化工進展2009年第28卷增刊CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS·341·甲醇合成及精餾單元的熱集成丁干紅,葉鑫,李延生(惠生工程(中國)有限公司,上海201203)摘要:夾點技術是換熱網絡優(yōu)化設計的一種方法,本文利用央點技術對甲醇合成及精餾單元進行了系統(tǒng)用能分析,找出了用能狀況不盡合理之處。將甲醇合成及精餾兩個單元作為一個系純整體考慮,提出了甲醇合成及精餾單元的換熱網絡優(yōu)化方,優(yōu)化后整個系統(tǒng)可以節(jié)約低壓蒸汽2.2%,節(jié)約循環(huán)冷卻水14.9%關鍵詞:熱集成;夾點技術;甲醇合成;甲醇精餾;節(jié)能甲醇是一種非常重要的有機化工原料,又是一出了其能量利用不合理的環(huán)節(jié)?；趭A點技術的種很有發(fā)展前途的新型能源燃料,在化工、輕工和設計原則,提出了一種節(jié)能效果顯著的換熱網絡清潔能源領域具有廣泛的用途。甲醇屬于低附加值優(yōu)化方案?；ぎa品,低成本是甲醇產品競爭的核心,也是甲醇生產企業(yè)采取的重要競爭策略咯。甲醇生產過程的1甲醇合成及精餾單元的物流數(shù)據(jù)能耗對甲醇生產成本有很大影響。近年來由于能源1.1甲醇合成及精餾單元簡介逐漸匱乏,環(huán)境污染日趨嚴重,節(jié)能減排越來越受采用熱集成技術優(yōu)化系統(tǒng)能量,一般來說,如果到人們的重視。因此,甲醇工業(yè)的節(jié)能降耗具有重系統(tǒng)選取得較大,包含的單元較多,則節(jié)能效果顯著,要的經濟效益和社會效益但由于進行單元之間的熱集成受到單元之間距離等目前,人們紛紛從各種途徑16尋找降低甲醇因素的制約,節(jié)能優(yōu)化方案的可操作性以及實際的節(jié)生產能耗的辦法,取得了很好的效果。熱集成是能效果都會打折扣。因此,本文選擇在工藝流程上減少化工過程系統(tǒng)用能的手段之一,但熱集成技屬于上下游關系且裝置距離較近的甲醇精餾和合成術在甲醇工業(yè)的應用研究,至今鮮有報道。夾點兩個單元作為一個系統(tǒng)來進行熱集成分析。技術是目前應用最廣泛的熱集成技術,夾點技本文以某30萬噸/年甲醇裝置為研究對象,其術將熱力學原理和系統(tǒng)工程相結合,對工程系統(tǒng)甲醇合成及精餾單元的工藝流程簡圖如圖1所示。的能量進行優(yōu)化配置,提高系統(tǒng)的能量利用率甲醇合成反應器壓力為5MPa,屬于低壓甲醇從而降低能耗合成。進入甲醇合成裝置的原料氣與循環(huán)氣混合成本文利用夾點技術對某30萬噸/年甲醇裝置甲醇合成入塔氣,被甲醇合成出塔氣預熱后進入甲甲醇合成及精餾單元的能量系統(tǒng)進行了分析,找醇合成反應器,甲醇合成出塔氣經循環(huán)水冷卻器降不隊氣合成氣中國煤化工CNMHG圖1甲醇合成及精餾單元的工藝流程簡圖1—甲醇合成反應器;2—甲醇閃蒸罐;3甲醇膨脹罐:4甲醇預精餾塔;5—甲醇加壓塔;6甲醇常壓塔;甲醇回收塔342·化工進展2009年第28卷溫至40℃后進入甲醇閃蒸罐,氣相排放部分弛放氣算可知,在現(xiàn)行換熱網絡中,甲醇合成單元消耗冷后加壓循環(huán);液相粗甲醇去甲醇膨脹罐。甲醇精餾公用工程22349kW;甲醇精餾單元消耗熱公用工程單元為四塔流程,來自甲醇膨脹罐的粗甲醇預熱后35086kW,冷公用工程44634kW。去預精餾塔分離掉輕組分,預精餾塔塔頂采用二級冷凝,經甲醇加壓塔和常壓塔雙效精餾分離掉水和2甲醇合成及精餾單元的夾點分析雜醇等重組分雜質。精甲醇從加壓塔和常壓塔塔頂21對兩個單元單獨的夾點分析釆出,廢水從常壓塔塔底采出,常壓塔中部采出含在夾點分析中,最小傳熱溫差影響熱回收量雜醇和水的甲醇去回收塔進行回收。和設備投資的大小,根據(jù)甲醇生產的換熱器設計1.2甲醇合成及精餾單元的物流數(shù)據(jù)經驗,本文將最小換熱溫差取為10℃。用夾點技經過對甲醇合成及精餾工藝流程的分析,從系術處理甲醇精餾單元的物流數(shù)據(jù),得到圖2的組統(tǒng)中提取參與換熱的主要流股的物流數(shù)據(jù)。找到可合曲線。甲醇精餾單元熱物流的夾點溫度為83.6構造換熱網絡的9股熱物流和7股冷物流,如表1℃,冷物流的夾點溫度為736℃,最小熱公用工所示。表中的蒸汽冷凝液(H8)來自預精餾塔和程量為29452kW,最小冷公用工程量為3900加壓塔的再沸蒸汽冷凝,蒸汽冷凝液去脫鹽水站前kW。與甲醇精餾單元現(xiàn)有的換熱網絡相比,理論要被冷卻到常溫,可以回收大量熱量,若這些熱量上公用工程的節(jié)能潛力為5634kW,占現(xiàn)行甲醇精沒有被合理利用,就會多消耗循環(huán)冷卻水。因此在餾單元熱公共工程量的16.1%,冷公用工程量的本文進行夾點分析時將蒸汽冷凝液作為工藝流股來12.6%處理。甲醇合成單元僅有冷熱兩股物流,只消耗冷甲醇合成及精餾單元中所用的冷公用工程為循公用工程,不需要熱公用工程,屬于閾值問題環(huán)冷卻水,所用的熱公用工程為低壓蒸汽。通過計有闕值問題的換熱網絡設計不同于一般的夾點問題,對于甲醇合成單元來說,應該減少熱量被冷表1甲醇合成及精餾單元的冷熱物流數(shù)據(jù)卻水帶走,盡量回收工藝物流的熱量。但甲醇合起始溫度末端溫度變設備編號物流描述成單元的換熱網絡簡單,在單元內部無法通過物流重新匹配來節(jié)能。要想減少甲醇合成單元冷公甲醇精餾單元用工程的耗量,只能將其工藝物流的富余熱量外預精餾塔塔頂氣相730699供給其它單元或副產蒸汽,如果將甲醇合成單元預精餾塔一級冷凝器·69.9400的富余熱量引入甲醇精餾單元,那么就可以代替部分熱公用工程加壓塔精甲醇產品22以兩個單元為系統(tǒng)的夾點計算加壓塔塔頂氣相127222897用夾點方法把甲醇合成及精餾兩個單元的物流常壓塔項氣相6640023101數(shù)據(jù)作為一個系統(tǒng)進行分析,得到圖3的組合曲線。回收塔塔頂氣相6664835時熱物流的夾點溫度仍為836℃,冷物流的夾點常壓塔進料7831319蒸汽冷凝液179240.010297180C1預精餾塔粗甲醇進料4007671236預精餾塔釜液75212210加壓塔釜液130.6132.822876e120常壓塔釜液104.610回收塔釜液1046104886480-6壓塔進料132.12333中國煤化工甲醇合成單元249.040057295CNMH101×1o12X1焓變kWC-7甲醇合成入塔氣502213834946圖2甲醇精餾單元的組合曲線增刊丁干紅等:甲醇合成及精餾單元的熱集成溫度仍為736℃,最小熱公用工程量為14050kW,費用和操作費用之間綜合考慮,可允許一部分熱量最小冷公用工程量為45947kW與現(xiàn)有換熱網絡相自由穿越夾點。比,理論上,公共工程的節(jié)能潛力為21036kW,3甲醇合成及精餾單元的優(yōu)化方案占現(xiàn)行換熱網絡熱公用工程量的60.0%,冷公用工程量的314%。由此可見,與兩個單元單獨用夾點為改善現(xiàn)有換熱網絡的用能狀況,本文提出的分析相比,將甲醇合成及精餾兩個單元作為一個系優(yōu)化思路為:可以利用系統(tǒng)內的低品位熱源提高入統(tǒng)考慮,有更大的節(jié)能優(yōu)化空間。塔合成氣去入塔氣預熱器前的溫度,從而使離開入塔氣預熱器的出塔合成氣溫度升高,并利用此出塔合成氣的熱量來代替部分熱公用工程,以此達到節(jié)能的目的。而需要加熱或冷卻的工藝物流,則盡量使之能相互換熱,減少公用工程的用量。根據(jù)上述分析,本文提出了優(yōu)化方案,為簡明表示甲醇合成及精餾單元的換熱網絡,將現(xiàn)行的工藝過程繪制成圖4;將該優(yōu)化方案進行分析計算和流程模擬,優(yōu)化后的工藝流程見圖5,具體的優(yōu)化02X104xd6x048xt10312x4x16X1內容如下。焓變/kW(1)蒸汽冷凝液通過加壓塔進料預熱器(E3)圖3甲醇合成及精餾單元的組合曲線后,不去粗甲醇進料預熱器(E4),而直接去加熱甲醇回收塔再沸器(E5),然后去甲醇合成單元。新23以兩個單元為系統(tǒng)的夾點分析增換熱器E7,用蒸汽冷凝液預熱入塔合成氣。通過為達到最小公用工程的用量,夾點方法四的3換熱器E7,蒸汽冷凝液降溫至62.0℃,入塔合成氣個設計原則是:①夾點之上不應引入任何冷公用工升溫至730℃,這樣既可以節(jié)約用于冷卻蒸汽冷凝程;②夾點之下不應引入任何熱公用工程;③不應液的冷公用工程5941kW,還提高了入塔合成氣去有跨越夾點的換熱。入塔氣預熱器前的溫度,使得離開入塔氣預熱器的根據(jù)夾點計算進行分析可知,甲醇合成及精出塔合成氣溫度升高到102.℃。餾系統(tǒng)中用能不合理的地方有以下幾點。①甲醇(2)1021℃的出塔合成氣在用循環(huán)水冷卻合成塔的入塔合成氣初始溫度在夾點以下,卻用之前可以先用于甲醇預精餾塔的再沸(新增換熱初始和末端溫度都高于夾點溫度的出塔合成氣加器E8),以減少冷熱公用工程的雙重浪費:節(jié)約熱,使得出塔合成氣的熱量被“貶值”,未被合理了用于甲醇預精餾塔再沸的熱公用工程7785kW,利用。②出塔合成氣在與入塔合成氣換熱后溫度同時節(jié)約了用于冷卻出塔合成氣的冷公用工程仍高于夾點,卻用了循環(huán)冷卻水來冷卻。雖然溫2828kW。度超過夾點溫度不多,但是由于該流股流量很大,3)熱物流加壓塔的精甲醇產品與冷物流預精而且有甲醇冷凝的大量潛熱,因此應該利用這部餾塔的粗甲醇進料兩股物流所需的換熱量接近,可分能量。③熱物流中加壓塔的精甲醇產品和蒸汽相互換熱(換熱器E4),從而減少了冷卻精甲醇產冷凝液在溫度高于100℃時,用循環(huán)冷卻水冷卻不品的冷公用工程1236kW,而蒸汽冷凝液的熱量可合理。④冷物料中預精餾塔粗甲醇進料從初始溫以挪作他用。度到末端溫度基本處于夾點溫度以下,卻用溫度(4)由于用于甲醇預精餾塔再沸的熱公用工較高的蒸汽冷凝液加熱程(低壓蒸汽)量減少,蒸汽冷凝液的流量也相應遵循夾點設計的三大原則,雖然這些用能不合減少。本文優(yōu)化方案中的蒸汽冷凝液流量為優(yōu)化前理的物流通過多種換熱匹配可以達到最小公用T程的7用量的目的,但是在實際應用過程中由于完全禁止中國煤化工換熱網絡節(jié)約熱能量穿越夾點會造成流股分割和增加過多換熱器,公月CNMH了1⊥程10005kW,僅使流程復雜,設備投資增加。因此在滿足換熱流股增加兩臺換熱器,就使熱公用工程用量減少了間最小換熱溫差的情況下,為使流程簡單,在設備22.2%,冷公用工程用量減少了149%344·化工進展2009年第28卷70C126g"c666C400"]℃①((⑧B迎℃c76"○8℃cA30℃流夾點圖4甲醇合成及精餾單元現(xiàn)行換熱網絡圖69400c126g℃C[4一44D℃C7526℃C5B}20℃213.8C502圖5甲醇合成及精餾單元熱集成后的換熱網絡圖4結論明顯的優(yōu)化方案,采用將甲醇合成出塔氣余熱用于叩醇預精餾塔再沸等措施,有效減少了冷熱公用工作者運用夾點技術對甲醇合成及精餾單元進程的耗量行了用能分析和診斷,發(fā)現(xiàn)將甲醇合成及精餾兩個中國煤化工單元聯(lián)合起來進行換熱網絡優(yōu)化,有顯著的節(jié)能空獻CNMHG間。通過夾點分析找到了系統(tǒng)中用能不合理之處,,,m精餾工藝研究門化工進展結合工程實現(xiàn)的可行性與給濟性,提出了節(jié)能效果又溫,陳露具有熱集成和水集成的甲醇精罐新工藝及其模楓增刊丁干紅等:甲醇合成及精餾單元的熱集成化工學報,2005,56(3):4774876劉殿華,曹發(fā)海,應衛(wèi)勇,等新型甲醇合成反應器技術化肥設3]周志超,吳嘉.具有完全熱樂成和水集成的合成甲醇精制工藝U計,2005,43(3):4546.化工學報,2007,58(1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