｃｈｅｍｓｅｐ多组分精馏软件对甲醇预精馏塔加水　萃取的不同过程进行模拟分析。　ｌ　粗甲醇的组成　铜系催化剂合成的粗甲醇的组成中有机胺、烷　烃类物质的含量显著增多。此类杂质的沸点大多数　比甲醇高，但它们与甲醇生成的共沸物的沸点与甲　醇沸点很接近，如表１所示…。粗甲醇的组成（Ｗ）：　甲醇：９４．０４％；乙醇：０．１８０７％；水：５．６３４％；异丁　醇：０．１０１７％；癸烷：０．０４６５％。　

烷烃　共沸体系　℃　℃　甲醇一异戊烷３１．０　２４．２　甲醇一戊烷３６．１　３０．１　甲醇一己烷６８．７４　４９．３　甲醇一庚烷９８．４　５８．８　甲醇一异辛烷１０９．８　５８．３　甲醇一壬烷１５０．７　６３．９　甲醇一癸烷１７４．０　６４．３　实验值　文献值　共沸物组成　共沸　共沸物组成　＂，％　温度　＂，％　甲醇　烷烃　ｏＣ　甲醇　烷烃　４．４　９５．６　２４．５　４．２　９５．８　６．了　９３．７　３１．０　６．２　９３．８　２８．４　７１．６　５０．６　２８．９　７１．１　４９．４　５０．６　６０．５　６１．０　３９．０　５１．０　８８．１　９８．８　４９．０　ｌ１．９　１．２　２　模拟条件　对双塔精馏过程的预精馏塔进行多组分多级分　离过程模拟。进料温度６４￣Ｃ，压力常压，２０级理论　板（含塔顶冷凝器和塔釜再沸器，序号从上到下编　号），平衡常数采用ＤＥＣＨＥＭＡ，蒸汽压采用Ａｎ．　ｔｏｉｎｅ，活度系数采用ＵＮＦＩＣＡ法，焓采用过度自由　焓。牛顿法求解。　３　模拟结果与分析　３．１萃取物的选择　癸烷的沸点为１７４￣Ｃ，原则上应该出现在塔釜，　但它与甲醇生成的二元共沸物沸点为６４．３℃，低于　甲醇的沸点而出现在塔顶，工业化的联醇生产中常　用软水或初馏物作为萃取剂。　３．１．１　以软水为萃取剂　萃取剂水加入后由于官能团的相互作用影响，　改变了原来的气液平衡，破坏了癸烷一甲醇的共沸　体系，从而以水一癸烷替代癸烷一甲醇被带塔顶，减　少了甲醇的损失。在保持预塔塔釜甲醇密度０．８６　～０．８７　ｇ／ｍｌ（约含甲醇为７０％的甲醇水溶液，实际　计算取７８％）情况下，通过模拟计算可以看到：加入　萃取液后，塔顶甲醇的质量分率从０．９９２　３３９（摩尔　分率为：０．９８８　１　１８）降低到０．９３２　５９５（摩尔分率为：　０．８８７　８９８），降低了大约２０．１％。加水萃取后塔釜　癸烷质量分数由０．Ｏ１　１　３７４％（摩尔分数为：　０．０８７　６０９％）降到０．００３　３６５　５％（摩尔分数为：　０．０７３　０７２％）。满足ＧＢ３３８—２００４标准中小于　０．００８０％（　）加水后不混浊的要求，水溶性合格。　如图１和图２所示。　３．１．２主塔初馏物为萃取剂　主、预塔初馏物主要是稀醇水，

第１２期　汪梅，等：甲醇一苯共沸物连续萃取精馏工艺的流程模拟　・１３３・　甲醇一苯共沸物连续萃取精馏工艺的流程模拟　汪梅　，王克良　，胡飞付　，李志　，连明磊　，杜延召ｚ　（１．六盘水师范学院化学与化学工程系，贵州六盘水５５３００４；　２．中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司，河北任丘０６２５５２）　摘要：基于化工模拟软件Ａｓｐｅｎ　Ｐｌｕｓ，选用苯甲醚为萃取剂，采用ＵＮＩＦＡＣ模型，对甲醇一苯共沸体系的连续萃取精馏过程进行模拟与条　件优化。采用Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ灵敏度分析考察了萃取精馏塔的的溶剂比（萃取剂对原料的物质的量比）、全塔理论板数、原料进料位置、萃取　剂进料位置、回流比等因素对分离效果与热负荷的影响。确定的最佳工艺方案为：全塔理论板数为２８，原料和萃取剂分别在第２２块和　第６块理论板进料，回流比为１，溶剂比为２。在此工艺方案下：产品甲醇和苯的纯度均达９９．９４％，萃取剂苯甲醚的回收率达９９．９９％，　模拟与优化结果为甲醇一苯共沸物连续萃取精馏分离过程的工业化设计和操作提供了理论依据和设计参考。　关键词：ａｓｐｅｎ　ｐｌｕｓ；萃取精馏；甲醇；苯；苯甲醚　中图分类号：ＴＱｏ２８　文献标识码：Ａ　文章编号：１００８—０２１Ｘ（２０１７）１２—０１３３—０２　Ｔｈｅ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｅｔｈｙｌ　Ａｃｅｔａｔｅ　ａｎｄ　Ｅｔｈａｎｏｌ　Ａｚｅｏｔｒｏｐｅ、ｖｉｔｈ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｅｘｔｒａｃｔｉｖｅ　Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｗａｎｇ　Ｍｅｉ　，Ｗａｎｇ　Ｋｅｌｉａｎｇ　，Ｈｕ　Ｆｅ＠　，Ｌｉ　Ｚｈｉ　，Ｌｉａｎ　Ｍｉｎｇｌｅｉ　，Ｄｕ　Ｔｉｎｇｚｈａｏ　（１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ａｎｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌｉｕｐａｎｓｈｕｉ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌｉｕｐａｎｓｈｕｉ　５５３００４，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｎｏｒｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｃｈｉｎａ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｒｅｎｑｉｕ　０６２５５２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｔｈｅ　ｅｘｔｒａｃｔａｎｔ　ｗａｓ　ａｎｉｓｏｌｅ，ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｅｘｔｒａｃｔｉｖｅ　ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｆｏｒ　ｍｅｔｈａｎｏｌ—ｂｅｎｚｅｎｅ　ａｚｅｏｔｒｏｐｉｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗａｓ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ａｎｄ　ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ　ｂｙ　ｃｈｏｏｓｉｎｇ　ＵＮＩＦＡＣ　ａｓ　ｔｈｅ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｕｓｉｎｇ　Ａｓｐｅｎ　Ｐｌｕｓ　ｖ７．３．　Ｔｈｅ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｅｆｆｅｃｔ　ａｎｄ　ｈｅａｔ　ｄｕｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｎｕｍｂｅｒ　ｏｆ　ｔｈｅｏｒｙ　ｓｔａｇｅｓ，ｔｈｅ　ｍｉｘｔｕｒｅ　ｆｅｅｄ　ｓｔａｇｅ，ｔｈｅ　ｓｏｌｖｅｎｔ　ｆｅｅｄ　ｓｔａｇｅ，ｔｈｅ　ｒｅｆｌｕｘ　ｒａｔｉｏ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｏｌｅ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ｅｘｔｒａｅｔａｎｔ　ｔｏ　ｍｉｘｔｕｒｅ（ｓｏｌｖｅｎｔ　ｒａｔｉｏ）ｗｅｒｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ　ｕｓｉｎｇ　ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｔｏｏ１．Ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｅｘｔｒａｃｔｉｖｅ　ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ　ｉｓ　ａｓ　ｆｏｌｌｏｗｓ：ｔｈｅ　ｎｕｍｂｅｒ　ｏｆ　ｔｈｅｏｒｙ　ｓｔａｇｅｓ　ｉｓ　２８，ｔｈｅ　ｍｉｘｔｕｒｅ　ｆｅｅｄ　ｓｔａｇｅ　ｉｓ　２２ｎｄ，ｔｈｅ　ｓｏｌｖｅｎｔ　ｆｅｅｄ　ｓｔａｇｅ　ｉｓ　６ｔｈ，ｔｈｅ　ｒｅｆｌｕｘ　ｒａｔｉｏ　ｉｓ　１，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｏｌｖｅｎｔ　ｒａｔｉｏ　ｉｓ　２．Ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ：Ｔｈｅ　ｐｕｒｉｔｙ　ｏｆ　ｍｅｔｈａｎｏｌ　ａｎｄ　ｂｅｎｚｅｎｅ　ａｒｅ　ｕｐ　ｔｏ　９９．９４％，ｔｈｅ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ａｎｉｓｏｌｅ　ｉｓ　ｕｐ　ｔｏ　９９．９９％。，Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｒｅ　ｕｓｅｆｕｌ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｅｘｔｒａｃｔｉｖｅ　ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｆｏｒ　ｍｅｔｈａｎｏｌ—ｂｅｎｚｅｎｅ　ａｚｅｏｔｒｏｐｉｃ　ｓｙｓｔｅｍ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ａｓｐｅｎ　ｐｌｕｓ，ｅｘｔｒａｃｔｉｖｅ　ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ，ｍｅｔｈａｎｏｌ，ｂｅｎｚｅｎｅ，ａｎｉｓｏｌｅ　甲醇和苯均为化工生产中的有机溶剂…。通常在常温下，　甲醇和苯存在最低共沸点，可以形成最低共沸体系，需采用特　殊精馏才能将其有效分离得到高纯度的甲醇和苯。萃取精　馏　－６　是化学工业生产过程中的一个重要的工业分离方法，是　近几十年来出现并迅速发展起来的一个新兴的研究领域。本　文采用甲醇一苯体系作为研究对象，通过绘制拟二元汽液平衡　相图的方法，筛选出苯甲醚作为合适的萃取剂。并通过灵敏度　分析得到最优工艺参数。　１萃取精馏过程模拟　１．１模拟条件与结果　原料进料为甲醇和苯混合物，选择苯甲醚为萃取剂。模拟　的初始设定值如表１。　２工艺参数优化　２．１　连续萃取精馏流程　以苯甲醚作为萃取剂，连续分离甲醇一苯二元共沸物系的　工艺流程图见图１。　表１全流程模拟参数　Ｔａｂｌｅ　１　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｄａｔａ　ｏｆ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　项目　设定值　原料进料组成（物质的量比）　原料进料状况　萃取剂进料状况　塔板数　压力　回流比　溶剂比　原料进料位置　溶剂进料位置　萃取精馏塔　甲醇：苯＝１：１　常压，２５℃，１００ｋｍｏｌ／ｈ　常压，４５　３０　常压　１　ｌ　１５　５　

湖南工学院本科生毕业论文（设计）开题报告

设计（论文）题目 20万吨甲醇-水分离精馏过程工艺设计

设计（论文）题目来源 甲醇生产设计

设计（论文）题目类型 工业设计 起止时间 2012年10月-2013年6月

一、设计（论文）的研究背景及意义：

甲醇精馏是甲醇生产中必不可少的单元操作,也是甲醇生产中重点研究与攻关的课题之一。目前就国内外已工业化应用较多的甲醇精馏技术而论，多采用板式精馏塔进行精馏提纯。常用板式塔类型有很多，如：筛板塔、泡罩塔、舌型塔、浮阀塔等。而浮阀塔具有很多优点，且加工方便，故有关浮阀塔板的研究开发远较其他形式的塔板广泛，是目前新型塔板研开发的主要方向。近年来与浮阀塔一直成为化工生中主要的传质设备，浮阀塔多用不锈钢板或合金 。实际操作表明，浮阀在一定程度的漏夜状态下，使其操作板效率明显下降，其操作的负荷范围较泡罩塔窄，但设计良好的塔其操作弹性仍可达到满意的程度。

浮阀塔塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的，它吸收了两者的

优点。所以在此我们使用浮阀塔，浮阀塔的突出优点是结构简单，造价低，制造方便；塔板开孔率大，生产能力大等。

近几十年来，人们对浮阀塔的研究越来越深入，生产经验越来越丰富，积累的设计数据比较完整，因此设计浮阀塔比较合适。本次设计就是针对甲醇—水体系，而进行的常压浮阀精馏塔的设计及其辅助设备的选型。

二、设计（论文）主要研究的内容、技术路线、实施方案：

研究内容：

本文主要研究甲醇精馏过程中采用浮阀塔的优势，如下：

1．生产能力大，由于塔板上浮阀安排比较紧凑，其开孔面积大于泡罩塔板，生产能力比泡罩塔板大 20%～40%，与筛板塔接近。

2．操作弹性大，由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，因此维持正常操作而允许的负荷波动范围比筛板塔，泡罩塔都大。

3．塔板效率高，由于上升气体从水平方向吹入液层，故气液接触时间较长，而雾沫夹带量小，塔板效率高。