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联醇工艺中能量利用的探讨.pdf

联醇工艺中能量利用的探讨

gooyue168
2010-05-19 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《联醇工艺中能量利用的探讨pdf》,可适用于工程科技领域

 第卷第期年月化学工业与工程技术JournalofChemicalIndustryEngineeringVolNoFeb,收稿日期:作者简介:王益凡(),男,福建莆田人,在读硕士,讲师,主要从事化工工艺的教学与科研工作。Email:wangyifancom联醇工艺中能量利用的探讨王益凡,崔国星(三明学院化学与生物工程系,福建三明 )  摘要:采用管壳式合成反应器和C催化剂,建立了联醇合成工艺模型,并借助稳态模拟计算软件对联醇合成工艺系统进行过程模拟。利用化工稳态软件,对具有不同位置废热锅炉的合成工艺系统的流程合理性、能源利用效率和有效能效率进行了分析和计算,使联醇合成工艺在能量利用方面得到了初步优化。关键词:甲醇合成优化有效能联醇法中图分类号:TQ 文献标识码:A 文章编号:()ExplorationofenergyutilizationinunitedmethanolsynthesisprocessWangYifan,CuiGuoxing(DepartmentofChemistryandBioEngineering,SanmingUniversity,Sanming,China)  Abstract:UsingshellandtubesynthesisreactorandCcatalyst,themodelofunitedmethanolsynthesisprocessisestablished,andsimulationcalculationtotheprocessisexecutedbysteadystatesimulationsoftwareProcessrationality,energyefficiencyandavailableenergyutilizationareanalyzedandcalculatedforprocesseswithdifferentwasteboilerpositionPreliminaryoptimizationofmethanolsynthesissystemonenergyutilizationisfinishedbysimulationsoftwareKeywords:MethanolsynthesisOptimizationAvailableenergyUnitedmethanolsynthesis  甲醇是一种具有多种用途的基本有机化工产品,被称为C化工的基石~,又是一种很有发展前途的燃料。如合成甲基叔丁基醚(MTBE),合成碳酸二甲酯(DMC)等碳一化工产品甲醇制低碳烯烃(MTO)也很有发展前景汽车燃料甲醇是正在迅速发展的替代燃料之一,甲醇燃料电池将商业化,甲天然气费用的对比见表。表 甲醇产量、天然气单耗、天然气费用统计项 目年年年年天然气单耗(m·t)天然气费用(元·t)甲醇产量t由表可见,烟道气CO回收技术自年实施以来,取得了良好的效果,甲醇产量有了较大提高,天然气单耗明显下降。此外,烟道气中所排出的大量CO气体属于温室气体,直接排空将造成环境污染,通过回收烟道气中CO气体,既增加了甲醇产量,又保护了环境。 结 论将烟道气CO回收技术应用于以天然气为原料的甲醇装置,对弥补碳源不足、提高装置生产能力、降低生产运行成本和节约能源十分有效。该技术的应用不影响原甲醇装置的产品质量。烟道气回收CO技术采用先进的自动控制系统,有效保证了装置的平稳操作。从烟道气中回收CO,作为kta甲醇装置的补充碳源,从各个方面来说是切实可行的,所创造的效益也是非常可观的。参考文献: 杨清泉,杨德峰,郝金军等一乙醇胺在烟道气CO回收系统中的降解及对策J化学工业与工程技术,,():~化学工业与工程技术年第卷第期 醇制蛋白(SCP)饲料国外已工业化。甲醇在化工方面有广泛的用途,有着巨大的市场潜力。因此,甲醇工业在国民经济中占有重要地位。目前合成甲醇的工艺主要有联醇法、低压法、液相法等种。低压法单醇工艺是主流,液相法尚未工业化。联醇工艺是以合成氨生产中需要脱除的CO、CO及原料气中的H为原料,合成有较高经济价值的化工产品甲醇。增设联醇后,联醇前原料气中CO、CO含量提高,节省了变换与脱碳的能耗联醇后气中CO、CO含量下降,减少了原料气精制的消耗,使合成氨成本有明显降低。因此,联醇工艺是合成氨工艺发展中的一种优化组合工艺。增设联醇可以灵活调整甲醇、液氨的产量,满足市场的变化。联醇工艺是我国甲醇工业的重要组成部分,其产量占我国目前甲醇总产量的,且其灵活的产量调节机能可起到稳定甲醇市场的作用。由于合成氨厂在我国星罗棋布,可为燃料甲醇和二甲醚供应创造很好的布局。相对单醇工艺装置而言,建设一个同规模甲醇装置,联醇投资仅占单醇装置的左右,建设周期也短。因此,联醇工艺具有投资省、见效快的优点,是值得在合成氨工业中推广的技术。甲醇合成是放热反应,目前相当多的联醇合成装置未进行反应热回收利用,造成能量浪费。若进行反应热有效利用,副产蒸汽,可提高联醇生产的经济效益。因此对联醇工艺进行必要优化,增设反应热有效利用设备,很有实际意义。 甲醇合成工段的工艺流程以三明化工厂的联醇装置为例,工艺流程见图。图 三明化工厂联醇工艺的模拟流程  由变换工序送来的约MPa的变换气,含有体积分数约的CO,约~的CO。为减少氢气的消耗与提高粗甲醇的质量,变换气经MDEA脱碳吸收CO,使CO体积分数降至约,然后入活性炭精脱硫槽净化。在活性炭脱硫槽中,气体中的HS、有机硫和夹带的少量润滑油、铁锈及其他杂质都被活性炭吸附,出来的是较纯净的甲醇合成原料气,经甲醇合成塔的主、副线进入甲醇合成塔。由合成塔主线进塔的气体,从塔上部沿塔筒体内壁与催化剂筐之间的环隙向下,进入塔内热交换器的管间,经加热后到热交换器上部。在此与来自塔副线、未经加热的气体混合入分气盒,分气盒与插在催化剂筐内的冷管相连,气体在冷管内受到催化剂层合成反应温度的加热。从冷管出来的气体经集气盒进入中心管。冷管的传热面积、排列方式、长度直接影响催化床的最佳反应温度,因此,是合成塔的关键部分。中心管内装有电加热器,若进气经换热后达不到催化剂的起始反应温度,则可启用电加热器进一步加热达到反应温度的气体出中心管,从上部进入催化床,一氧化碳与氢在催化剂作用下进行甲醇合成反应,并释放出热量,加热尚未参加反应的冷管内气体。反应后的气体到达催化床底部。为防止催化剂破碎漏出,在催化剂筐底部装有一定量的钢球与钢丝网。气体出催化剂筐后经分气盒外环隙流入热交换器管内,将热量传给进塔冷气,温度小于℃,沿副线管外环隙从塔底出塔。合成塔副线不经过热交换器,改变副线进气量作为控制塔催化床层温度的一个重要调节措施,维持催化床热点温度在~℃范围内。出塔气体进入换热器管内,管外用冷却水冷却,使合成的气态甲醇、二甲醚、高级醇、烷烃与水,冷凝或溶解成液体,然后在分离器中将液体分离出来。被分离出来的液体粗甲醇经减压后到粗甲醇中间贮槽,以剩余压力送往精馏工段经分离液体后的一部·· 王益凡等联醇工艺中能量利用的探讨分气体,由循环机循环,继续合成甲醇另一部分气体经醇后气液分离器,进一步分离除去气体中少量甲醇,进铜洗塔、碱洗塔进行精制,使精制后的气体中CO与CO体积分数小于×,再回压缩机,加压到MPa,送氨合成系统。醇后气液分离器分离下来的少量稀甲醇,减压后去粗甲醇中间贮槽。 流程模拟及能量利用分析 流程模拟建立了联醇合成工艺系统模型,基于序贯模块法,借助稳态模拟计算软件对联醇合成工艺系统进行过程模拟~。利用化工稳态软件考察不同流程的优劣,优选出高效率、低能耗的流程及操作工艺条件。利用化工稳态软件中的灵敏度分析工具,考察循环量变化、原料气组成、原料气中的甲醇含量等条件变化对甲醇合成的影响,并进行优化研究。甲醇合成塔出塔气体温度约℃,除气体显热外,还有甲醇冷凝的潜热。合成塔出塔气量很大,一般循环气量为新鲜气量的倍左右。因此,合成塔反应热的回收是很可观的。由合成热平衡计算可知,每生产t粗甲醇放出反应热约×kJ,若按回收,则每生产t粗甲醇可产生t蒸汽。一个kta的联醇装置,若按此水平回收合成反应热,则相当增加l台产蒸汽th的锅炉。要回收合成甲醇的反应热,必须对现有合成塔结构进行改造。利用现有甲醇合成塔的高压外筒,有以下几种方案,如图~图。图 原甲醇合成塔流程图 前置式副产蒸汽合成塔流程图 后置式副产蒸汽合成塔流程 合理性分析原流程中,经过催化剂层的反应后气体℃,直接进入塔底部换热器,之后出塔的气体温度仍达℃,进入水冷器。不仅气体的能量未得到有效回收,还浪费了大量的冷却水资源。前置式副产蒸汽合成塔是在催化剂层和底部换热器之间增加一废热锅炉,利用气体的热量副产压力较高的蒸汽。这样不仅可以副产蒸汽而且可以使合成塔出口气体温度降低到℃。图为前置式合成塔换热分析。图 前置式合成塔换热分析废热锅炉底部换热器后置式副产蒸汽合成塔是在底部换热器和水冷器之间增加一废热锅炉,利用气体的热量副产蒸汽。显然这时蒸汽的量和温度要比前置式的低。图为后置式合成塔换热分析。图 后置式合成塔换热分析底部换热器废热锅炉 能量分析通过模拟计算,得出各流程中物流的有效能,见表。··化学工业与工程技术年第卷第期 表 各种方案能量利用分析项 目塔底换热器废热锅炉水冷器总能量实际利用利用效率,原流程蒸汽(水)温度℃蒸汽压力MPa热量(MJ·h)有效能(MJ·h)前置式蒸汽(水)温度℃蒸汽压力MPa热量(MJ·h)有效能(MJ·h)后置式蒸汽(水)温度℃蒸汽压力MPa热量(MJ·h)有效能(MJ·h)  由表可见,原流程由于未设置废热锅炉,大部分能量都被冷却水带走而浪费,能源利用效率仅。前置式方案由于副产℃蒸汽,而这部分蒸汽可供其他工段加热使用,能量得到了有效利用,能源利用效率大大提高,接近,提高了约倍。因此,这种方案非常有竞争性。后置式方案同样副产过热蒸汽,但由于气体先经塔底换热器再到废热锅炉,因此,蒸汽压力有所降低,温度仅为℃,但能源利用率仍然达到了,效果也非常明显。总体而言,前置式方案是最节能、最合理的选择。经济收益核算显示,前置式方案比原方案节能=MJh。标准煤发热量按MJkg计算,年按h计算,标准煤价格按元t计,则改造后一年收益增加万元。材质为碳钢的废热锅炉,价格约万元,则年即可收回成本。 结 论在定性分析了甲醇合成塔改造方案的基础上,进一步定量分析得到甲醇合成塔的节能效果。结果表明,前置式废热锅炉的节能效果比后置式废热锅炉稍好,但差别不大。设置废热锅炉后,其优点主要有:()设置废热锅炉后,可副产低压蒸汽,供其他系统使用()可达到降低工艺气体温度的目的()可减少冷却水的用量,节约水资源。致谢:天津大学化学化工学院对本文给予了技术支持,特此感谢!参考文献: 宋维端主编甲醇工学M北京:化学工业出版社, 王英,毕亚军天然气制甲醇的物料关系分析J化工设计,,():~ 唐宏青,相宏伟合成甲醇装置大型化与国产化J燃料化学学报,,():~ 孟庆军甲醇合成过程的建模、分析与优化J化肥设计,,():~ 王弘轼化工过程系统工程M北京:清华大学出版社,~ 方利国,陈砺计算机在化学化工中的应用M北京:化学工业出版社, MirjanakiJ,BojanD,OzrenOEnergyandeconomysavingsintheprocessofmethanolsynthesisusingPinchtechnologyJOriginalScientificPaper,,():~··

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