導(dǎo)語：大型煤化工甲醇精餾模擬與仿真研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

煤制甲醇已經(jīng)成為新時期甲醇生產(chǎn)轉(zhuǎn)型升級的主流趨勢。而在煤制甲醇項目開展過程中，需有效控制甲醇精餾質(zhì)量以保證甲醇生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)品質(zhì)。基于煤化工業(yè)現(xiàn)代化、自動化、智能化程度的不斷提升，甲醇精餾過程模擬與仿真系統(tǒng)應(yīng)用重要性愈發(fā)顯著，成為推動大型煤化工甲醇生產(chǎn)優(yōu)化發(fā)展的重要手段。以下是筆者對其研究的幾點(diǎn)認(rèn)知，意在拋磚引玉。

1.過程模擬與仿真在大型煤化工甲醇精餾中的作用分析

甲醇精餾是煤制甲醇工藝流程（如圖1所示）中的重要組成部分，主要是將甲醇合成后的粗甲醇轉(zhuǎn)換為精制甲醇，以滿足甲醇生產(chǎn)對甲醇品質(zhì)的要求。圖1煤制甲醇工藝流程簡圖通常情況下，在甲醇精餾過程中，由于粗甲醇含有大量的有機(jī)雜質(zhì)（醇、醚、醛等）、還原性雜質(zhì)（異丁醛、甲酸等）、水、金屬等[1]。因此，對甲醇精餾技術(shù)具有較高要求，需要企業(yè)以及相關(guān)工作人員在實踐操作中能夠加強(qiáng)甲醇精餾控制，將影響甲醇品質(zhì)的雜質(zhì)從粗甲醇中科學(xué)分離。基于煤化工業(yè)自動化水平、現(xiàn)代化水平、智能化水平的不斷提升，各類先進(jìn)設(shè)備、技術(shù)廣泛應(yīng)用到甲醇生產(chǎn)工藝優(yōu)化、管控中，過程模擬與仿真則是典型代表。就甲醇精餾而言，過程模擬與仿真能夠借助計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、視頻顯示技術(shù)等，構(gòu)建甲醇精餾工藝流程數(shù)據(jù)模型，通過數(shù)據(jù)模型求解探尋最優(yōu)工藝參數(shù)與生產(chǎn)工藝運(yùn)行風(fēng)險，從而在為甲醇精餾工藝流程優(yōu)化、甲醇精餾工藝風(fēng)險防控、甲醇精餾工藝技術(shù)培訓(xùn)等工作的組織開展提供信息與技術(shù)支持，推動甲醇生產(chǎn)科學(xué)化、大型化、自動化、系統(tǒng)化發(fā)展。

2.大型煤化工甲醇精餾過程模擬與仿真系統(tǒng)的構(gòu)建

在大型煤化工甲醇精餾過程模擬與仿真系統(tǒng)構(gòu)建過程中，為保證系統(tǒng)構(gòu)建的準(zhǔn)確與科學(xué)，促進(jìn)過程模擬與仿真作用的有效發(fā)揮，需做好如下工作。(1)準(zhǔn)確掌握甲醇精餾工藝流程在甲醇精餾過程中，甲醇雙塔精餾、甲醇三塔精餾與甲醇四塔精餾是較為常見的幾種工藝流程。其中甲醇雙塔精餾工藝流程相對簡單，通過第一塔輕組分雜質(zhì)去除與第二塔重餾分雜質(zhì)去除，獲得精制甲醇。該工藝流程具有建設(shè)周期短、資金投入少、能源消耗大、甲醇產(chǎn)品純度低等特征，多用于小規(guī)模甲醇生產(chǎn)精餾中，在大型煤化工甲醇精餾中的實用性不強(qiáng)。甲醇三塔精餾工藝流程在甲醇雙塔精餾工藝流程的基礎(chǔ)上增加了一個加壓精餾塔，能夠充分利用甲醇蒸汽熱量進(jìn)行精餾，實現(xiàn)甲醇精餾能耗的節(jié)約。但在實踐過程中，如果常壓精餾塔塔頂產(chǎn)品控制不到位，則將降低甲醇純度，制約甲醇精餾質(zhì)量的提升。與此同時，也要加強(qiáng)塔釜廢水指標(biāo)控制。因此，在大型煤化工甲醇精餾中，三塔精餾操作難度相對較大，綜合效益并不顯著。而甲醇四塔精餾則可有效改善甲醇雙塔精餾與甲醇三塔精餾工藝流程不足，在預(yù)精餾塔、加壓精餾塔、常壓精餾塔、回收塔共同作用下達(dá)到提升甲醇精餾質(zhì)量與效率，滿足節(jié)能降耗生產(chǎn)需求。在本次研究中，主要對甲醇四塔精餾工藝流程進(jìn)行模擬，構(gòu)建相應(yīng)仿真系統(tǒng)。(2)立足工藝流程進(jìn)行穩(wěn)態(tài)模擬在甲醇精餾工藝流程模擬過程中，設(shè)計選用AspenPlus大型流程模擬軟件（具有豐富物性數(shù)據(jù)庫，包括燃料數(shù)據(jù)庫、固體數(shù)據(jù)庫、無機(jī)物數(shù)據(jù)庫、電解質(zhì)水溶液數(shù)據(jù)庫等，能夠滿足煤化、石化等工業(yè)制造企業(yè)多數(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程模擬需求；具有多樣化單元操作模塊，可有效滿足數(shù)據(jù)模型構(gòu)建要求；具備高集成能力與高分析能力，可準(zhǔn)確、快速找到合理模擬參數(shù)，為工藝流程最優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)；支持序貫算法與聯(lián)立方程算法，可有效提升大型工藝流程計算準(zhǔn)確性、時效性，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，進(jìn)行穩(wěn)態(tài)模擬。①根據(jù)煤制甲醇生產(chǎn)過程中粗甲醇組成成分，進(jìn)行物性方法科學(xué)選擇。在本次研究中確定物性方法主要為UNIFAC（UniversalQuasi-ChemicalFunctionalGroupActivityCoeffient，通用基團(tuán)活度系數(shù)模型）、UNIQUAC（UniversalQuasi–ChemicalModel，通用準(zhǔn)化學(xué)模型）、NRTL（Non-RandomTwoLiquids，局部雙流體模型）等。②根據(jù)甲醇四塔精餾工藝流程，結(jié)合甲流精餾過程模擬本質(zhì)要求，進(jìn)行模塊科學(xué)選擇。由于甲流精餾過程中塔設(shè)備操作是基礎(chǔ)操作，也是核心操作。對此，為簡化模擬文件，提升模擬計算與分析速度，確定穩(wěn)態(tài)模擬模塊主要為精餾塔模塊（RadFrac）、換熱器模塊（Heater）、閃蒸模塊（Flash2）等。③有針對性運(yùn)行工藝流程模擬，并根據(jù)模擬運(yùn)行結(jié)果探尋甲醇四塔精餾過程中存在的不足，為工藝流程改進(jìn)與調(diào)整提供信息依據(jù)[2]。以甲醇精餾回收塔為研究對象，對其常壓操作下運(yùn)行情況進(jìn)行模擬分析，得出如表1所示回收塔物流模擬結(jié)果（部分）。(3)基于穩(wěn)態(tài)模擬搭建仿真系統(tǒng)①系統(tǒng)設(shè)計思路大型煤化工甲醇精餾仿真系統(tǒng)的開發(fā)目的在于：提高甲醇精餾過程模擬準(zhǔn)確度，為甲醇精餾實踐操作提供有益指導(dǎo)，便于工藝流程模擬在甲醇生產(chǎn)中的推廣與應(yīng)用。因此，在仿真系統(tǒng)開發(fā)過程中，以AspenPlus穩(wěn)態(tài)模擬文件為仿真系統(tǒng)地層模型，在以人為本理念、科學(xué)創(chuàng)新理念等指導(dǎo)下設(shè)計了友好型交互仿真界面。②系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析大型煤化工甲醇精餾仿真系統(tǒng)主要由AspenPlus模擬文件、VB接口程序與仿真界面三部分構(gòu)成。其中AspenPlus模擬文件位于系統(tǒng)底層，用以向系統(tǒng)提供甲醇精餾過程機(jī)理模型；VB接口程序?qū)⒎抡娼缑媾c底層模型進(jìn)行科學(xué)連接，滿足數(shù)據(jù)傳輸與利用需求；仿真界面為人機(jī)交互界面，用于數(shù)據(jù)信息顯示、設(shè)置、調(diào)整、管理與利用。③系統(tǒng)開發(fā)核心技術(shù)仿真系統(tǒng)功能的實現(xiàn)離不開技術(shù)支撐。就本文所研究的系統(tǒng)而言，應(yīng)用到的核心技術(shù)主要有以下幾種：A.自動化技術(shù)，包括自動化服務(wù)器技術(shù)與自動化控制器技術(shù)。自動化服務(wù)器是ActiveX組件系統(tǒng)中的重要組成部分，受應(yīng)用程序編程影響，能夠為仿真系統(tǒng)軟件構(gòu)件通信提供平臺，并在通信接口支持下，進(jìn)行輸入數(shù)據(jù)、輸出數(shù)據(jù)的有效傳遞。自動化控制器是自動化服務(wù)器中的重要應(yīng)用程度，大型煤化工甲醇精餾仿真系統(tǒng)中所應(yīng)用到的自動化控制器為VisualBasic，可向自動化服務(wù)器提供對象。B.自動化控制器與自動化服務(wù)器鏈接技術(shù)。在仿真系統(tǒng)開發(fā)過程中進(jìn)行接口程序編寫時，需自動化控制器（VisualBasic）中配置AspenPlus類型庫引用，便于在對象瀏覽器中準(zhǔn)確查找自動化服務(wù)器提供的對象，實現(xiàn)自動化控制器與自動化服務(wù)器有效鏈接。C.接口程序編寫技術(shù)。接口程序是實現(xiàn)仿真界面與AspenPlus底層模型互通互聯(lián)的核心要素。其編寫質(zhì)量直接關(guān)系系統(tǒng)整體運(yùn)行穩(wěn)定性、合理性。對此，應(yīng)科學(xué)運(yùn)用接口程序編寫技術(shù)進(jìn)行接口程序編寫。例如，要想在仿真界面文本框（Text1）中進(jìn)行精餾塔模塊輸入變量的更改，需編寫“Simulation.Tree.FindNode（‘\Data\Blocks\精餾塔模塊名稱\Input\輸入變量’）Value=Text1.Text”接口程序來實現(xiàn)。

3.結(jié)論

總而言之，大型煤化工甲醇精餾過程模擬與仿真系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用是推動甲醇生產(chǎn)科學(xué)化、自動化、智能化、環(huán)保化、系統(tǒng)化發(fā)展的重要手段。我們在明確認(rèn)知其作用與需求的基礎(chǔ)上，應(yīng)提高對甲醇精餾過程模擬與仿真的重視程度，能夠在“科技驅(qū)動一切創(chuàng)新發(fā)展”理念指導(dǎo)下，不斷探索模擬與仿真策略，以便進(jìn)一步提升系統(tǒng)應(yīng)用科學(xué)性、有效性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李少波,宋兵兵.基于DCS的甲醇精餾控制方案的分析與實現(xiàn)[J].化工管理,2019(11):167-169.

[2]張秋利,羅敏,李鳳英.甲醇合成反應(yīng)過程的模擬與優(yōu)化[J].天然氣化工(C1化學(xué)與化工),2019,44(01):95-100.

[3]周凱,侯國安,馬少寧.基于Aspenplus對甲醇精制工段的模擬與優(yōu)化[J].山東化工,2017,46(22):114-118+122.

作者:張先春 單位:兗礦國宏化工有限責(zé)任公司