甲醇制丙烯分離流程的模擬與優(yōu)化.pdf

1、丙烯是一種極其重要的基礎(chǔ)有機(jī)化工原料，其下游產(chǎn)品眾多。丙烯傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法是石油路線的乙烯蒸汽裂解聯(lián)產(chǎn)和催化裂化副產(chǎn)，開發(fā)可替代石油路線的獨(dú)立丙烯生產(chǎn)技術(shù)受到廣泛關(guān)注。其中，煤制丙烯路線非常適合我國多煤少氣貧油的能源格局。因?yàn)橐蕴烊粴狻⑸镔|(zhì)、煤等可氣化物質(zhì)為原料制備甲醇的技術(shù)已成熟并大規(guī)模工業(yè)化，因此煤制丙烯的技術(shù)瓶頸就在于甲醇制丙烯。煤化工存在由雜質(zhì)引起低收率、高能耗、高水耗、傳質(zhì)差的問題以及環(huán)境問題依舊亟待解決。此外值得注意的是，隨

2、著原油和甲醇價(jià)格的波動(dòng)，石油路線和甲醇路線的競爭將會(huì)更加激烈。因此，提高甲醇制丙烯裝置運(yùn)轉(zhuǎn)效率、降低能耗對(duì)于提高新生的甲醇制丙烯流程可謂至關(guān)重要。針對(duì)這些問題，論文首先在現(xiàn)有甲醇制丙烯流程的基礎(chǔ)上，綜述了流程模擬與改進(jìn)的方法，對(duì)流程進(jìn)行了Aspen Plus軟件模擬，對(duì)精制單元的精餾序列進(jìn)行了改進(jìn)，技術(shù)組合進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。
　　論文的主要工作如下：
　　(1)對(duì)醚化反應(yīng)單元、粗分離單元和精制單元進(jìn)行了Aspen Plus

3、軟件模擬，并結(jié)合生產(chǎn)裝置的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場操作的采集數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了計(jì)算方法的可行性。在計(jì)算過程中對(duì)比并選擇了更合理的單元操作模型和更合適的物性方法進(jìn)行計(jì)算，并利用化工流程模擬軟件Aspen Plus完成了流程回路的模擬。對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了誤差分析和能量分析，提出了三個(gè)改進(jìn)之處:增加中間再沸器、急冷水工藝改造、增加中間流股換熱。
　　(2)對(duì)Lurgi MTP工藝的精制單元進(jìn)行合理簡化，針對(duì)CH4、C2、C3、C4、C5、C6、C7的七組

4、分、六切分點(diǎn)的精餾序列問題應(yīng)用模擬退火算法，采用指數(shù)降溫的退火策略，求解得到了最優(yōu)分離序列。精餾序列優(yōu)化的結(jié)果為前脫丙烷分離流程，結(jié)合實(shí)際情況，提出了兩塔聯(lián)用的前脫丙烷分離流程。與前脫丁烷分離相比，前脫丙烷分離流程的能耗更低（降低7％以上），能效更高（提高2.1％），CO2排放更少(每年減少CO2排放1.94*108kg)，公用工程費(fèi)用更低（降低7％以上），且精餾塔、空冷器的設(shè)備數(shù)目均有減小。
　　(3)針對(duì)這四種工藝路線進(jìn)行技術(shù)

5、經(jīng)濟(jì)分析。通過優(yōu)化技術(shù)組合，可使現(xiàn)有工業(yè)流程的能效提高4％，減少CO2排放4.5*108 kg/y。低溫醚化和前脫丙烷分離流程技術(shù)組合的能耗(111 tce/h)、公用工程費(fèi)用（加熱冷卻公用工程費(fèi)用5.03億元），年CO2排放量（2.023*109 kg），能效(0.593)等指標(biāo)更優(yōu)，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性更好。
　　(4)模擬了非萃取精餾方式來脫除二甲醚的流程，計(jì)算結(jié)果顯示隨著二甲醚干基濃度的提高，C3分離塔塔底溫度上升。二甲醚干基濃度高

6、于5000ppm必須采用萃取甲醇，以保證保證循環(huán)急冷水已經(jīng)能滿足C3分離塔再沸器的負(fù)荷。萃取甲醇的用量隨著二甲醚干基濃度的增大而增加。
　　(5)將Aspen Plus、MATLAB和NSGA-Ⅱ集成于一體，采用Aspen Plus軟件得到嚴(yán)格模擬結(jié)果，并運(yùn)用NSGA-Ⅱ?qū)崿F(xiàn)了甲醇制丙烯精制單元不同工況下的多目標(biāo)、多變量的優(yōu)化。設(shè)計(jì)工況下，最優(yōu)解的其經(jīng)濟(jì)最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù):脫丁烷塔進(jìn)料板位置為11塊理論板，脫丁烷塔回流比為0.9，丙烷塔