2011年4月第34卷第2期
Large Scale Nitrogenous Fertilizer Industry
Apr.2011Vol.34No.2
用Aspen Plus 优化甲醇水分离塔操作
姬加良
（神华煤制油有限公司包头煤化工分公司，内蒙古包头014010）
摘要：应用Aspen Plus 工程软件对低温甲醇洗装置的甲醇水分离塔进行模拟，并与设计工艺包进行对比。对塔顶回流甲醇在不同含水量下的工况进行优化，将优化数据与该塔实际运行结果进行比较，为生产操作提供数据指导。
关键词：模拟
回流
优化
1流程简介
该甲醇水分离塔为低温甲醇洗装置降低系统
T105选择Aspen Plus 软件提供的Clumns ／Rad-frac ／STRTP2模块。热力学模型选用PRWS ［1］。塔的进料条件如表1、表2所示。
表2
流股
水含量及降低外排废水中的甲醇含量所设计。甲醇水分离塔的流程简图见图
1。
甲醇水分离塔进料组成
H 2O 0.5441.050.04
CO 208.750.09
CO 00.290
摩尔分数，％
H 200.210
H 2S 00.350
CH 3OH 99.4649.3599.87
F1F2F3
2．2模拟结果与设计值的比较
表3
流股
甲醇水分离塔模拟结果
L
模拟值
工艺包
摩尔分数，％
W
模拟值
工艺包
板式甲醇水分离塔（T105）共54块塔板，塔底采用再沸器加热，塔顶甲醇蒸气直接送往甲醇再生塔。而水作为废水排出，送往污水处理系统。3股进料中F1进料为甲醇水分离塔的塔顶回流甲醇，由系统再生后的贫甲醇直接提供。F2进料为低温甲醇洗的喷淋甲醇，内含少量水及工艺气体。进料位置设在第24块塔板上。F3进料来自尾气洗涤塔的废水，进料位置设在第9块塔板上。
CH 3OH H 2O CO 2CO H 2H 2S 温度／℃
摩尔流量／kmol ·h －1
97.160.212.410.090.050.0997.09373.75
97.150.222.410.080.060.0997.2374.2
0.0399.970000136.8709.57
0.0199.990000139.9709.6
采用PRWS 热力学方法对甲醇水分离塔的模
2甲醇水分离塔模拟及结果分析
2．1模型的建立
表1
甲醇水分离塔进料条件
拟结果如表3所示。
通过表3结果可以看出，用PRWS 计算得到的结果与工艺包数据吻合较好，各组分的组成、温
收稿日期：2010-08-22；收到修改稿日期：2011-02-14。作者简介：姬加良
，男，1982年出生，助理工程师，2006年延安大学化学工程与工艺专业毕业，现在神华煤制油有限公司包头煤化工分公司甲醇中心工作。联系电话：[1**********]；E-mail ：jjl -
在甲醇水分离塔的模拟工艺流程中，模块
第2期姬加良. 用Aspen Plus 优化甲醇水分离塔操作
度、流量和工艺包的误差都符合要求。并且塔底废水中的甲醇含量能够满足分离要求：CH 3OH 摩尔分数不大于0．5％。
别大于等于305．6，297．6，289．5kmol／h 时，废水中的甲醇含量就出现超标现象。即CH 3OH 摩尔分数大于0．5％。
从而以该模拟结果为指导，当系统甲醇中的水摩尔含量为5％左右时，保持甲醇水分离塔的温度梯度稳定并温度正常的前提下，逐渐改变塔顶回流量，对塔底废水中甲醇含量进行手动分析。当回流量为297．6kmol ／h 时，塔底废水中的甲醇摩尔含量的分析结果为0．45％左右，与模拟结果的差别较小。并且对几种不同水含量的情况进行核对，实际运行结果与模拟结果基本吻合，说明该模拟结果对实际生产操作具有指导意义。
3甲醇水分离塔不同回流情况及参数优化3．1问题提出
低温甲醇洗装置在原始开车或大检修后的开车中，常常会出现系统甲醇中的水含量过高而影响净化效果的情况。这时，甲醇水分离塔必须在较高塔顶回流的负荷下运行才能较快的降低系统中的水含量。但在加大回流的同时，塔底废水中的甲醇含量很容易超标。这对于甲醇水分离塔来说是个很大的操作难题。因此，既要较快的降低系统中的水含量，而且要保证废水中的甲醇不超标是个有待解决的问题。
4结论
1）用Aspen Plus 软件的PRWS 热力学模型对
甲醇水分离塔的原始设计工况进行模拟，模拟结果与原始设计数据非常接近，验证了所选模型的可靠性。
3．2操作参数优化
在低温甲醇洗原始设计工艺包中，要求系统
甲醇中的水摩尔含量小于1％。如果水含量过高，就对甲醇脱除酸性气的经济性有一定的影响。现基于以上建立的模型，应用Aspen Plus 中的灵敏度分析工具［2］，选择系统甲醇3种不同的摩尔含水量，即1％，5％，8％。在甲醇水分离塔其他进料条件不变的前提下，确定出使废水中的甲醇不超标的最大塔顶回流量
。3种不同的模拟结果见图2。
2）应用Aspen Plus 软件的灵敏度分析工具对甲醇水分离塔塔顶回流甲醇的含水量选择3种不
同的工况进行分析，总结出各个工况下使得塔底废水中甲醇超标的最大回流量，并通过实际生产证明了其可靠性。
3）该模拟方法对甲醇水分离塔的模拟与实际
生产操作非常吻合。因此，可以通过该模型对低温甲醇洗系统不同含水量的工况进行模拟，从而对甲醇水分离塔的操作进行优化，使其最快的达到最佳经济运行效果。解决了甲醇水分离塔在改变进料条件下的“盲”操作弊端，对整个化工生产的节能降耗具有较大的指导意义。
参考文献
［1］
赵黎明．低温甲醇洗流程模拟及塔内结构三维可视化设计系统研究［D ］．天津：天津大学学位论文，2008．
通过以上3个模拟结果可以看出，当系统水摩尔含量分别为1％，5％，8％，塔顶回流甲醇量分
［2］徐亦方（编译）．Aspen Plus 操作实验教程［M ］．北京：石油工业出版社，l998：48－60．
94
2011年第34卷
NH 3／CO 2。
3．2停车期间系统H 2O ／CO 2控制
从设备腐蚀的影响因素知道，系统H 2O ／CO 2
愈高，介质对设备腐蚀性愈强。因此，停车期间应尽量减少系统水量，以降低系统H 2O ／CO 2。在操作中注意两个方面：①如果是计划停车，可以适当减少系统的加水量，从而达到降低系统H 2O ／CO 2目的；②设备和管道冲洗时停车，应尽量减少冲洗时间和冲洗频率，以减少封塔期间系统外加水量。
停车前系统NH 3／CO 2控制正常，此时，封塔时间可以不超过24h 为宜；③如果计划停车，停车前2～3
h 内，已逐渐将系统NH 3／CO 2控制在3．7～4．0、加空气量控制在指标上限3．5％，将H 2O ／CO 2控制在指
标下限运行，停车封塔时再保持向系统多送一定时间氨，这种情况下系统封塔一般可保持48h 左右；④因断钝化空气停车，一般不宜封塔，应立即作排塔处理，查明原因后重新升温钝化开车；⑤运行中设备已出现不明原因的严重腐蚀，这种情况下停车时高压系统不宜封塔。
3．3封塔时间的确定
每次停车时系统所处的状况不同，停车后最
长封塔时间应不尽相同。每次停车后最长封塔时间要根据停车时的具体情况确定比较科学，一般从12～48h 不等。具体情况如下：①系统因断氨而出现紧急停车，若停车前系统NH 3／CO 2一直控制在指标下限3．2左右运行，停车时又不能向系统多加氨，这种状况下封塔时间一般不宜超过12h ；②紧急停车，若封塔时可以向系统加入一定量氨，且
4结束语
高压设备是尿素生产的关键设备，只有充分
认识和掌握尿素合成塔的腐蚀规律和影响因素，才能减缓或避免一些不必要的腐蚀情况发生。工艺操作人员也只有在充分认识影响尿素合成塔的腐蚀因素之后，在正常生产和停车处理中才能避免盲目操作，杜绝设备严重腐蚀现象的发生。
CORROSION AND PROTECTION OF HP EQUIPMENT IN UREA
PLANT WITH AMMONIA STRIPPING
Wang Bin ，Li Changxi ，Han Yan
（Fertilizer Dept．of Zhongyuan Dahua Co．of Henan Coal and Chemical Group ，Puyang 457000）
Abstract ：The structural feature of HP equipment in urea plant with ammonia stripping is introduced ，
the cause for equipment corrosion and corrosion characteristics ，the factors affecting the corrosion are analyzed and corresponding preventive measures and precautions proposed．
Key words ：urea ；HP equipment ；corrosion ；prevention
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
（上接第85页）
ware for comparison with PDP ；to optimize the working condition for the top methanol reflux under different water content and to compare the optimized data with the actual running outcome in the tower for proving data guidance to production operation．
Key words ：simulation ；reflux ；optimization
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
（上接第91页）
（Xinjiang Fukang Hongji Coking Co．，Ltd．，Fukang 831300）
Abstract ：The retrofit of Rectisol system in ammonia plant is introduced ；some comments are raised
aiming at the problems appeared in production and better effect obtained with corresponding measures taken．
Key words ：Rectisol system ；retrofit ；temperature difference at cold end ；ultra－filter；pre－washtower ；
de－foamtray
2011年4月第34卷第2期
Large Scale Nitrogenous Fertilizer Industry
Apr.2011Vol.34No.2
用Aspen Plus 优化甲醇水分离塔操作
姬加良
（神华煤制油有限公司包头煤化工分公司，内蒙古包头014010）
摘要：应用Aspen Plus 工程软件对低温甲醇洗装置的甲醇水分离塔进行模拟，并与设计工艺包进行对比。对塔顶回流甲醇在不同含水量下的工况进行优化，将优化数据与该塔实际运行结果进行比较，为生产操作提供数据指导。
关键词：模拟
回流
优化
1流程简介
该甲醇水分离塔为低温甲醇洗装置降低系统
T105选择Aspen Plus 软件提供的Clumns ／Rad-frac ／STRTP2模块。热力学模型选用PRWS ［1］。塔的进料条件如表1、表2所示。
表2
流股
水含量及降低外排废水中的甲醇含量所设计。甲醇水分离塔的流程简图见图
1。
甲醇水分离塔进料组成
H 2O 0.5441.050.04
CO 208.750.09
CO 00.290
摩尔分数，％
H 200.210
H 2S 00.350
CH 3OH 99.4649.3599.87
F1F2F3
2．2模拟结果与设计值的比较
表3
流股
甲醇水分离塔模拟结果
L
模拟值
工艺包
摩尔分数，％
W
模拟值
工艺包
板式甲醇水分离塔（T105）共54块塔板，塔底采用再沸器加热，塔顶甲醇蒸气直接送往甲醇再生塔。而水作为废水排出，送往污水处理系统。3股进料中F1进料为甲醇水分离塔的塔顶回流甲醇，由系统再生后的贫甲醇直接提供。F2进料为低温甲醇洗的喷淋甲醇，内含少量水及工艺气体。进料位置设在第24块塔板上。F3进料来自尾气洗涤塔的废水，进料位置设在第9块塔板上。
CH 3OH H 2O CO 2CO H 2H 2S 温度／℃
摩尔流量／kmol ·h －1
97.160.212.410.090.050.0997.09373.75
97.150.222.410.080.060.0997.2374.2
0.0399.970000136.8709.57
0.0199.990000139.9709.6
采用PRWS 热力学方法对甲醇水分离塔的模
2甲醇水分离塔模拟及结果分析
2．1模型的建立
表1
甲醇水分离塔进料条件
拟结果如表3所示。
通过表3结果可以看出，用PRWS 计算得到的结果与工艺包数据吻合较好，各组分的组成、温
收稿日期：2010-08-22；收到修改稿日期：2011-02-14。作者简介：姬加良
，男，1982年出生，助理工程师，2006年延安大学化学工程与工艺专业毕业，现在神华煤制油有限公司包头煤化工分公司甲醇中心工作。联系电话：[1**********]；E-mail ：jjl -
在甲醇水分离塔的模拟工艺流程中，模块
第2期姬加良. 用Aspen Plus 优化甲醇水分离塔操作
度、流量和工艺包的误差都符合要求。并且塔底废水中的甲醇含量能够满足分离要求：CH 3OH 摩尔分数不大于0．5％。
别大于等于305．6，297．6，289．5kmol／h 时，废水中的甲醇含量就出现超标现象。即CH 3OH 摩尔分数大于0．5％。
从而以该模拟结果为指导，当系统甲醇中的水摩尔含量为5％左右时，保持甲醇水分离塔的温度梯度稳定并温度正常的前提下，逐渐改变塔顶回流量，对塔底废水中甲醇含量进行手动分析。当回流量为297．6kmol ／h 时，塔底废水中的甲醇摩尔含量的分析结果为0．45％左右，与模拟结果的差别较小。并且对几种不同水含量的情况进行核对，实际运行结果与模拟结果基本吻合，说明该模拟结果对实际生产操作具有指导意义。
3甲醇水分离塔不同回流情况及参数优化3．1问题提出
低温甲醇洗装置在原始开车或大检修后的开车中，常常会出现系统甲醇中的水含量过高而影响净化效果的情况。这时，甲醇水分离塔必须在较高塔顶回流的负荷下运行才能较快的降低系统中的水含量。但在加大回流的同时，塔底废水中的甲醇含量很容易超标。这对于甲醇水分离塔来说是个很大的操作难题。因此，既要较快的降低系统中的水含量，而且要保证废水中的甲醇不超标是个有待解决的问题。
4结论
1）用Aspen Plus 软件的PRWS 热力学模型对
甲醇水分离塔的原始设计工况进行模拟，模拟结果与原始设计数据非常接近，验证了所选模型的可靠性。
3．2操作参数优化
在低温甲醇洗原始设计工艺包中，要求系统
甲醇中的水摩尔含量小于1％。如果水含量过高，就对甲醇脱除酸性气的经济性有一定的影响。现基于以上建立的模型，应用Aspen Plus 中的灵敏度分析工具［2］，选择系统甲醇3种不同的摩尔含水量，即1％，5％，8％。在甲醇水分离塔其他进料条件不变的前提下，确定出使废水中的甲醇不超标的最大塔顶回流量
。3种不同的模拟结果见图2。
2）应用Aspen Plus 软件的灵敏度分析工具对甲醇水分离塔塔顶回流甲醇的含水量选择3种不
同的工况进行分析，总结出各个工况下使得塔底废水中甲醇超标的最大回流量，并通过实际生产证明了其可靠性。
3）该模拟方法对甲醇水分离塔的模拟与实际
生产操作非常吻合。因此，可以通过该模型对低温甲醇洗系统不同含水量的工况进行模拟，从而对甲醇水分离塔的操作进行优化，使其最快的达到最佳经济运行效果。解决了甲醇水分离塔在改变进料条件下的“盲”操作弊端，对整个化工生产的节能降耗具有较大的指导意义。
参考文献
［1］
赵黎明．低温甲醇洗流程模拟及塔内结构三维可视化设计系统研究［D ］．天津：天津大学学位论文，2008．
通过以上3个模拟结果可以看出，当系统水摩尔含量分别为1％，5％，8％，塔顶回流甲醇量分
［2］徐亦方（编译）．Aspen Plus 操作实验教程［M ］．北京：石油工业出版社，l998：48－60．
94
2011年第34卷
NH 3／CO 2。
3．2停车期间系统H 2O ／CO 2控制
从设备腐蚀的影响因素知道，系统H 2O ／CO 2
愈高，介质对设备腐蚀性愈强。因此，停车期间应尽量减少系统水量，以降低系统H 2O ／CO 2。在操作中注意两个方面：①如果是计划停车，可以适当减少系统的加水量，从而达到降低系统H 2O ／CO 2目的；②设备和管道冲洗时停车，应尽量减少冲洗时间和冲洗频率，以减少封塔期间系统外加水量。
停车前系统NH 3／CO 2控制正常，此时，封塔时间可以不超过24h 为宜；③如果计划停车，停车前2～3
h 内，已逐渐将系统NH 3／CO 2控制在3．7～4．0、加空气量控制在指标上限3．5％，将H 2O ／CO 2控制在指
标下限运行，停车封塔时再保持向系统多送一定时间氨，这种情况下系统封塔一般可保持48h 左右；④因断钝化空气停车，一般不宜封塔，应立即作排塔处理，查明原因后重新升温钝化开车；⑤运行中设备已出现不明原因的严重腐蚀，这种情况下停车时高压系统不宜封塔。
3．3封塔时间的确定
每次停车时系统所处的状况不同，停车后最
长封塔时间应不尽相同。每次停车后最长封塔时间要根据停车时的具体情况确定比较科学，一般从12～48h 不等。具体情况如下：①系统因断氨而出现紧急停车，若停车前系统NH 3／CO 2一直控制在指标下限3．2左右运行，停车时又不能向系统多加氨，这种状况下封塔时间一般不宜超过12h ；②紧急停车，若封塔时可以向系统加入一定量氨，且
4结束语
高压设备是尿素生产的关键设备，只有充分
认识和掌握尿素合成塔的腐蚀规律和影响因素，才能减缓或避免一些不必要的腐蚀情况发生。工艺操作人员也只有在充分认识影响尿素合成塔的腐蚀因素之后，在正常生产和停车处理中才能避免盲目操作，杜绝设备严重腐蚀现象的发生。
CORROSION AND PROTECTION OF HP EQUIPMENT IN UREA
PLANT WITH AMMONIA STRIPPING
Wang Bin ，Li Changxi ，Han Yan
（Fertilizer Dept．of Zhongyuan Dahua Co．of Henan Coal and Chemical Group ，Puyang 457000）
Abstract ：The structural feature of HP equipment in urea plant with ammonia stripping is introduced ，
the cause for equipment corrosion and corrosion characteristics ，the factors affecting the corrosion are analyzed and corresponding preventive measures and precautions proposed．
Key words ：urea ；HP equipment ；corrosion ；prevention
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
（上接第85页）
ware for comparison with PDP ；to optimize the working condition for the top methanol reflux under different water content and to compare the optimized data with the actual running outcome in the tower for proving data guidance to production operation．
Key words ：simulation ；reflux ；optimization
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
（上接第91页）
（Xinjiang Fukang Hongji Coking Co．，Ltd．，Fukang 831300）
Abstract ：The retrofit of Rectisol system in ammonia plant is introduced ；some comments are raised
aiming at the problems appeared in production and better effect obtained with corresponding measures taken．
Key words ：Rectisol system ；retrofit ；temperature difference at cold end ；ultra－filter；pre－washtower ；
de－foamtray