用ASPEN+PLUS优化甲醇水分离塔操作

1用ASPENPLUS优化甲醇水分离塔操作摘要：应用aspenplus工程软件对低温甲醇洗装置的甲醇水分离塔进行模拟，并与设计工艺包进行对比。对塔顶回流甲醇在不同含水量下的工况进行优化，将优化数据与该塔实际运行结果进行比较，为生产操作提供数据指导。关键词：模拟；回流；优化；指导一．流程简介该甲醇水分离塔为低温甲醇洗装置降低系统水含量及降低外排废水中的甲醇含量所设计。图一为甲醇水分离塔的流程简图。图1甲醇水分离塔流程示意图其中T105为板式甲醇水分离塔，共54块塔板结构。塔底采用再沸器加热，塔顶甲醇蒸汽直接送往甲醇再生塔。而水作为废水排出，送往污水处理系统。三股进料中F1进料为甲醇水分离塔的塔顶回流甲醇，由系统再生后的贫甲醇直接提供。F2进料为低温甲醇洗的喷淋甲醇，内含少量水及工艺气体。进料位置设在第24块塔板上。F3进料来自尾气洗涤塔的废水，以水为主。进料位置设在第9块塔板上。二．甲醇水分离塔模拟及结果分析1．模型的建立在甲醇水分离塔的模拟工艺流程中，模块T105选择AspenPlus软件提供的Clumns/Radfrac/STRTP2模块。热力学模型选用PRWS[1]。塔的进料条件如下表一、表二所示。流股温度，℃压力，bar流量，kmol/hF175.8433.3317.42F259.23.596F3114.83.6669.9表一甲醇水分离塔进料条件组分CH3OHH2OC2OCOH2H2S2流股mol%mol%mol%mol%mol%mol%F199.460.540000F249.3541.058.750.290.210.35F399.870.040.09000表二甲醇水分离塔进料组成2．模拟结果与设计值的比较采用PRWS热力学方法对甲醇水分离塔的模拟结果如下表三所示。组分流股CH3OHmol%H2Omol%C2Omol%COmol%H2mol%H2Smol%Temperature℃Mole-flowkmol/hL模拟值97.160.212.410.090.050.0997.09373.75工艺包97.150.222.410.080.060.0997.2374.2W模拟值0.0399.970000136.8709.57工艺包0.0199.990000139.9709.6表三甲醇水分离塔模拟结果通过结果可以看出，用PRWS计算到的结果与工艺包数据吻合较好，各组分的组成、温度、流量和工艺包的误差都符合要求。并且塔底废水中的甲醇含量能够满足分离要求：CH3OH≤0.5mol%。三．甲醇水分离塔不同回流情况及参数优化1．问题提出低温甲醇洗装置在原始开车或大检修后的开车中，常常会出现系统甲醇中的水含量过高而影响净化效果的情况。这时甲醇水分离塔必须在较高塔顶回流的负荷下运行才能较快的降低系统中的水含量。但在加大回流的同时，塔底废水中的甲醇含量很容易超标。这对于甲醇水分离塔来说是个很大的操作难题。因此既要较快的降低系统中的水含量，而且要保证废水中的甲醇不超标是个有待于解决的问题。2．操作参数优化在低温甲醇洗原始设计工艺包中，要求系统甲醇中的水含量小于1%（mol）。如果水含量过高，就对甲醇脱除酸性气的经济性有一定的影响。现基于以上建立的模型，应用Aspenplus中的灵敏度分析工具，选择系统甲醇三种不同的含水量，即：1%（mol）、5%（mol）、8%（mol）。在甲醇水分离塔其他进料条件不变的前提下，确定出使废水中的甲醇不超标的最大塔顶回流量。三种不同的模拟结果见下图二、图三、图四。3图二甲醇含水1%（mol）时塔顶回流量与废水中甲醇含量关系图三甲醇含水5%（mol）时塔顶回流量与废水中甲醇含量关系图四甲醇含水8%（mol）时塔顶回流量与废水中甲醇含量关系通过以上三个模拟结果可以看出，当系统水含量分别为1%（mol）、5%（mol）、8%（mol），塔顶回流甲醇量分别大于等于305.6kmol/h、297.6kmol/h、289.5kmol/h时，废水中的甲醇含量就出现超标现象。即：CH3OH≥0.5mol%。从而以该模拟结果为指导，当系统甲醇中的水含量为5%（mol）左右时，保持甲醇水分离塔的温度梯度稳定并温度正常的前提下，逐渐改变塔顶回流量，对塔底废水中甲醇含量进行手动分析。当回流量为297.6kmol/h时，塔底废水中的甲醇含量的分析结果为0.45%（mol）左右，与模拟结果的差别较小。并且对几种不同水含量的情况进行核对，实际运行结果与模拟结果基本吻合，说明该模拟结果对实际生产操作具有指导意义。四．结论1）用ASPENPLUS软件的PRWS热力学模型对甲醇水分离塔的原始设计工况进行模拟，模拟结果与原始设计数据非常接近，验证了所选模型的可靠性。42）应用ASPENPLUS软件的灵敏度分析工具对甲醇水分离塔塔顶回流甲醇的含水量选择三种不同的工况进行分析，总结出各个工况下使得塔底废水中甲醇超标的最大回流量，并通过实际生产证明了其可靠性。3）该模拟方法对甲醇水分离塔的模拟与实际生产操作非常吻合。因此可以通过该模型对低温甲醇洗系统不同含水量的工况进行模拟，从而对甲醇水分离塔的操作进行优化。使其最快的达到最佳经济运行效果。解决了甲醇水分离塔在改变进料条件下的“盲”操作弊端。对整个化工生产的节能降耗具有较大的贡献意义。参考文献[1]赵黎明.低温甲醇洗流程模拟及塔内结构三维可视化设计系统研究:[硕士学位论文],天津;天津大学学位论文,2008.[2]徐亦方(编译).AsPENPlus操作实验教程[M].北京;石油工业出版社，l998.内蒙古包头市滨河路河西生态化工基地1号神华包头煤化工分公司甲醇中心姬加良邮编：014010电话：[phone]邮箱：[e-mail]2010年9月3日收