基于膜分离技术的甲醇精制过程模拟与优化

摘要

甲醇不仅是重要的化工原料，而且还是性能优良的能源和车用燃料。它可直接用作汽车燃料，也可与汽油掺和使用。它可直接用于发电站或柴油机的燃料，或经ZMS-5分子筛催化剂转化为汽油。它可与异丁烯反应生成甲基叔丁基醚，用作汽油添加剂。目前国内大部分企业仍然采用传统的生产工艺，本文通过对年产十万吨的甲醇合成工艺进行Aspen模拟与分析，得到了最优的操作条件，从而可以指导现场设备的安装以及开车后的工艺控制点的操控。
　　传统甲醇精馏装置采用双塔流程获取精甲醇产品时，正常生产条件下每年精馏主塔残液的排放量在三万左右，排放残液中甲醇含量年均值在2％左右，经分析检测残液的化学耗氧量一般在1％-2％以上。这样每年正常排放的残液中不仅白白损失了余500吨的甲醇，同时也造成了较大的环境污染。因此，如何通过降低精馏主塔残液中的甲醇含量来降低甲醇消耗，降低生产成本，减少残液排放对环境的污染，是全国工业甲醇生产中一个重要的节能、环保课题，也是本文甲醇生产设计中急需解决的一个现实问题，本设计主要研究三塔精馏技术，在充分比较各种处理方法优劣的基础上，基于清洁生产的新观念，试图对现有工艺流程及工艺操作指标、原料、产品及中间产品进行实际测量和查定，并进行相应的整改，在物料和热量衡算的基础上建立精馏模型，确定需优化的主要工艺操作指标，并根据生产负荷和原料组成情况，增加主塔精馏段和提馏段的侧线采出，经过三塔精馏，获得更高纯度的甲醇，并对采出量加以控制，将精馏主塔侧线采出物间歇引入已有的回收装置以回收其中的甲醇。
　　新型甲醇生产工艺中，普遍采用超滤膜甲醇分离器分离甲醇合成塔的出料，获得粗甲醇，其理论模型为超滤模型。超滤膜甲醇分离器具有污染小、能耗低、易操作等特点。为能够对此分离单元进行工艺模拟与分析，基于AspenPlusV7.1平台，采用软件内置Excel95模板对超滤膜甲醇分离器模型进行初步的开发与探究。模型通过选择合适的计算模块、恰当的物性方法以及准确的Excel模板输入得到的模拟值与工厂实际数据基本吻合。本文建立的Excel用户模型可以作为超滤膜甲醇分离工艺过程的设计基础，能够为装置的设计、优化以及膜污染控制提供依据。

目录

摘要

符号说明

前言

文献综述

1．1 甲醇行业的重要性

1．2 甲醇生产的主要单元概述

1．2．1 甲醇合成单元发展概述

1．2．2 甲醇精馏单元发展概述

1．3 膜分离概述

1．3．1 膜分离技术简介

1．3．2 膜的种类

1．3．3 膜分离的优势以及所适用的对象

1．3．4 超滤技术

1．3．5 集成膜技术

1．4 模拟用软件介绍

1．4．1 Aspen Plus软件介绍

1．4．2 Aspen Plus用户模型简介

第二章 基于Aspen Plus的传统甲醇生产工艺流程模拟研究

2．1 传统甲醇生产工艺流程简介

2．2 物料与能量衡算

2．2．1 合成塔在Aspen Plus中设计过程

2．2．2 物料与热量衡算结果与讨论

2．3 传统甲醇生产工艺操作条件模拟与分析

2．3．1 催化剂床层温度与组分分布

2．3．2 入塔气H2含量对甲醇反应器性能的影响

2．3．3 入塔气温度对反应器性能的影响

2．3．4 操作压力对反应器性能的影响

2．3．5 循环气量对甲醇合成反应的影响

2．4 结论

第三章 甲醇生产工艺中的三塔精馏

3．1 甲醇精馏技术概况

3．2 甲醇精馏工艺流程概述

3．2．1 三塔精馏的优势

3．2．2 三塔精馏的工艺要点及要求

3．2．3 三塔精馏工艺流程简述

3．2．4 工艺参数及影响因素

3．3 物料与热量衡算

3．3．1 物料衡算

3．3．2 热量衡算

3．4 装置的设备选型

3．4．1 精馏塔的设计选型

第四章 超滤膜甲醇分离单元的ASPEN Plus用户模型开发

4．1 新型甲醇合成工艺流程描述

4．2 集成膜甲醇分离器的工作原理

4．3 超滤数学模型

4．3．1 超滤过程浓度

4．3．2 超滤过程传递速率

4．4 集成膜甲醇分离器Aspen用户模型的开发

4．4．1 模块选择

4．4．2 Excel模型主要单元输入

4．4．3 物流的输入数据及控制指标

4．4．4 模拟结果与分析

4．5 结论

第五章 主要结论与展望

5．1 主要结论

5．1 展望

参考文献

致谢

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