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。主要开展了如下工作:(1)利用“ECSS工程化学模拟系统——化工之星”(简称“化工之星”)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。(2)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。(3)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8622.7k W,节能效果为18.6%,节约冷却公用工程9891.1k W,节能效果为14.6%。(4)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。 【关键词】：甲醇生产 模拟分析 夹点技术 能效优化 水系统集成
【学位授予单位】：青海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ223.121
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 绪论12-29
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.1.1 甲醇的属性及用途12
• 1.1.2 甲醇生产能耗状况12-13
• 1.2 甲醇生产技术研究进展13-16
• 1.2.1 甲醇主要生产技术发展历程13-14
• 1.2.2 典型的甲醇生产工艺路线14-16
• 1.3 夹点技术16-26
• 1.3.1 夹点技术的提出及发展16-17
• 1.3.2 夹点的形成及换热网络优化综合17-21
• 1.3.3 水夹点技术原理21-26
• 1.3.4 夹点技术在甲醇工业中的应用进展26
• 1.4 选题意义及研究内容26-29
• 1.4.1 选题意义26-28
• 1.4.2 研究内容28-29
• 第二章 天然气制甲醇生产全流程模拟29-49
• 2.1 天然气制甲醇工艺流程简介29-30
• 2.2 天然气制甲醇工艺流程模拟30-48
• 2.2.1 甲醇生产工艺流程物理模型搭建30-41
• 2.2.2 甲醇生产过程数学模型搭建41-46
• 2.2.3 模型验证46-48
• 2.3 本章小结48-49
• 第三章 甲醇精馏单元工况分析及优化49-66
• 3.1 甲醇精馏工艺介绍49-52
• 3.1.1 双塔精馏工艺50-51
• 3.1.2 三塔精馏工艺51-52
• 3.1.3 四塔精馏工艺52
• 3.2 精馏单元工况分析与优化52-62
• 3.2.1 高海拔地区组分物性变化特点52-54
• 3.2.2 模拟计算过程54-56
• 3.2.3 进料粗甲醇组成确定56-57
• 3.2.4 模拟计算结果及分析57-62
• 3.3 常压精馏塔变工况模拟分析与优化62-65
• 3.3.1 模型建立及原始数据输入62
• 3.3.2 各操作参数对常压塔精馏过程的影响分析62-65
• 3.4 本章小结65-66
• 第四章 天然气制甲醇生产全流程能效优化66-82
• 4.1 甲醇生产过程用能状况分析66-67
• 4.2 现有换热网络的夹点分析67-78
• 4.2.1 工艺单元物流数据提取67-68
• 4.2.2 最优~(ΔT)min的选取68-70
• 4.2.3 系统用能夹点分析70-78
• 4.2.4 找出现行换热网络中不合理的匹配78
• 4.3 甲醇生产全流程系统用能的优化方案78-81
• 4.4 本章小结81-82
• 第五章 天然气制甲醇生产全流程水系统集成及优化82-94
• 5.1 甲醇企业现行用水系统概况82-84
• 5.2 关键污染物组分的确定84
• 5.3 用水系统集成与优化84-93
• 5.3.1 极限进出口浓度及负荷的确定84-85
• 5.3.2 生成废水直接回用初始用水网络85-90
• 5.3.3 初始用水网络调优90
• 5.3.4 再生回用的考虑90-93
• 5.4 本章小结93-94
• 第六章 结论94-96
• 参考文献96-101
• 致谢101-102
• 作者简历102

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