甲醇精馏塔控制参数优化

甲醇精馏塔控制参数优化

摘要：针对第二净化厂的两套设计负荷为100m3/d的甲醇回收装置目前的运行情况。与通过现场采集精馏塔的运行数据的方法，找出精馏塔运行中存在的主要问题。根据第二净化厂甲醇污水水质含醇浓度偏高及甲醇回收精馏塔运行不稳的实际情况，利用Pro/Ⅱ软件模拟不同操作工况下塔的运行情况，优化精馏塔的运行参数并提出了稳定运行的对策，保证了甲醇回收装置高效、平稳地运行。

关键词：甲醇回收精馏塔控制参数优化

一、甲醇回收工艺流程

甲醇回收系统中最为核心的装置为精馏塔。精馏塔的稳定运行保证产品甲醇合格（浓度＞95%），塔底水浓度小于0.1%的指标。要想保证精馏塔满足设计及运行要求，其运行参数需根据需要根据实际情况来调整，来提高产品甲醇浓度，降低塔底水含醇量。

二、甲醇回收精馏塔装置概况

（一）精馏塔设计参数

第二净化厂的1#、2#精馏塔均采用37层斜孔塔盘，板间距为450mm。斜孔为K型，大小为20X15。精馏段为“填料”结构，规整填料为1 段，高度为4.5 米，分为6层，每层厚度为15cm。填料采用孔板波纹350Y，设有填料支撑和填料压板，填料支撑采用格栅式。精馏塔顶部设置有回流管和高效液体分布器。

表1精馏塔设计参数表

名称设计处理量进料量进料温度进料含醇浓度

精馏塔 100m3/d 4.5m3/h 80—90℃10%--30%（wt%）

产品甲醇浓度塔底水含醇浓度塔顶温度塔底温度回流温度

≥95%（m%）≤0.1%（m%）66--67℃102—110℃≤67℃

塔底压力塔顶压力产品甲醇温度塔底水外输温度产品甲醇温度

120—150KPa（绝）常压≤40℃≤40℃≤45℃

三、精馏塔计算机模型的建立

（一）模型的建立

建立模型，需要确定以下数据

①选择合适的热力学方程

②计算提留段的塔板效率和理论板数

③计算精馏段的塔板效率和理论板数

通过模拟，得到精馏塔的模型：热力学方程选用“Alcohol Package”，其精馏段为4层理论塔板，提馏段为16块理论塔板。取进料塔板为第5和第7层塔板处。塔顶带有冷凝器并有回流，塔底带有重沸器，并有二次蒸汽进塔。

（二）精馏塔模型验证

应用模型运行结果与现场三组工艺参数进行比较，模拟计算结果如下表11。

表2操作参数与模拟值比较

项目工艺参数

操作值模拟值操作值模拟值操作值模拟值

塔顶温度，℃62 64 61 63 64 64

进料温度，℃80 80 80 80 70 70

塔底温度，℃105 106 104 106 103 106

塔底压力，kPa 136.21 136 132.3 132 134 134

回流量，m3/h 0.91 0.90 1.68 1.75 2.0 2.12

原料量，m3/h 2.2 2.2 3.5 3.5 4.0 4.0

产品量，m3/h 0.24 0.22 0.65 0.68 1.11 1.14

进料甲醇含量，% 10.1 10 19.86 20 25 25

塔顶甲醇含量，% 95.01 95 96 96 96.355 96.4

塔底甲醇含量，% 0.091 0.09 0.002 0.002 0.012 0.01

通过比较可以看出：模拟计算结果与操作参数基本一致。说明建立的模型和当初第二净化厂精馏塔设计建造时所建立的计算机模型是一致的，得出的理论数值有一定的指导意义。

四、精馏塔主要运行参数优化

根据建立的计算机模型和现实生产相结合的思路对精馏塔主要运行参数优化。目前，装置参数的设计值只能够指导地层水符合正常浓度（10%—30%的生产），而对于浓度大于30%的地层水浓度，却不适用。因此需要得到优化参数对高浓度地层水的精馏操作作为指导依据。

（一）精馏塔进料位置的选择

第二净化厂两套甲醇回收装置的精馏塔均设有两个进料口，分别位于35层和27层塔板处。不同浓度的含醇地层水在精馏塔都有其最佳进料口，应该根据不同的原料水情况选择合适的进料口位置。

利用PRO II软件模拟出的计算机得到精馏塔各塔盘液相中物料组分浓度，由精馏特性可知，当进料浓度接近塔内某一块塔板组分时，精馏塔容易控制，且精馏效果最好。由模拟数据，可知当含醇地层水中甲醇质量分数接近在12.14%左右时，第27层的塔板与其对应，所以应选择第27层的塔板进料口，而当含醇地层水中甲醇质量分数接近在26.74%左右时，应选择第35层塔板进料口。所以冬季高峰期，特别是原料水浓度大的时候（大于30%），应选择第35层塔板进料口。

（二）地层水进料温度的参数优化

当混合液温度达到泡点温度时，混合液中轻组分的挥发程度能达到最大，精馏效果最好。利用Pro/Ⅱ模拟软件可得到各浓度甲醇—水混合液的泡点温度

含醇地层水浓度较高时，其泡点温度是可以达到的（工艺条件进料温度可达到90℃）。所以在地层水浓度高时（大于30%）），进料温度应接近泡点温度。

（三）装置处理量超过设计值时的控制参数优化

装置存在有一定的操作弹性，操作时可以达到最大处理量为5 m3/h，因此也需要针对此情况进行参数优化。（处理量为5 m3/h，回流温度为30℃时）。在超负荷时，通过调整运行参数的值，也可以使产品甲醇浓度与塔底水含醇量达到指标，但调整时间较长。因

此得到相应的优化参数表，以此作为参数调整的参考依据。

五、认识与结论

⑴装置优化参数的合理优化分析给装置的平稳运行、塔顶和塔底产品达标提供了参考依据。

⑵甲醇精馏塔可采用调节回流量的方法，使得塔顶产品合格。通过调节塔底重沸器负荷（蒸汽量）的方法控制塔底温度使塔底水浓度达标。

⑶模拟计算的结果只能是作为一定的参考依据，当工况（水质、设备性能以及环境温度）发生变化时，应根据实际情况进行适当调整。