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【摘要】作为一种非常常见的有机化工燃料，甲醇同时也是一种非常有发展前景的新型能源燃料。甲醇的合成以及精馏单元的热集成是非常关键的，换热网络优化设计中的新方法夹点技术是一种有效的优化措施，对于甲醇合成以及精馏单元进行分析，对其中不合理之处进行探讨，将甲醇与精馏两个单元作为一个系统整体加以考虑，提出换热网络的优化方案。
【关键词】甲醇合成；精馏单元；热集成；夹点技术
1、前言
作为一种非常有发展前景的有机化工原料与新型能源燃料，甲醇在化工、轻工以及清洁能源领域都有着非常高的地位。作为一种附加价值较低的化工产品，甲醇的成本较低是其竞争的核心，也是许多甲醇生产企业的主要经营策略。生产甲醇的过程中对于甲醇的生产成本的影响是最大的，随着近年来资源的消耗量逐渐加大，资源的贫乏以及环境的污染都促使人们不断反思节能减排的重要性。因此研究甲醇的节能降耗是非常具有经济与社会效益的，当前寻找各种可以降低甲醇生产能耗的方法是各个甲醇生产企业的主要目标，并且在这方面取得了不俗的成效。在化工过程中系统用能的一个重要手段是热集成，但是这项技术在甲醇工业中的应用却鲜为人知，作为目前应用最为广泛的热集成技术，夹点技术通过系统工程与热力学原理的有机结合，优化配置工程系统中的能量，提高系统的能量利用率，从而有效的降低了能耗。
2、甲醇合成以及精馏单元的物流数据
2.1甲醇合成及精馏单元概述
对于系统能量采用热集成技术加以优化，如果选取较大的系统，那么单元就会相应的增多，并且可以显著的提高节能效果。但是对于各个单元进行热集成会受到各个单元之间的距离的影响与制约，因此要想取得预期的效果就必须提高节能优化方案的可操作性，甲醇精馏与合成是两个在装置距离上较近的且具有上下游关系的工艺流程，这两个单元作为一个系统来进行热集成分析。如果是低压甲醇合成，那么进入甲醇合成装置中的原料气与循环气混合成甲醇合成如塔气，被甲醇合成出塔气预热后进入甲醇合成反应器，甲醇合成出塔气经循环水冷却器降温至40℃后进入甲醇闪蒸罐，气相排放部分弛放气后加压循环。
2.2甲醇合成及精馏单元的物流数据
针对甲醇合成以及精馏工艺进行分析，对于系统中参与换热的主要流股的物流数据进行提取，可以找出若干构造换热网络的热物流与冷物流。来自预精馏塔与加压塔的蒸汽冷凝液经过脱盐水站会被冷却至常温，并且可以大量吸收热量，如果没有合理利用这些热量的话就会使得循环冷却水的大量消耗，将蒸汽冷凝液作为工艺流股来处理时夹点分析的关键，冷公用工程为循环冷却水是甲醇合成以及精馏单元的重点，低压蒸汽为其热公用工程。
3、夹点分析
3.1单独的夹点分析
热回收量会受到最小传热温差的影响，在夹点分析中根据不同设备的投资大小，文章将最小换热温差取值为10度，处理甲醇精馏单元的物流数据采用夹点技术。一般来说83.6度是甲醇精馏单元热物流的夹点温度，而冷物流的夹点温度为73.6度，现有的甲醇精馏单元的换热网络在理论上的公用工程的节能潜力为5634KW，约占现行甲醇精馏单元热公共工程量的16.1%，冷与热两股物流构成甲醇合成单元，冷公用工程被消耗，无序消耗热公用工程，这就涉及阈值问题。在合成甲醇单元时应当注意冷却水对于热量的流失效果，将工艺物流中的热量尽量回收。换热网络结构在甲醇合成单元中较为简单，无法通过物流重新匹配来进行节能，但是要想对甲醇合成单元冷公用工程的耗量进行降低，就必须与其他单元或副产蒸汽进行富余热量外供给，甲醇精馏单元吸收了富余热量后就可以替代部分热公用工程。
3.2以两个单元为系统的夹点计算
对于甲醇合成及精馏两个单元的物流数据作为一个系统采用夹点方法进行分析，热物流与冷物流的夹点温度仍然不变，与当前的热交换网络相对，其节能潜力较大，并且在交换热网络公用工程量中所占的比例較大。与单独的夹点分析相比较，将两者作为一个系统进行分析可以有效的提高节能空间。
3.3以两个单元为系统的夹点分析
为了最大限度的达到节能效果，一般应当根据以下三个原则来设计夹点方法：首先，冷公用工程不得引入夹点之上，其次热公用工程不得引入夹点之下，最后不应存在跨越夹点的换热。根据相关计算可知，一般在甲醇合成及精馏系统中存在以下不合理之处：入塔合成气初始温度没有高于夹点，甲醇合成塔中的初始与末端都采用高于夹点温度的出塔合成气进行加热。出塔合成气的热量被浪费，没有得到高效利用。入塔与出塔合成气交换热后温度比夹点高，但是冷却时却采用循环冷却水，夹点温度虽然比齐温度高，但是该股流量很大，再加上甲醇冷凝的大量潜热，所有这部分能量不能被有效吸收。精甲醇产品在热物流中加压塔内的温度高于100度，采用循环冷却水进行处理有不适当之处。
在遵循夹点设计的三大原则基础上，通过多种换热匹配可以合理的改变这些不合理的物流，使得公用工程量达到最小，由于能量严格禁止穿越夹点，因此在实际应用过程中会产生流股分割与多换热器的增加，使得工艺更加复杂，成本更高，有效的维持换热流股间最小换热温差的同时应当尽可能简化流程，使得各项设备费用与操作费用都能得到有效控制。
为了有效的改善现有换热网络的状况，应当对甲醇合成和精馏单元进行优化，根据系统内的低品位热源将入塔合成气的温度提高，使得离开入塔气预热器的出塔合成气温度提高，有效的利用这部分出塔合成气替代热公用工程的部分热量，有效的进行节能。应当根据相关工艺的实际特点尽量使它们之间产生热交换，有效的减少公用工程的用量，设计出优化方案，具体的优化内容应当包括如下几个方面：蒸汽冷凝液通过加压塔进料预热器（E3）后，不去粗甲醇进料预热器（E4），而直接去加热甲醇回收塔再沸器（E5），然后去甲醇合成单元。
结语
作为一种非常有发展前景的有机化工原料与新型能源燃料，甲醇在化工、轻工以及清洁能源领域都有着非常高的地位。作为一种附加价值较低的化工产品，甲醇的成本较低是其竞争的核心，也是许多甲醇生产企业的主要经营策略。文章对于甲醇合成及精馏两个单元的单独及联合夹点进行分析，对其节能效果进行分析，对于系统中的不合理之处提出改善建议，希望能够实现工程的效益型与经济型。
参考文献
[1]杨琰，张智霖，向德成，黄汉初，郭天，吕志盛，洪健旭，邓亚丽，方立国.碳酸二甲酯的合成及换热网络的优化[J].广东化工，2010年09期
[2]叶鑫，吕建宁，丁干红，宫万福.甲醇热泵精馏新工艺[J].化工进展，2010年S2期
[3]黄汉初，黄昊来，董佳，郝子龙，王耿东，奚培博，谢清华.碳酸二甲酯的合成及换热网络的优化[J].化工设计，2010年04期
【关键词】甲醇合成；精馏单元；热集成；夹点技术
1、前言
作为一种非常有发展前景的有机化工原料与新型能源燃料，甲醇在化工、轻工以及清洁能源领域都有着非常高的地位。作为一种附加价值较低的化工产品，甲醇的成本较低是其竞争的核心，也是许多甲醇生产企业的主要经营策略。生产甲醇的过程中对于甲醇的生产成本的影响是最大的，随着近年来资源的消耗量逐渐加大，资源的贫乏以及环境的污染都促使人们不断反思节能减排的重要性。因此研究甲醇的节能降耗是非常具有经济与社会效益的，当前寻找各种可以降低甲醇生产能耗的方法是各个甲醇生产企业的主要目标，并且在这方面取得了不俗的成效。在化工过程中系统用能的一个重要手段是热集成，但是这项技术在甲醇工业中的应用却鲜为人知，作为目前应用最为广泛的热集成技术，夹点技术通过系统工程与热力学原理的有机结合，优化配置工程系统中的能量，提高系统的能量利用率，从而有效的降低了能耗。
2、甲醇合成以及精馏单元的物流数据
2.1甲醇合成及精馏单元概述
对于系统能量采用热集成技术加以优化，如果选取较大的系统，那么单元就会相应的增多，并且可以显著的提高节能效果。但是对于各个单元进行热集成会受到各个单元之间的距离的影响与制约，因此要想取得预期的效果就必须提高节能优化方案的可操作性，甲醇精馏与合成是两个在装置距离上较近的且具有上下游关系的工艺流程，这两个单元作为一个系统来进行热集成分析。如果是低压甲醇合成，那么进入甲醇合成装置中的原料气与循环气混合成甲醇合成如塔气，被甲醇合成出塔气预热后进入甲醇合成反应器，甲醇合成出塔气经循环水冷却器降温至40℃后进入甲醇闪蒸罐，气相排放部分弛放气后加压循环。
2.2甲醇合成及精馏单元的物流数据
针对甲醇合成以及精馏工艺进行分析，对于系统中参与换热的主要流股的物流数据进行提取，可以找出若干构造换热网络的热物流与冷物流。来自预精馏塔与加压塔的蒸汽冷凝液经过脱盐水站会被冷却至常温，并且可以大量吸收热量，如果没有合理利用这些热量的话就会使得循环冷却水的大量消耗，将蒸汽冷凝液作为工艺流股来处理时夹点分析的关键，冷公用工程为循环冷却水是甲醇合成以及精馏单元的重点，低压蒸汽为其热公用工程。
3、夹点分析
3.1单独的夹点分析
热回收量会受到最小传热温差的影响，在夹点分析中根据不同设备的投资大小，文章将最小换热温差取值为10度，处理甲醇精馏单元的物流数据采用夹点技术。一般来说83.6度是甲醇精馏单元热物流的夹点温度，而冷物流的夹点温度为73.6度，现有的甲醇精馏单元的换热网络在理论上的公用工程的节能潜力为5634KW，约占现行甲醇精馏单元热公共工程量的16.1%，冷与热两股物流构成甲醇合成单元，冷公用工程被消耗，无序消耗热公用工程，这就涉及阈值问题。在合成甲醇单元时应当注意冷却水对于热量的流失效果，将工艺物流中的热量尽量回收。换热网络结构在甲醇合成单元中较为简单，无法通过物流重新匹配来进行节能，但是要想对甲醇合成单元冷公用工程的耗量进行降低，就必须与其他单元或副产蒸汽进行富余热量外供给，甲醇精馏单元吸收了富余热量后就可以替代部分热公用工程。
3.2以两个单元为系统的夹点计算
对于甲醇合成及精馏两个单元的物流数据作为一个系统采用夹点方法进行分析，热物流与冷物流的夹点温度仍然不变，与当前的热交换网络相对，其节能潜力较大，并且在交换热网络公用工程量中所占的比例較大。与单独的夹点分析相比较，将两者作为一个系统进行分析可以有效的提高节能空间。
3.3以两个单元为系统的夹点分析
为了最大限度的达到节能效果，一般应当根据以下三个原则来设计夹点方法：首先，冷公用工程不得引入夹点之上，其次热公用工程不得引入夹点之下，最后不应存在跨越夹点的换热。根据相关计算可知，一般在甲醇合成及精馏系统中存在以下不合理之处：入塔合成气初始温度没有高于夹点，甲醇合成塔中的初始与末端都采用高于夹点温度的出塔合成气进行加热。出塔合成气的热量被浪费，没有得到高效利用。入塔与出塔合成气交换热后温度比夹点高，但是冷却时却采用循环冷却水，夹点温度虽然比齐温度高，但是该股流量很大，再加上甲醇冷凝的大量潜热，所有这部分能量不能被有效吸收。精甲醇产品在热物流中加压塔内的温度高于100度，采用循环冷却水进行处理有不适当之处。
在遵循夹点设计的三大原则基础上，通过多种换热匹配可以合理的改变这些不合理的物流，使得公用工程量达到最小，由于能量严格禁止穿越夹点，因此在实际应用过程中会产生流股分割与多换热器的增加，使得工艺更加复杂，成本更高，有效的维持换热流股间最小换热温差的同时应当尽可能简化流程，使得各项设备费用与操作费用都能得到有效控制。
为了有效的改善现有换热网络的状况，应当对甲醇合成和精馏单元进行优化，根据系统内的低品位热源将入塔合成气的温度提高，使得离开入塔气预热器的出塔合成气温度提高，有效的利用这部分出塔合成气替代热公用工程的部分热量，有效的进行节能。应当根据相关工艺的实际特点尽量使它们之间产生热交换，有效的减少公用工程的用量，设计出优化方案，具体的优化内容应当包括如下几个方面：蒸汽冷凝液通过加压塔进料预热器（E3）后，不去粗甲醇进料预热器（E4），而直接去加热甲醇回收塔再沸器（E5），然后去甲醇合成单元。
结语
作为一种非常有发展前景的有机化工原料与新型能源燃料，甲醇在化工、轻工以及清洁能源领域都有着非常高的地位。作为一种附加价值较低的化工产品，甲醇的成本较低是其竞争的核心，也是许多甲醇生产企业的主要经营策略。文章对于甲醇合成及精馏两个单元的单独及联合夹点进行分析，对其节能效果进行分析，对于系统中的不合理之处提出改善建议，希望能够实现工程的效益型与经济型。
参考文献
[1]杨琰，张智霖，向德成，黄汉初，郭天，吕志盛，洪健旭，邓亚丽，方立国.碳酸二甲酯的合成及换热网络的优化[J].广东化工，2010年09期
[2]叶鑫，吕建宁，丁干红，宫万福.甲醇热泵精馏新工艺[J].化工进展，2010年S2期
[3]黄汉初，黄昊来，董佳，郝子龙，王耿东，奚培博，谢清华.碳酸二甲酯的合成及换热网络的优化[J].化工设计，2010年04期