关于优化甲醇水溶液分离系统操作方案的研究

分 析方 法 提 出 了最 优 的操 作 方 案 。该 工 作 有 利 于 掌握装 置 的运行 状 况 ， 减 少 了对 非 正 常工 况 操 作 方
司在 ２ ０世纪 ５ ０年代共 同开发 的一 种气体净化方
法 。该 工艺 采 用 低 温 甲醇 作 为 吸 收 剂 用 物 理 吸 收 的方法 将原 料气 中的高浓 度 酸性 气 体 （ 比如 硫 化 氢 和 二 氧化碳 ） 除去 ， 适 用 于 以煤 、 重油 、 沥 青 等 重 质 烃类 为原料 的合 成 氨 、 合 成 甲醇 、 煤制油、 城 市煤 气 等气 体 净化 。
ＺＨＡＮＧ Ｘｉ ｎ
（ Ｌ ａ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｓ ｕ ｂ － ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｎ ｙ ， Ａ ｅ ｒ ｏ ｓ ｐ ａ ｃ ｅ Ｌ ｏ ｎ ｇ Ｍａ ｒ ｃ ｈ Ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ － Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｔ ｏ ｃ ｋ Ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｎ ｙ Ｌ ｔ ｄ ． ，Ｌ ａ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｇ ａ ｎ ｓ ａ ７ ３ ０ ０ ５ ０ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈｉ ｎｇ ａ ｂｏ ｕ ｔ Ｏｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ｉ ｎｇ Ｏｐ ｅ ｒ ａｔ ｉ ｏ ｎ Ｓｃ ｈｅ ｍｅ ｉ ｎ Ｓ ｅ ｐａ ｒ ａｔ ｉ ｏ ｎ Ｓｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏ ｆ Ｍｅ ｔ ｈａ ｎｏ ｌ Ｗ ａ ｔ ｅ ｒ Ｓｏ ｌ ｕｔ ｉ ｏ ｎ
醇洗 系统 中 富 甲醇 的 水 含 量 可 能 会 比较 高 ， 因此 ，
１ 甲醇／ 水分离 系统正 常工况的模 拟计算
甲醇／ 水分离系统主要设备是热再生塔和 甲醇
水 分馏 塔 ， 为 了便 于优 化设 计 ， 把 酸 性气 的热再生塔
作者简介 ： 张信 （ １ ９ ８ ４年 一） ， 男， Ｉ Ｉ Ｉ 东临沂人 ， ２ ０ ０ ６年毕业于大连理 工大学化学工艺专业 ， 工程师 ， 从 事煤化工工程 的设 汁工作。
模 拟 结果来 看 ， 通过 模 拟 软件 选择 的物 性 方程 是 可
靠的， 基本上可以满足工程设计的要求 ， 从而可 以
低 温 甲 醇洗 工 艺 是 由德 国林 德 公 司和 鲁 奇 公
甲醇／ 水分 离系 统正 常稳定 低 能耗地 运行 。 笔 者应 用通 用流 程 模 拟 软件 ， 采 用 合 适 的 热力 学模 型成 功完 成 了低 温 甲醇 洗 甲醇／ 水分 离 系 统 的 流程计 算 。 首 先 ， 对 低 温 甲醇 洗 装 置 中 甲醇／ 水 分 离 系 统正 常 操 作 工 况 进 行 模 拟 计 算 ， 在此基础上 ， 分 析 了实 际运行 工 况下 不 同操作 情 况 ， 采 用 灵 敏 度
低 温 甲醇洗 工艺 包 含 酸性 气 的吸 收 、 中压 闪蒸 系统 、 Ｃ Ｏ ： 气 提再 生 、 酸性 气热 再生 、 甲醇／ 水分 离 系
案 的摸 索 时 间 ， 达 到 了 工 艺 优 化 和 节 能 降 耗 之
目的 。
统 以及 尾气水 洗 系 统 。其 中 ， 酸性 气 吸收 系 统对 所 需要 的贫 甲醇 的水含 量 是 有要 求 的 ， 如 果 水含 量 不 达标 ， 将 影 响低温 甲醇 吸 收效 果 ， 增 大循 环量 ， 导致 能耗 升 高 ； 而 甲醇／ 水 分 离 系 统 承担 着 整 个 甲醇 洗 装 置 甲醇 与 水 分 的 分 离任 务 ； 在非正常工况下 ， 甲
ｈ ｉ ｇ ｈ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｔ ｅ ｎ ｔ ；ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｓ ｃ ｈ ｅ ｍｅ ；ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ４—８ ９ ０ １ ． ２ ０ １ ４ ． Ｏ １ ． ０ ０ ０
对这 种非 正 常工况 进 行 研 究非 常 有 必要 ， 从 而 保 证
・
２ ０・
化肥 设计
２ ０ １ ４年 第 ５ ２卷
放在 一起 进行模 拟 计 算 。 甲醇／ 水 分 离 系 统 工艺 流
程见 图 １ 。
即为正常 工况水 含 量 的 ５ ． ２ ６倍 ， 此时 ， 热再 生 后 得 到 的贫 甲醇水 含量 仍 为 ０ ． ５ ％， 在 这个浓 度 下 ， 再 生 塔 塔釜贫 甲醇 如 果 仍 然 进 入 甲醇 水 分 馏 塔 塔 顶 作 为 回流 液 ， 此时 ， 塔顶水含量达到 ０ ． ２ ５ ４ ％， 远 远 大 于设计值 要 求 的 ０ ． ０ ４ ６ ％， 因此 再 生塔 塔 釜贫 甲醇 不能再 作 为 甲醇 水 分馏 塔 的 回流 液 了 ， 需 要 进 入 塔 中间段 的塔板 ； 回流 液 则采 用 部分 来 自热再 生 塔 回 流罐 中的液体 。
ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｓ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ａ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ｈ ｉ ｇ ｈ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｔ ｅ ｎ ｔ（ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ） ．
对比， 详见 表 １ 。
表 １ 模 拟 值 与 设计 值 的 对 比
序号 物流 种类 温度 压力
／ ℃
／ ｍ ・ ｈ
热负荷／ ＭＷ 再沸器热负荷／ ＭＷ 水含量／ ％
流量
摩尔分数／ ％
／ Ｍ Ｎ ／ ｋ ｍ ｎ ｌ ・ ｈ ～ Ｃ Ｈ４ ０ Ｃ Ｏ ２ Ｎ ２ Ｈ２ Ｓ Ｈｅ ０
图 １ 甲酉 享 ／ 水 分 离 系 统 工 艺 流 程
１ 一 热再生塔 ； ２ 一 甲醇／ 水分馏塔 ； ３ 一热再生塔再沸器 ； ４ 一甲醇／ 水分馏塔再沸器 ； ５ 一甲醇／ 水分流塔进料泵 ； ６ 一 回流泵 贫 甲醇 回流量 热再生塔再沸器 甲醇／ 水分馏塔 甲醇蒸汽物流
流 量对 再沸 器热 负荷 的影 响见表 ２ 。
第 ５ ２卷 第 １ 期 ２ ０ １ ４年 ２月
化肥 设计
Ｃｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｆｅ ｒ ｔ ｉ ｌ ｉ ｚ ｅ ｒ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ
Ｆｅ ｂ ． ２ ０１ ４
・
１ ９・
关 于 优 化 甲醇 水 溶 液 分离 系统 操 作 方 案 的研 究
张 信
７ ３ ０ ０ ５ ０ ） （ 航天长征化学工程股份有限公司兰州分公 司 ， 甘肃 兰州
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ４—８ ９ ０ １ ． ２ ０ １ ４ ． Ｏ １ ． ０ ０ ６ 中图分类号 ： Ｔ Ｑ２ ２ ３ ． １ ２ １ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ４— ８ ９ ０ １ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ｌ 一 ０ ０ １ ９— ０ ３
由表 ２可 以看 到 ， 通 过 改 变 回流 量 ， 热 再 生 塔
再沸器的热负荷在下降 ， 而 甲醇水分馏塔 的热负荷 在增加 ， 但是两者 的热负荷之和是稍微下 降的 ； 另
外 甲醇 水分 馏 塔 塔 顶 水 含 量 是 随 着 回流 量 的提 高 而降低 的 ， 表 明精 馏 效 果 变 好 了 。从 结 果 看 ， 理 论 上 增 大 回流 液 的 流 量 ， 可 以减 少 消耗 ， 提 高 分 馏 效 果； 但 是 甲醇／ 水 分 馏 塔 再 沸 器 的热 负 荷 会 增 大 。
摘
要： 应 用通用流程模拟 软件 ， 进行 了低 温甲醇洗装置 中甲醇／ 水分 离系统 正常操作 工况的模拟计 算 ； 在 此基 础
上， 采 用灵敏度 分析 方法 ， 提 出了甲醇／ 水分 离系统高水含量工况（ 非 正常工况） 的操 作方案。 关键 词 ：甲醇／ 水溶液分 离系统 ； 流程模拟 ； 灵敏度分析法 ； 正常工况 ； 高水含量 工况； 操作方案 ； 优化
表 ２ 贫 甲醇 回流 液 流 股 不 同流 量 对 再 沸 器 热 负 荷 的 影 响
利 用通 用模 拟 软件 ， 选 择 了合 适 的单 元 操 作模型， 比如塔 、 闪蒸 罐 、 压 力 变送 器 、 换热器等 ， 实 现 了 甲醇／ 水 分 离 系 统 模 拟 。 以 工 厂 的 设 计 数 据 （ 工艺 计算 包 ） 为基 准 ， 将模 拟 结果 与 设计 数 据进 行
ｔ ｉ ｓ ｏ ｌ ｐ ｌ ａ ｎ ｔ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｎ ｏ ｒ ｍａ ｌ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ；ｏ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｂ ａ ｓ ｉ ｓ，ｈ ａ ｓ ａ ｄ ｏ ｐ ｔ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ，ｈ ａ ｓ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｓ ｃ ｈ ｅ ｍｅ ｉ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ａ ｎ ｏ ｌ ／
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ： ｍｅ ｔ ｈ ａ ｎ ｏ ｌ ／ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ；ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ；ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ；ｎ ｏ ｒ ｍａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ；ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ａ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ
为 了满足换 热需 要 ， 就需 要 设 计换 热 面 积 较 大 的换
通过模拟 计算 ， 将结果 与原设计值对 比发 现，
甲醇 水 分 馏 塔塔 顶 及 塔 底 温 度 、 流量 、 组分 吻 合 得 非常好 ， 但 是热 再 生 塔塔 顶 温 度 偏 差 为 １ ． ４ ５ ％； 组
分摩 尔分 数 中硫 化 氢 的含 量 稍 微 低 一 些 。从 这 一
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａｐ ｐ ｌ ｙ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｍｍｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ，ａ ｕ ｔ ｈ ｏ ｒ ｈ ａ ｓ ｍａ ｄ ｅ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｎ ｍｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｌｃ ａ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍｅ ｔ ｈ ａ ｎ ｏ ｌ ／ｗａ ｔ ｅ ｒ ｓ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｃ －
２ ． １ 贫 甲醇 回流液 流股不首先 利用 灵敏 度 分析 方 法 ， 研 究 了 贫 甲醇 回流液 流股 不 同 流量 对 热 再 生 塔 再 沸 器 、 甲 醇／ 水 分 馏塔再 沸器 热 负荷 的影 响 以及 对 甲醇／ 水 分馏 塔 塔 顶气 体 水 含 量 的影 响 。贫 甲醇 回流 液 流 股 不 同
热器 ， 而实 际 上 ， 装 置 大部 分 时 间 在 正 常 操 作 工 况 下， 即该 回流通 常是 关 闭 的 。 因此 ， 综 合 考虑 ， 可 以 选择 ３ ． ０ ｍ 。 ／ ｈ左 右 的 回流 量作 为 高 水含 量 工 况 下
甲醇 水分 馏塔 的 回流量 。 ２ ． ２ 分馏 塔 甲醇／ 水流 股 最佳进 料位 置 的研 究