甲醇精馏工艺模拟计算与优化及新工艺研究

论文摘要

甲醇是一种重要的有机化工原料,粗甲醇精馏的能耗是影响甲醇生产成本的关键因素之一。甲醇精馏的工艺流程主要包括单塔工艺、双塔工艺、三塔工艺和四塔工艺,其中以Lurgi三塔双效精馏工艺为基础的改进工艺——四塔工艺是目前大型化甲醇精馏装置中应用最广泛的工艺过程。随着经济的发展和能源的日趋紧张,人们对化工生产中节能降耗的要求越来越高。因此,研究和开发更加节能的甲醇精馏工艺已成为甲醇精馏工艺发展中最重要的研究课题之一本论文首先以现有甲醇精馏工艺为基础,结合文献报道的甲醇精馏过程的实际生产工艺数据,运用PRO/Ⅱ化工流程模拟软件对甲醇精馏工艺现有的各种流程进行了工艺模拟计算和分析。结果表明：在精甲醇产品满足相关质量要求的情况下,模拟结果与文献报道的生产数据基本一致,所选的模拟计算方法正确,计算结果准确可靠。五塔工艺是以四塔工艺为基础开发的一种甲醇多效精馏新工艺。该工艺在现有四塔工艺的加压塔之后增加了一台中压塔,使精甲醇按适当的比例从加压塔、中压塔与常压塔、回收塔塔顶采出,同时适当提高回收塔操作压力,使加压塔与中压塔、中压塔与常压塔、回收塔与预塔形成三组热集成的双效精馏模式。本论文对五塔新工艺和四塔工艺进行了稳态模拟计算和技术经济比较,结果表明：五塔新工艺各换热器两侧均有适宜的传热温差,较四塔工艺节能达23.33%,经济效益十分显著。同时,通过模拟计算对从操作压力、理论板数、进料位置和回流比等因素对五塔新工艺过程的影响进行了研究,提出了五塔新工艺最佳工艺参数。在五塔工艺顺序流程的基础上,本论文提出了甲醇五塔三效精馏的逆序流程,并对其进行了稳态模拟计算。结果表明：逆序流程工艺可行,与四塔工艺相比其节能达27.28%,比五塔顺序流程节能达5.18%,是一种节能效果史加显著的甲醇精馏新工艺。总之,五塔工艺是一种节能效果十分显著的甲醇精馏新工艺过程,特别是对大规模的甲醇生产过程具有非常良好的经济效益和应用前景。本论文的研究结果可为该新工艺进一步的动态性能研究和工艺包设计提供重要参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 绪论
• 1.1 甲醇工艺技术进展及国内外发展现状
• 1.1.1 甲醇的主要性质和用途
• 1.1.2 甲醇生产及国内外发展现状
• 1.2 甲醇精馏的工艺流程
• 1.2.1 典型工艺流程
• 1.2.2 影响精馏过程能耗的因素
• 1.3 本课题来源与思路
• 第二章 单元操作模型及热力学方法
• 2.1 粗甲醇进料组分分析
• 2.1.1 粗甲醇组分分析
• 2.1.2 原料粗甲醇组成及分析
• 2.1.3 工业质量标准
• 2.2 热力学模型
• 2.2.1 PRO/Ⅱ热力学模型
• 2.2.2 甲醇精馏选用的热力学模型
• 2.3 模拟过程简述
• 2.3.1 塔
• 2.3.2 反应器
• 2.3.3 换热器
• 2.4 小结
• 第三章 甲醇精馏系统模拟与分析
• 3.1 单塔流程
• 3.1.1 单塔工艺模拟
• 3.1.2 单塔工艺模拟计算结果
• 3.2 双塔流程
• 3.2.1 双塔工艺模拟
• 3.2.2 双塔工艺模拟计算结果
• 3.3 三塔流程
• 3.3.1 三塔工艺模拟
• 3.3.2 三塔工艺模拟计算结果
• 3.4 四塔流程
• 3.5 小结
• 第四章 五塔新工艺顺序流程的模拟与分析
• 4.1 甲醇精馏五塔工艺流程
• 4.1.1 流程分析
• 4.1.2 多效精馏
• 4.2 模拟计算结果
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 能耗分析
• 4.3.2 各塔操作条件及分离难易程度的变化
• 4.3.3 传热温差
• 4.3.4 技术经济分析
• 4.4 甲醇精馏系统操作参数改变对流程的影响
• 4.4.1 操作压力对流程的影响
• 4.4.2 理论板数对流程的影响
• 4.4.3 进料位置对流程的影响
• 4.4.4 回流比对流程的影响
• 4.5 小结
• 第五章 新工艺的逆序流程的工艺模拟
• 5.1 多效逆流精馏工艺
• 5.2 多效逆流精馏工艺的PRO/Ⅱ计算模型及结果
• 5.3 模拟计算结果
• 5.4 结果与讨论
• 5.4.1 能耗分析
• 5.4.2 各塔操作条件及分离难易程度的变化
• 5.4.3 传热温差
• 5.4.4 技术经济分析
• 5.5 小结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 详细摘要