摘 要：甲醇作为工业生产中重要的化工原料，影响甲醇生产成本的主要因素是粗甲醇精馏的能源消耗。在甲醇精馏的工艺流程中主要涉及单塔、双塔、三塔工艺等，其中，大型化甲醇精馏装置中常用的工艺过程是四塔工艺。随着当前经济建设的发展，人们对于工业生产中能源消耗量的要求越来越高。因此，深入研究甲醇精馏工艺节约能源成为当前甲醇精馏工艺中最重要的课题内容。本文通过现有甲醇精馏工艺作为基础，结合实际生产中的工艺数据，运用流程模拟软件对现有的流程进行工艺模拟计算和分析。

关键词：甲醇;精馏工艺;模拟;计算;优化

1 甲醇精馏的工艺流程

在化工生产中，精馏是常见的分离技术，也是能源消耗量较大的操作单元，精馏技术适用范围广，而且操作稳定，投入成本较低，但是精馏过程能源消耗量大，据有关调查显示，精馏过程占据全世界总能量消耗的3%，在化工生产中，有40%的能源消耗用于分离，而其中95%是精馏过程消耗的，因此精馏中的节能技术是目前企业生产的研究热点。为了能够减少能源消耗，提出了热集成方法，主要是通过让过程热物流与冷物流进行冷热交换，提高资源利用率。甲醇精馏是甲醇生产过程中的最后一道环节，其能源消耗占据总生产能力的20%，甲醇精馏技术的好坏直接影响新甲醇质量，甲醇精馏可以分为单塔，双塔，三塔流程，无论选择哪种流程，最终都是先分离出轻组分，再分离水和重组分，其中单塔精馏流工艺是将粗甲醇原料从精馏塔上部送入塔顶进行轻组分的采出，塔底采出水和一些重组分，精甲醇在塔底下方的第二块塔板处引出。显然，这种流程有利于节约能源和减少能量消耗，但是所生产的产品质量不高。

2 甲醇精馏五塔工艺流程

相比塔顶和常压塔的工艺来说，四塔工艺能够减少30%左右的能源消耗，具有显著的节能效果，但是在对其流程研究中发现四塔工艺中，顶塔塔底温度相比常压塔底温度低，而且常压塔使用了加压塔，塔顶蒸汽作为热源，而塔预却使用低压蒸汽作为热源。对于常压塔回收塔塔底废水中甲醇含量具有较高要求，因此分离度较大。为了能够克服四塔工艺的不足，进而减少精馏工艺的能源消耗，结合热集成原理，提出了新的五塔甲醇多效精馏工艺，简称五塔工艺。相比四塔工艺来说，在原有的加压塔中增加了一台中压塔，该塔的操作压力间于加压塔与常压塔之间，能够控制塔顶精甲醇的采出比例，常压塔无需设置重组分侧线采出，提高常压塔塔底物流中的甲醇含量，进而用加压塔塔顶的甲醇蒸汽作为中压塔塔顶再沸器提供热量，中压塔塔顶的甲醇蒸汽为常压塔塔顶与再沸器提供能量，进而形成了多效精馏，能够大大减小加压塔塔顶的热负荷，进而减少了水蒸汽的消耗量。新的回收塔进料中甲醇含量得以提高，因此采用这种操作压力的方法来提高顶塔的温度，使回收塔与预塔形成热集成，也就是与塔塔顶使用回收塔的塔顶的蒸汽作为热源。随着计算机控制技术的发展，对于化工技术的控制水平不断提高，能够有效控制一些复杂的双效精馏系统。

3 流程分析

我们采用化工流程软件PRO/II对五塔精馏流程进行严格的稳态模拟计算。在本次计算过程中，对于五塔工艺中常压塔塔底物料的甲醇含量没有进行控制。我们参考Lurgi三塔生产工艺各个塔理论板数，根据甲醇生产装置的实际数据来确定个塔塔顶的压力，均参考生产数据，同时按照再沸器和冷凝器具有较合适的温差进行确定预塔和加压塔，中压塔，常压塔的压降，按照全塔均采用规整填料进行估算，常压塔和回收塔的压降按塔上端采用规整填料下单，采用浮阀塔盘进行估算，另外精馏段中的填料采用bx型，提馏段中的填料利用250Y型。为了能够减少废气中的甲醇含量，预塔塔顶设置了二级冷凝器，并对流程汇总的冷热物流按照能量分级利用的原则设计了有效的换热方案，换热器按照逆流考虑，其最小温差控制在15℃。液相活度系数利用r计算，除了回收塔中利用PRO//II型热力学专用包-Alcohol之外，其余塔热力学方程均采用NRTL方程计算。

4 模拟计算结果

五塔工艺过程采用PRO//II型模擬软件对各个塔数据进行计算。通过模拟计算我们发现，为减少能源消耗，五塔工艺中新增了中压塔，能够将精甲醇采出任务根据热集成比例分配要求，分别由四塔承担精甲醇的采出比例，依次一次为28.3%，29.5%，31%，11%。形成了三组双效精馏情况下，总热量消耗能够减少154MW。相比四塔工艺来说，能够减少能源消耗23%，具有显著的节能效果。与此同时，精甲醇的产品质量能够符合美标AA级指标，以及废水中甲醇含量低于0.005%，并且这种工艺的甲醇回收率可以达到99.8%。

5 小结

本文通过利用PRO//II软件对甲醇精制装置采用不同的流程进行稳态模拟计算，提出了热集成的五塔甲醇多效精馏新工艺的流程，并进行模拟结果分析。通过计算，我们发现五塔工艺流程比现用的其它工艺能够减少23%的能源消耗，在保证甲醇质量和回收率的情况下，能够大大降低能源消耗，尽管五塔工艺前期投资设备相比其他工艺来说有所增加，但由于蒸汽耗损量减少，操作费用低，因而经济效益相比其他工艺来说明显提高，尤其是对于大规模甲醇装置中，五塔工艺是一种节能效果显著的新工艺。

参考文献：

[1]臧楠.甲醇精馏工艺模拟计算与优化及新工艺研究[D].西安：西安石油大学，2011.

[2]吴丽兰.甲醇精馏工艺模拟计算与优化及新工艺分析[J].中国化工贸易，2016，8（1）.