煤原料合成甲醇生产过程的模拟分析

摘要

在我国多煤少油的自然资源结构中，发展煤基制取石油替代产品已是大环境下的必然趋势。目前我国煤制稀烃、乙二醇、合成油、合成气以及直接液化等项目相继建成投产，其中煤制烯烃工艺中以煤制甲醇部分的投资与能耗最高，因此也成为了当前研究的热点问题。甲醇不仅仅是非常重要的化工原料，而且也可作为一种液体燃料代替石油，在科研、化工领域越来越引起人们的关注。因此，研究优化甲醇合成及精馏系统的工艺条件对降低能耗、提高甲醇品质具有重大的现实意义。
　　本文用Aspen Plus模拟软件对甲醇合成及精馏系统分别进行了过程模拟，其结果与工厂工艺数据吻合。分析了变工况对甲醇生产的影响，得到优化的条件，为企业工艺条件及方案优化提供一定的技术支持。本文主要研究内容及结论如下：
　　（1）利用Aspen Plus软件对甲醇合成系统进行过程模拟，建立了可反映工厂实际的模型。同时用Aspen Plus软件自带的灵敏度分析、设计规定等功能模块分析了甲醇合成系统进料温度、合成反应塔压力、分流比、氢碳比、进料流量变化对合成塔以及粗甲醇流量、质量的影响。优化结果为进料温度126℃，氢碳比2.06，进料质量流量146920 kg/h；合成塔（R13002）压力8.01 MPa，合成塔（R13001）压力8.41 MPa；塔（R13002）负责59％的工况，塔（R13001）负责41%的工况。
　　（2）利用Aspen Plus软件对甲醇精馏系统进行了模拟，根据三个塔内温度分布、组分摩尔分数的变化情况，使用灵敏度分析等功能分析了精馏过程进料温度、主精馏塔压力、再沸比、采出量、回流比对精馏单元的影响。优化结果为主精馏塔压力为0.81 MPa，进料温度81℃，再沸比2.14，采出量52300 kg/h；回收塔回流比0.706。
　　本文所建立的单元操作模型及物性方法对甲醇合成及精馏系统的模拟结果可靠，分析结论合理，据此提出的优化方案对于工厂实际操作具有一定的指导意义。

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1 绪 论

1.1 引言

1.2 甲醇性质简介

1.3 甲醇消费及产能情况

1.4 甲醇产品质量要求

1.5 课题的研究背景

1.6 研究内容

2 文献综述

2.1 煤制甲醇生产工艺

2.2甲醇生产过程的模拟进展

3 甲醇合成过程模拟

3.1 甲醇合成反应

3.2 甲醇合成反应热力学及动力学分析

3.3 甲醇合成反应器

3.4 甲醇合成模拟

3.5 不同操作条件对甲醇合成的影响

3.6 模拟结果分析

3.7 小结

4 甲醇精馏过程模拟

4.1 甲醇精馏模拟

4.2 精馏系统流程模拟

4.3 预精馏塔模拟分析

4.4主精馏塔分析与优化

4.5 回收塔分析与优化

4.6 变工况流程分析

4.7 模拟结果分析

4.8 小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献