焦炉煤气作为钢铁工业生产焦炭的重要副产物,具有很高的利用价值,但只有20%的焦炉煤气会被用作燃料,其余以火炬的形式直接排放到空气中,造成了大量资源浪费。焦炉煤气的有效利用不仅可以提高钢铁行业的能源效率,还可以防止CO₂、CH₄等有害温室气体的排放,对推进资源节约型和环境友好型社会的建设起到积极作用。甲醇是一种重要的化工原料,也是一种很有前途的高辛烷值清洁燃料。和制取其他产品相比较,利用焦炉煤气合成甲醇具有投资小、能耗低、经济效益好等特点。采用流程模拟方法对转化前后补碳工艺进行研究,发现转化前补碳工艺所得合成气的氢碳比更适用于合成甲醇。进而考察不同操作条件对转化前补碳工艺的影响,其计算结果表明甲烷转化工段的最优操作条件为:补碳量为125 kmol/h、氧气量为240 kmol/h、水蒸气量为650 kmol/h、反应温度为900℃、压力为23 bar;甲醇合成工段的最优操作条件为:补碳量为125 kmol/h、反应温度为230℃、压力为60 bar、循环比为1.67、合成气中惰性气体含量为2.9%、水冷器出口温度为40℃。在甲醇合成工段,由于副反应的存在导致提纯工艺变得更复杂。因此本文考虑二甲醚、正丁醇和乙醇等副产物的存在,采用简捷法对精馏塔进行了设计,基于设计结果采用严格精馏模型对存在副产物的复杂体系进行分离研究,计算结果与实际现场值的误差小于5%,说明所设计的精馏过程是可靠的。由于焦炉煤气合成甲醇过程中既有强放热反应存在,又有需要热量的精馏塔存在,因此本文基于夹点技术对焦炉煤气合成甲醇过程的能量进行了优化。采用Aspen系列软件,通过总费用-最小传热温差关系研究发现最小传热温差为11℃;通过温-焓关系研究表明冷、热夹点温度分别为127.1、138.1℃;通过Aspen Energy Analyzer软件对焦炉煤气合成甲醇体系的换热网络进行优化,冷、热公用工程消耗量分别节约了12.55 MW和17.24 MW。本论文采用Aspen系列软件对焦炉煤气合成甲醇转化、合成和精馏工段进行了设计和分析,进而基于夹点技术对焦炉煤气合成甲醇进行了热量集成优化,本方法能够为实际工厂降低能耗等提供技术支撑。