年产30万吨甲醇精致工段工艺设计本科毕业论文(编辑修改稿)

年产30万吨甲醇精致工段工艺设计本科毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

物（以 HCH计） ppm≤ 20 50 100 蒸发残渣， ppm≤ 10 30 50 气味 无特殊异臭味 无特殊异臭味 — 乙醇含量， %≤ — — 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第 一 章 前言 5 表 6 国外甲醇产品标准 指标 美国 ASTM 美国 US Federal AA 日本三菱特级 前苏联 TOTC 高级 相对密度 D2020 ～ 馏程（ ，760mmHg）沸程 — 蒸馏量 % 纯度 % — 酸度 % 醛酮 % 高锰酸钾值 min 50 30 60 100 水分 % 不挥发物 % — 乙醇含量 % — 但随着甲醇衍生产品的开拓，对甲醇的质量提出了 新的要求。 如碳基法合成醋酸，是当前世界上最先进的醋酸工艺，其主要原料为甲醇和一氧化碳。 该工艺要求甲醇中含乙醇极少。 而在精馏过程中，由于乙醇的挥发度与甲醇比较接近，不易分离。 节能降耗 甲醇是一个高能耗产品，与其姊妹工艺产品氨相似；近年来在原料气制备，净化、合成工艺及设备、控制等诸多方面技术进步很快，使产品能耗不断下降，显著提高了能源利用效率。 但它毕竟是高能耗产品、如何进一步降低其单位产品能耗，始终是技术进步要执着探求的首要课题。 甲醇生产最终工序精馏的能耗要占总能耗的 10％～ 20％。 近年来精馏部 份的实际能耗相对稳定，故随着甲醇生产总能耗的下降，精馏部份所占比例反而上升。 精馏工艺是石油、化工工业中耗能大的单元操作之一，一直是被密切关注的重要节能课题。 显然，在追求降低甲醇生产总能耗的同时对降低精馏的能耗亦不容忽视。 另外，在粗甲醇精馏过程中、在保证甲醇质量的前提下，提高甲醇的收率。 上述两方面的要求相互制约，精馏需耗能，提高产品质量可能使精馏过程复杂化，结果增加了能耗和降低了产品收率：反之，片面强调降低精馏能耗，有可能难以全部满足精馏操作条件而降低了产品质量 ； 工业上探寻的正是解决这一矛盾。 设备的设计与改造 甲醇精馏系统传统设计均为板式塔。 用到的塔板型式一般有多种，如浮阀塔板塔、沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第 一 章 前言 6 固阀塔、垂直筛板塔等等。 浮阀塔板效率高分离精度好，浮阀塔板的形式多种多样，应用到甲醇精馏上很普遍，其它的几种塔盘在国内甲醇行业多有应用。 随着甲醇生产的大型化，甲醇精馏塔也是越来越大，近 20 年国内规整填料作为分离部件在中、低压操作系统上大量采用，国内大型甲醇 (10 万吨以上 )新上项目大多采用填料为主要的分离部件，另外国内需要扩产改造的甲醇项目也很多，应用填料塔技术对现有的板式塔甲醇精馏系统进行改造也屡见不鲜。 [6] 甲醇精制过程的研究现状 甲醇精制过程的模拟研究 早期的甲醇精制过程研究，大都是研究者自己先把甲醇精制流程进行合理的单元操作模拟，然后自己开发各个单元操作模块的模拟计算程序，再采用相应的策略对整个甲醇精制流程进行模拟计算。 近年来 ,随着大型化工流程模拟计算软件的推广使用，甲醇精制过程也逐渐采用现有的流程软件来进行模拟技术、优化操作、优化设计等。 而对甲醇精制流程中某些特定的单元操作模块的模拟计算，如甲醇精制塔则大都采用编程扩展的形式进行模拟分析。 [7] Aspen 软件在化工流程模拟的应 用 Aspen Plus 是美国 Aspen 公司于 80 年代初推向市场的适用型化工流程拟软件。 这套系统功能齐全、规模庞大，目前己广泛用于化工、炼油、石油化工、气体加工、煤炭、医药、冶金、环境保护、动力、节能、食品等许多工业领域 ,它用严格和最新的计算方法，进行化工单元和全流程的模拟运算。 [8] 其中，浙江大学化工学院联合反应研究所谢扬、沈庆扬应用 Aspen Plus 化工模拟系统中 RADFRAC 精馏模块对聚乙烯醇生产工艺中甲醇一水分离塔进行模拟 ,模拟结果与实际工艺吻合并找到最灵敏的操作参数，可用于指导生产。 中国石化北 京设计院把 Aspen Plus 软件应用于炼油厂污水处理工艺过程不同设计阶段中。 该所一系列的研究为减少环境污染、取得了良好的经济效益及社会效益做出了重要贡献。 [9] 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 生产流程设计论证 7 第二章 生产流程设计论证 粗甲醇精馏 精馏技术简述 甲醇精制时受催化剂选择性的限制，且受精制压力、温度、精制气组成等因素的影响，在生产甲醇时还伴随着一系列的副反应，其产品系主要由甲醇及水、有机杂质等组成的混合溶液。 通常以甲醇作为原料生产下游产品对甲醇的纯度均有一定的要求，有的影响催化剂使用寿命，有的影响下游产品的质量或能 耗，因而需要对甲醇进行提纯。 [10] 精馏方案确定 精馏是一种利用回流使液体混合物得到高纯度分离的蒸馏方法，是工业上应用最广泛的液体混合物的分离操作。 粗甲醇的精馏有两种流程，即两塔流程和三塔流程。 这两种流程在甲醇精馏中都是比较成熟的。 [11] 图 1 甲醇双塔工艺流程图 粗甲醇双塔精馏流程如图 1，第一塔为预精馏塔，第二塔为主精馏塔，二塔再沸器的热源均为低压蒸汽。 预精馏塔用以分离轻组分（二甲醚等）和溶解的气体（氢气、一氧化碳、二氧化碳等），塔顶取出的气体包括不凝性气体、轻组分、水蒸汽以及甲醇， 经过冷凝，大部分水分和甲醇回流入塔。 主精馏塔主要除去的组分包括乙醇、水沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 生产流程设计论证 8 以及高级醇。 含水和高沸点组分的粗甲醇从该塔中部进入，高级醇从加料板以下侧线引出，含微量甲醇的水从塔底排除，产品甲醇则从塔顶处采出。 图 2 甲醇三塔工艺流程图 粗甲醇三塔精馏流程如图 2 所示，其中第一塔为预精馏塔，第二塔为加压塔，第三塔为常压精馏塔。 粗甲醇在闪蒸槽中解压，释放出部分溶解在其中的气体后利用余压将粗甲醇送入粗甲醇预热器。 在预热器中，粗甲醇被来自再沸器的冷凝蒸汽加热，然后送入预精馏塔，在预塔中，入料粗甲醇再次减压，部分气化。 气 体从塔顶引出，冷凝下来后经回流泵加压返送回预精馏塔顶；脱除了轻组分的塔釜液，由预精馏塔塔釜送出，经加压泵送往加压精馏塔。 在加压塔塔顶形成高纯度甲醇蒸汽，这些蒸汽被利用作为常压塔塔底再沸器热源，高压甲醇蒸汽被冷凝后进入加压精馏塔回流槽，这些甲醇一部分送往加压塔塔顶做回流液，一部分送往粗甲醇预热器冷却后作为产品送入储槽；加压精馏塔塔釜未气化的粗甲醇则靠压力直接送往常压精馏塔。 [12] 根据工业生产实际，从以下几个方面进行比较 具体参见表 8。 表 7 双塔精馏与三塔的主要操作条件 [13] 项目 双塔精馏 三 塔精馏 预精馏塔 主精馏塔 预精馏塔 加压塔 常压塔 操作压力 /Mpa 塔顶温度 /℃ 67～ 68 68～ 69 70～ 75 塔底温度 /℃ 74～ 77 111～ 116 80～ 85 110 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 生产流程设计论证 9 表 8 双塔精馏与三塔精馏投资与操作费用比较表 [14] 项目 双塔精馏 三塔精馏 生产规模 /万 10 5 10 5 投资 /% 100 100 100 113 123 129 操作费用 /% 100 100 100 64 67 71 能耗 /% 100 100 100 60 61 62 由上述多方面数据分析可以得出如下结论：在设备投资方面，双塔，同等规模要比三塔精馏的设备投资低 20%～ 30%， 相对而言，三塔，尤其是加压塔制造要求高，投资较大；在运行操作方面；双塔流程简单、运行稳定，三塔流程相对复杂，操作温度控制较为严格，另外第一精馏塔塔压、回流比控制，及第二精馏塔负荷的平衡要求较高；在产品质量方面，双塔精甲醇中乙醇含量 100～ 600mg/kg，虽然有时可以达到＜ 100mg/kg 的低杂质甲醇，但能耗和收 率均要受影响，但是三塔的精甲醇的纯度可以提至 %，同时甲醇中含有的其它杂质也较少；在能耗方面；双塔精馏过程能耗大，且热能利用率低，由于三塔降低主精馏塔的负荷，合理地利用了热量，较双塔流程节约热能 30%～ 40%。 [15] 图 3 甲醇四塔双效工艺流程图 甲醇精馏四塔工艺流程如图 3 所示。 四塔流程包含精馏塔、加压精馏塔、常压精馏塔和甲醇回收塔。 甲醇经换热后进入预精馏塔，脱除轻组分后 (主为不凝气、二醚等 )，塔底甲醇及高沸点组分加后进入加压精馏塔；加压精馏塔顶的气相进入冷凝蒸发器，利用加压精馏塔和常压精馏 塔塔顶、塔底的温差，为常压塔塔底提供热源，同沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 生产流程设计论证 10 时对加压塔塔气相冷凝。 冷凝后的精甲醇进入回流罐，一部分为加压塔回流，一部分作为精甲醇产品出装置；加压塔塔底的甲醇、高沸组分、水等进入常压塔，常压塔塔顶馏出精甲醇产品，在进料板下方设置侧线抽出，抽出物主要为甲醇、水和高沸点组分，进入甲醇回收塔再回收甲醇，塔底废水进入生化系统处理；回收塔设有侧线抽出，主要抽出物为高沸点醇类，以保证回收塔塔顶精甲醇质量和塔底废水中总醇含量要求，塔底废水送生化处理。 由于四塔技术中的加压塔压力较高，塔顶气相作为常压塔再沸器热源，大大降低冷 却水和蒸汽耗量。 同时甲醇回收塔进料量小，甲醇产品量少，蒸汽耗量低。 同时因为加压塔和常压塔各产出一部分精甲醇 ,这两个塔采用较高的理论板数 ,高沸点组分不易被带到塔顶产品中。 使绝大部分甲醇 (%)产品质量有保证 ,符合 AA 级甲醇要求。 具体参见表 9。 再者，对常压塔和回收塔设置侧线抽出 ,不但有效地保证甲醇质量 ,也使常压塔和回收塔塔底废水中总醇含量符合工艺指标要求。 [16] 表 9 甲醇四塔流程各塔产品质量 项目 不凝气 精甲醇产品 A** 精甲醇产品 B*** 杂醇油 废水 甲醇产品流量 ,kg/h 副产品流量 ,kg/h 甲醇纯度 (含量 ),w,% * 丙酮含量 , 106(w) * * 乙醇含量 , 106(w) 400 * 水含量 , 106(w) * * 馏程范围 ～ ～ 废水中甲醇含量 ,106(w) 甲醇回收率 ,% 产品等级 (或用途 ) （燃料气） AA 级 优等品 （副产 品） 生化处 理 *指 w%含量 **A 表加压精馏塔和常压精馏塔塔顶产品 ***B 代表甲醇回收塔塔顶产品 甲醇四塔流程最显著的特点是甲醇回收塔可有效地提高甲醇回收率 ,从表 31 可看出 ,甲醇总回收率达 %,对大规模的甲醇装置来说 ,经济价值十分明显。 通过模拟计算分析 ,四塔精馏流程分离甲醇合理、可靠、具有较强的实用价值。 虽设备一次性投资大 ,但降低了长期运行的能耗费用 ,且精甲醇产品质量可靠 ,流 程操作稳定 ,操作弹性较强。 [1 18] 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 生产流程设计论证 11 精馏设备确定 ⑪ 精馏塔介绍 甲醇精馏工序的主要设备有精馏塔、冷凝器、冷却器、再沸器、泵、贮槽等。 对精馏过程来说，精馏塔是使过程得以进行的重要条件，性能良好的精馏设备，为精馏过程创造了良好的条件。 其中，板式塔为最常见精馏塔器。 板式塔通常由一个成圆柱形的壳体及沿塔高按一定的间距水平设置的若干层塔板所组成，在操作时，液体靠重力的作用从顶部逐板向塔底排出，并在各层塔板面上形成流动的液层；气体则在压力差的推动下，由塔底向上经过均匀分布的塔板上的开孔依次穿过各层塔板 由塔顶排出。 工业生产中常用的板式塔主要有三种：泡罩塔、浮阀塔和筛板塔。 并且常根据塔板间有无降液管沟通而分为有降液管和无降液管两大类，其中用的最多的是有降液管的板式塔，它主要由塔体、溢流装置和塔板构件构成。 [19] ⑫ 塔附属设备介绍 精馏装置的附属设备主要是各种形式的换热器，包括塔底溶液再沸器、塔顶蒸汽冷凝器、料液预热器、产品冷却器等。 其中再沸器和冷凝器是保证精馏过程连续稳定操作所必不可少的两个换热器设备。 再沸器的作用是将塔内最下面的一块塔板下的液体进行加热，使其中一部分液体发生汽化变成蒸汽重新汇入塔，以 提供塔内上升的气流，从而保证塔板上气、液两相的传质。 [20] 冷凝器的作用是将塔顶上升的蒸汽进行冷凝，使之成为液体，之后将一部分冷凝液从塔顶回流入塔，以提供塔内下降的液流，使之与上升气流进行逆流传质接触。 精馏操作条件 甲醇精馏的主要操作是维持系统的物料平衡、热量平衡和气液平衡。 影响甲醇精馏的因素有：给料量、温度、回流比、压力等。 [21] ⑪ 给料量。