甲醇合成装置的动态模拟.pdf

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1、孙馨吴政木刘东斌(沈阳化工大学化学工程学院，辽宁沈阳110142)摘要：以年产6万吨甲醇合成装置为研究对象，利用化工过程模拟软件AspenPlus对其进行全流程稳态模拟，进而导入As—penDynamics对甲醇精馏过程进行动态模拟。建立Lv型控制方案的动态模拟流程，改变进料量对甲醇塔特别是预精馏塔塔釜和主精馏塔塔顶甲醇的流量波动幅度大，响应迅速；而主精馏塔塔顶精甲醇的摩尔分数响应速度比较缓慢，波动持续时间超过10h。关键词：稳态模拟；甲醇精馏；动态模拟AspenPlus是一个集生产装置设计，稳态模拟，动态模拟和优化为一体的大型通

2、用流程模拟系统，目前被广泛应用于化工，石化，炼油等行业。笔者采用该软件对甲醇精馏过程进行模拟优化，以指导生产。1甲醇合成1．1基本原理主要反应：CO+2H：≠CH，OH国)(1)CO：+日：≠CO+H：0(2)C02+3H2≠CH30H(g)+H：O(3)除此之外生成的副产物还有少量的乙醇及微量的醛、酮、醚及酯等。1．2甲醇合成物性方法的选择甲醇合成系统物系为极性非电解质体系，BwR—Lee—Star—ling状态方程可用于低压非极性组分或弱极性混合物以及轻气体，适用于含氢系统，故可选择BWR-KS物性方法。”11．3甲醇合成动力

3、学以CO、CO：加氢的两个合成甲醇的反应作为独立反应，选取LHHW方程来描述，用气相中各组分的逸度来表示反应速率，各组分逸度用SHBWR状态方程计算n1，从而可求出指前因子和反应的活化能等。2甲醇合成装置全流程稳态模拟本设计根据辽宁锦西天然气化工有限公司的6万吨／年甲醇合成装置进行模拟，全年开工率为330天，精甲醇纯度为99．995％。甲醇合成反应器采用Lurgi型列管式固定床”‘气固催化反应器，装填铜基催化剂。操作压力为5．3Mpa，温度为2300C。反应器壳程的锅炉水是自然循环，温度230℃，压力3．2MPa。这样通过控制沸腾

4、水的蒸汽压力，可以保持恒定的反应温度。其AspenPlus稳态模拟图见图1。通过在AspenPlus中建立甲醇合成系统的模型，并进行全流程的稳态模拟计算，可以得出物流物料及能量衡算结果。见表1。表1模拟结果与实际采集数据对比项目实际值模拟值CO5．52575．4718CO，13．851514．0985H：57．655457．5647CH。14．304414．1043N二1．23l1．2348CH．O5．36435．4534H!O2．00632．0047流量kmol／h4696．01074679．846温度℃230．00231．00

5、压力MPa5．3可以看出通过AspenPlus软件模拟对年产6万吨甲醇合成装置所得到的数据与实际生产的数据比较吻合。因此，模拟计算结果对实际的生产操作具有重要的指导意义，也可为整个装置的各个工况的分析提供参考。3导人动态模拟通过对稳态模拟流程的成功模拟，可导出动态模拟流程文件，利用AspenDynamics动态模拟软件进行动态模拟流程的建立¨1。本文将以LV型控制方案为例，改变进料量对流程扰动分析。3．1LV型(物料平衡控制)方案AspenDynamics自动生成的LV型控制方案中，还需另外添◆．。一图1AspenPlus甲醇合成

6、简化模拟流程64I化J彳拜2016年9N图3进料量扰动下T101和T102甲醇流量的波动加进料流量控制器。见图2。～__o．j、l蟛一日一一嗄。』‘一≥球i。≥。落，。I‘

7、≯喳。；^：。：’}，量产：，j—砷’t』坦图2LV型控制甲醇双塔精馏动态模拟流程在模拟过程中的0．8h时，把进料量由321．388kmol／h突然改变到331．6541kmol／h，增加幅度为3．112％；在13h时进料量改变到321．6541kmol／h，减少幅度为3．112％；在20h时进料量改变到301．6541kmol／h，减少幅度为6．223％；在

8、35h时进料量改变到321．6541kmol／h，增加幅度为6．223％，在44h时停止模拟，在进料流量扰动下T101和T102甲醇流量的波动情况如图3所示。4结语从图3看出，进料量增大或者减小，预塔塔釜甲醇流量和主塔塔顶精甲醇流量都能作出迅速的响应，而预塔塔釜甲醇流量波动持续时间在1h内，后其趋于平稳。对于主塔塔顶精甲醇的流量，其波动持续时间超过10h，后其趋于平稳这说明了进料量的扰动对甲醇精馏过程造成了很大的影响。在现实操作中我们不能频繁变动甲醇精馏装置的主要操作参数，且不应进行大幅度的调整。不然会造成生产过程中各操作参数的波

9、动，从而影响精甲醇产品的纯度和生产效益。参考文献：【11谢克昌，房鼎业．甲醇工艺学【M】．北京：化学工业出版社，2010．[2】宋维端等．甲醇工学[M】．北京：化学工业出版社，1991【3】胡国静，张树增，王键红．Lurgi型甲醇合成反应器的动态模