甲醇制丙烯分离流程的模拟与优化

发布时间：2020-03-27 08:58

【摘要】：丙烯是一种极其重要的基础有机化工原料,其下游产品众多。丙烯传统的生产方法是石油路线的乙烯蒸汽裂解联产和催化裂化副产,开发可替代石油路线的独立丙烯生产技术受到广泛关注。其中,煤制丙烯路线非常适合我国多煤少气贫油的能源格局。因为以天然气、生物质、煤等可气化物质为原料制备甲醇的技术已成熟并大规模工业化,因此煤制丙烯的技术瓶颈就在于甲醇制丙烯。煤化工存在由杂质引起低收率、高能耗、高水耗、传质差的问题以及环境问题依旧亟待解决。此外值得注意的是,随着原油和甲醇价格的波动,石油路线和甲醇路线的竞争将会更加激烈。因此,提高甲醇制丙烯装置运转效率、降低能耗对于提高新生的甲醇制丙烯流程可谓至关重要。针对这些问题,论文首先在现有甲醇制丙烯流程的基础上,综述了流程模拟与改进的方法,对流程进行了Aspen Plus软件模拟,对精制单元的精馏序列进行了改进,技术组合进行了技术经济分析。论文的主要工作如下：(1)对醚化反应单元、粗分离单元和精制单元进行了Aspen Plus软件模拟,并结合生产装置的设计数据和现场操作的采集数据,验证了计算方法的可行性。在计算过程中对比并选择了更合理的单元操作模型和更合适的物性方法进行计算,并利用化工流程模拟软件Aspen Plus完成了流程回路的模拟。对模拟结果进行了误差分析和能量分析,提出了三个改进之处：增加中间再沸器、急冷水工艺改造、增加中间流股换热。(2)对Lurgi MTP工艺的精制单元进行合理简化,针对CH4、C2、C3、C4、 C5、C6、C7的七组分、六切分点的精馏序列问题应用模拟退火算法,采用指数降温的退火策略,求解得到了最优分离序列。精馏序列优化的结果为前脱丙烷分离流程,结合实际情况,提出了两塔联用的前脱丙烷分离流程。与前脱丁烷分离相比,前脱丙烷分离流程的能耗更低(降低7%以上),能效更高(提高2.1%),CO2排放更少(每年减少C02排放1.94*108kg),公用工程费用更低(降低7%以上),且精馏塔、空冷器的设备数目均有减小。(3)针对这四种工艺路线进行技术经济分析。通过优化技术组合,可使现有工业流程的能效提高4%,减少C02排放4.5*108kg/y。低温醚化和前脱丙烷分离流程技术组合的能耗(111 tce/h).公用工程费用(加热冷却公用工程费用5.03亿元),年C02排放量(2.023*109 kg),能效(0.593)等指标更优,技术经济性更好。(4)模拟了非萃取精馏方式来脱除二甲醚的流程,计算结果显示随着二甲醚干基浓度的提高,C3分离塔塔底温度上升。二甲醚干基浓度高于5000ppm必须采用萃取甲醇,以保证保证循环急冷水已经能满足C3分离塔再沸器的负荷。萃取甲醇的用量随着二甲醚干基浓度的增大而增加。(5)将Aspen Plus、MATLAB和NSGA-Ⅱ集成于一体,采用Aspen Plus软件得到严格模拟结果,并运用NSGA-Ⅱ实现了甲醇制丙烯精制单元不同工况下的多目标、多变量的优化。设计工况下,最优解的其经济最优设计参数：脱丁烷塔进料板位置为11块理论板,脱丁烷塔回流比为0.9,丙烷塔回流量为4139.892kmol/h,脱乙烷塔、C3分离塔、脱甲烷塔回流比分别为0.906、13.572、2,C2分离塔回流量为420.685kmol/h。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ221.212

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