摘要：近些年来，随着我国能源结构的不断优化以及化学科技技术的飞速发展，甲醇精馏的用途日益广泛，甲醇化工也逐步成为化学工业中研究的重要领域。由于甲醇精馏过程的操作比较复杂，开发大型煤化工甲醇精馏过程模拟和仿真系统能够更好的分析和预测该过程，并可以为实际精馏操作提供相应的理论指导。本文首先介绍了甲醇精馏流程，然后阐述了基于Aspen Plus大型煤化工甲醇精馏过程的模拟和仿真系统，最后对大型煤化工甲醇精馏过程的模拟应用状况进行了简单陈述。

关键词：大型煤化工；甲醇精馏；模拟

目前，甲醇生产技术主要朝大型化、环保型、低能耗方向发展，甲醇装置的大型化和工艺程序的优化控制具有节能降耗和提高经济效益的作用。因此研究构建大型煤化工甲醇精馏过程仿真平台问题具有重要理论和实践意义。利用流程模拟和仿真，结合实际数据进行研究分析，才能找到生产中存在的不足之处，在甲醇精馏过程中为企业带来更多的经济效益。采用Aspen Plus化工模拟计算软件对甲醇精馏流程进行模拟和分析，对提高大型煤化工甲醇精馏行业的经济效益具有重要意义。

一、甲醇精馏流程概述

甲醇精馏是对合成装置产生的粗甲醇进行精制，脱除甲醇中所含杂质，达到生产符合标准的优等精甲醇产品的目的。在有机合成工业中，甲醇是有机化工行业的重要原料和优质燃料。主要用于制造醋酸、氯甲烷、硫酸二甲脂、甲醛等多种有机产品，同时甲醇也被广泛用于医药和农药。根据甲醇质量要求的差异可以将甲醇精馏过程分为双塔流程、三塔流程、四塔流程，主要用于生产精甲醇。三塔流程和四塔流程是在双塔流程基础上的改进，具有首先分离出轻组分，然后再分离出水和高沸物的共同点。

三塔精馏系统流程的三塔分别是预精馏塔、加压精馏塔、常压精馏塔，其中预精馏塔具备与双塔精馏中预精馏塔相同的作用，甲醇液可以从预精馏塔底部流出，然后由甲醇给料泵加压后送入加压精馏塔，待塔顶蒸出甲醇蒸汽后再进入冷却再沸器，甲醇蒸汽冷凝热为常压精馏塔提供热源，甲醇液从冷凝再沸器流出再进入加压塔回流槽，其中一部分经加压塔回流泵加压后送入加压精馏塔作为回流液，其余部分通过精甲醇冷却器冷却至40℃即可作为合格产品，通过精馏塔再沸器可为加压精馏塔提供所需热量。三塔流程具有环保节能的优点，加压塔塔顶冷凝潜热用作常压塔塔釜再沸器的热源，这样可以节省加热蒸汽和冷却水。

与三塔流程相比，四塔流程的总投资和能耗都有所增加，但四塔流程的优势在于能够生产高纯度的甲醇，并且装置的规模越大，这种优势就会越明显。此外，四塔流程中，常压精馏塔塔底的废水几乎不含有杂质，如果将其作为预精馏塔的萃取水可以节约脱盐水。四塔流程具备节约用水又环保等优势，并且这些优势在大型甲醇装置中会表现的更加明显。

二、大型煤化工甲醇四塔精馏过程的模拟和仿真

以化工流程模拟软件Aspen Plus为平台，对大型煤化工甲醇四塔精馏过程进行模拟实验，具有分析、预测、优化大型化甲醇精馏过程的重要实践和理论意义。Aspen Plus模拟文件是基于严格机理模型的一款大型通用流程模拟软件，具有很多优点，比如：具备较高模拟精度、物性数据齐全、功能强大等，目前已被广泛应用到化工行业的各个领域中。

在具体操作过程中，首先选择适当物性方法UNIFAC-DMD,然后选择合适的单元操作模块，并调整相关参数，使最终的模拟结果与实际生产数据相吻合。在不同生产负荷条件下，模拟精度一般小于5%。利用自动化服务器功能开发的基于Aspen Plus稳态模拟的仿真系统，甲醇精馏过程可按照Aspen Plus化工模拟系统中的RADFRAC塔精馏模块进行模拟，该系统的底层是具备收敛性的模拟文件，能够提供机理模型。其顶层是仿真界面，用于克服Aspen Plus界面不友好的不足。仿真界面和Aspen Plus模拟文件通过VB接口程序链接。基于严格机理模型的底层模拟文件，其模拟精度高，并且操作简单，可根据需要扩充人机交换。开发仿真系统可通过自主化服务器功能来实现，该流程生产的精甲醇不仅纯度高、乙醇含量低，而且该模拟能耗低，节约环保，操作灵活。该仿真系统的调优操作可设计为与实际甲醇精馏操作完全一致，其结构能够通用，因此可以用于大部分的化工过程，具有一定的可推广性。

随着煤化工行业的迅速发展，大型煤化工甲醇精馏的组成变化频率增高，进料流量也增加，应根据常压精馏塔进料中杂醇含量以及热负荷的变化，适当调整常压精馏塔和回收塔的操作参数，才能生产出优质合格的甲醇产品。

三、大型煤化工甲醇精馏模拟应用概况

经过多年的研究和发展，甲醇精馏过程逐步形成了各具特色的工艺流程。随着大型煤化工应用装置规模的大型化，四塔流程广泛受到化工行业的青睐。四塔流程依次是预精馏塔、加压精馏塔、常压精馏塔以及甲醇回收塔。大型煤化工甲醇精馏过程仿真模拟系统的底层是多个不同负荷的甲醇四塔精馏工艺流程的Aspen Plus仿真模拟文件，用于适应不断变化的操作负荷情况。如果粗甲醇进料流量以及组成发生变化，仿真系统会打开不同的模拟文件，以确保模拟文件快速收敛和模拟准确性。甲醇四塔精馏工艺流程包含四个精馏塔，使用Visual Basic的多文档界面功能可以更明晰的显示全部流程。

总而言之，在选择甲醇精馏工艺方案时，要综合考虑所分离物系的具体特性以及投资、能耗和经营等因素，结合生产要求和生产条件，选择适当的工艺方案。在日益激烈的企业竞争中，不仅是产品质量的竞争，同时也是价格、能耗的竞争，因此大型煤化工企业应根据自身状况，科学合理的对精馏系统进行优化控制。随着甲醇生产技术的不断成熟，大型煤化工甲醇精馏过程采用Aspen Plus机理模型的过程仿真系统，有助于促进甲醇精馏过程向大型化、科学化、环保化方向发展。

参考文献：

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