TBCFB合成气制甲醇工艺过程的概念设计和计算机模拟.docx

TBCFB合成气制甲醇工艺过程的概念设计和计算机模拟 引 言我国富煤、贫油、少气的能源禀赋和能源利用现状决定了在未来一段时间内煤炭在我国能源消费中仍占主导煤气化技术是现代新型煤化工发展的基础，也是煤基甲醇生产的核心节能和能效是最大的能源，有利于快速降低排碳水平。余热回收利用是节能、提高能量利用效率的一种重要方式。工业上常规利用夹点技术对系统进行用能分析，并以此为基础设计或改造换热网络，回收系统余热，降低煤制甲醇的工艺能耗本文主要以三塔式循环流化床（TBCFB）为基础的煤基多联产系统中甲醇合成工艺为研究对象，构建以TBCFB合成气为原料的甲醇生产新型工艺，利用大型化工流程模拟软件对该工艺进行模拟和模型验证，并对模拟后的流程进行余热分析，发掘其节能潜力，利用自热再生理论进行能量集成设计。 1 TBCFB甲醇合成工艺以三塔式循环流化床（TBCFB）为基础的低阶煤清洁转化多联产系统集成（如图1），是利用TBCFB对低阶煤分级分质转化的不同产物，耦合甲醇生产和动力联合循环发电技术，按照温度对口，组分对口的原则，充分利用低阶煤分级分质转化产生的热解煤气、气化合成气和烟道气余热，提高能源和资源利用的效率，降低能耗。由甲醇合成主反应可知，甲醇合成原料气氢碳比一般控制在2左右，要求控制CO煤或者半焦中的硫分在气化时会生成H2 流程模拟2.1物性方法与模型假设基于大型流程模拟软件Aspen Plus建立以TBCFB系统半焦气化合成气为原料气的甲醇合成模拟流程（如图3），整个过程包含TBCFB热解气化单元、净化单元、合成单元和精馏单元。本文主要建立净化单元、合成单元和精馏单元的模拟流程图。由于各个单元的物流和操作条件不同，选取的物性方法不同，物性方法选择主要参考同类工作，见表1。模拟假设系统处于稳态且不考虑物料输送过程的热量和压力损失，参与气化的半焦中硫元素全部转化为H2.2全流程模拟水蒸气/半焦为2.7时，TBCFB半焦气化产生的合成气组成如表2所示。合成气经压缩后进入低温甲醇洗单元，与低温贫甲醇在酸性气体吸收塔中逆流接触，脱除酸性气体，满足甲醇合成原料气的要求CO + 2HCO同时，发生多种副反应2CO + 4H2CO + 4H4CO + 8HCH生成的甲醇与未反应的合成气进入气液分离器。分离器顶部出来未反应的气体循环利用，底部出来的粗甲醇经过甲醇闪蒸罐，进入到甲醇精馏单元。粗甲醇经过预精馏脱出二甲醚等轻组分后，送入加压塔和常压塔进行精制。吸收塔和精馏塔均采用Radfrac模型，气体压缩采用Compr模型，气液分离器采用Flash模型，甲醇合成反应器采用Rstoic模型，甲醇合成各个反应的转化率参考年产20万吨低压铜基催化剂C307运行数据为了验证模拟的合理性，将主要物流结果与工业数据对比。净化气的工业数据来源于某厂40万吨煤制甲醇低温甲醇洗工业数据，粗甲醇工业数据来源于年产20万吨C307运行数据3 基于自热再生能量集成3.1余热分析冷热物流复合曲线是能量分析的重要工具。通过提取各单元的冷热物流数据，选取最小换热温差，构建冷热物流复合曲线，可以确定能量目标。各单元冷热物流复合曲线如图4所示。其中X轴表示热负荷，Y轴表示温度（3.2自热再生方案确定利用自热再生理论通过对过程热物流进行压缩提高其能级，满足与系统其他冷物流的换热要求，将其潜热和显热再循环利用3.3换热网络（HEN）设计基于夹点技术的换热网络设计是过程热集成的有效工具图6和图7分别显示了低温甲醇洗单元和甲醇精馏单元最佳的换热网络设计和基于自热再生的模拟流程。在常规换热基础上，低温甲醇洗单元热再生塔塔顶蒸汽经C202（117 kW）压缩以后，为其塔底再沸器提供热量，回收其潜热和部分显热（784 kW），然后减压恢复之前的压力，并通过冷凝器冷凝到其回流温度（76.4 ℃）；甲醇精馏单元常压塔塔顶蒸汽经C402（2865 kW）压缩后，由原来的71 ℃提到210 ℃，为常压塔再沸器和预馏塔再沸器提供热量，并对低温甲醇洗单元来的粗甲醇进行预热。再经冷凝减压后，一部分回流，一部分作为产品采出。加压塔塔顶蒸汽经C401（932kW）压缩后，由原来的122 ℃提到164 ℃，为加压塔塔低再沸器提供热量，之后对预馏塔塔底来的物流进行预热。4 结果对比主要综合冷公用工程消耗量（Cooling）、热公用工程消耗量（Heating）、压缩机功耗（式中表4比较了低温甲醇洗单元和甲醇精馏单元的常规过程与自热再生过程能量结果，低温甲醇洗单元只需要消耗117kW的压缩功使得冷公用工程减少626 kW，与常规过程相比节约了29.4%；而热公用工程减少了730 kW，