高海拔地区天然气制甲醇生产过程的系统集成与优化

摘要

甲醇是C1化工的母体。近年来国内甲醇生产装置规模日益扩大，但国内甲醇生产企业与国外相比普遍存在着生产成本偏高、能耗过大的问题。青海地处青藏高原，具有海拔高，气温、气压偏低，昼夜温差大的特点，因而甲醇生产也具有不同于内地的独特特征。本文针对这些特点，以青海某30万吨/年天然气制甲醇装置为对象，通过模拟计算，分析生产现状，提出工艺参数调整意见；找出适合于青海高海拔地区甲醇高效生产的方案，通过对生产全过程中用能、用水相关的系统进行集成分析与优化，以期提高企业物料利用率、促进节能减排和降低生产操作成本的目的；对地处“三江源头”、有“中华水塔”之称的青海化工企业，在提高生态资源与环境承载力，实施开展节能降耗、节水减排工作上更加具有社会与经济双重意义。
　　本研究主要内容包括：⑴利用ECSS工程化学模拟系统对天然气制甲醇过程的转化、合成、精馏及CO2回收工段进行了模拟计算，得到的结果与工厂现场采集数据能够良好地吻合，所建立的模型准确可靠，可以用来研究工艺操作的优化及用能、用水系统集成等后续工作。⑵通过模拟分析高海拔地区低气压对甲醇精馏过程可能产生的影响，对整个甲醇四塔精馏系统以及单独对常压精馏塔进行了优化：利用高海拔地区粗甲醇组分沸点低这一特点，在精甲醇产品合格和废水达标排放的前提下，改进后各塔的操作温度和压力均有所降低，新鲜水用量与冷却、加热负荷均得到节约；为保证常压精馏塔采出的精甲醇产品纯度达标进料位置需选择在常压塔的中下部第20~25块理论板，操作回流比选用3.0～3.5，侧线采出位置应选在中下部的第20~25块理论板。⑶通过夹点分析找出了高海拔地区整个天然气制甲醇装置的用能“瓶颈”，提出能量合理利用的优化方案。经分析，优化后的换热网络可节约加热公用工程8622.7kW，节能效果为18.6％，节约冷却公用工程9891.1kW，节能效果为14.6％。⑷通过水夹点技术的应用，对地处三江源地区、原水中总含盐量较高的甲醇生产企业进行了水系统进行集成与优化：废水直接回用水网络相比原用水网络可节约原水11.57t/h，脱盐水8.12t/h，污水排放量减少14.7t/h。再生回用水网络相比原用水网络可减少原水的使用量17.79t/h，污水排放量减少19.95t/h。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 甲醇生产技术研究进展

1.3 夹点技术

1.4 选题意义及研究内容

第二章 天然气制甲醇生产全流程模拟

2.1 天然气制甲醇工艺流程简介

2.2 天然气制甲醇工艺流程模拟

2.3 本章小结

第三章 甲醇精馏单元工况分析及优化

3.1 甲醇精馏工艺介绍

3.2 精馏单元工况分析与优化

3.3 常压精馏塔变工况模拟分析与优化

3.4 本章小结

第四章 天然气制甲醇生产全流程能效优化

4.1甲醇生产过程用能状况分析

4.2 现有换热网络的夹点分析

4.3 甲醇生产全流程系统用能的优化方案

4.4 本章小结

第五章 天然气制甲醇生产全流程水系统集成及优化

5.1 甲醇企业现行用水系统概况

5.2 关键污染物组分的确定

5.3 用水系统集成与优化

5.4 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

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