甲醇生产过程中甲醇计量问题探究

张本峰 乔 洁 吴 培 顾朝晖(河南心连心化肥有限公司 河南新乡453731)

河南心连心化肥有限公司(以下简称心连心公司)甲醇精馏过程中需要核算粗醇单耗、蒸汽单耗以及班产甲醇量，均以每班粗醇和精醇的产量为基础进行核算。由于此项核算仅属于甲醇精馏过程内部核算，如果使用高精度的质量流量计将大大提高精醇的生产成本。原采用记录甲醇贮槽内的体积变化来计算甲醇产量，采用固定密度值计算甲醇质量，但此种方法受贮槽内甲醇温度的影响较大，使最终的核算结果误差较大。此次改进主要解决甲醇计量受温度的影响，寻找一种较为简单且成本最低的计算方法。

1 软件模拟

利用Aspen软件模拟出温度在4～35 ℃范围内所对应的甲醇密度(表1)，其中甲醇质量分数为100%。

由表1数据分析可知：甲醇密度随温度的变化较大，由此可以了解甲醇计量因受环境温度变化所产生的误差。为了找出在甲醇贮槽内甲醇温度波动范围内(4～35 ℃)甲醇密度的变化规律，采用Origin软件对以上数据进行拟合，并得到拟合直线(图1)。

由拟合结果可以看出，拟合直线的精度R=-0.999 96，十分接近直线，即在4～35 ℃范围内，甲醇的密度ρ与温度t的关系可以用直线方程来表示：

ρ=0.813 24-9.475 36×10-4t

(1)

查阅《化学化工物性手册(有机卷)》(以下简称《物性手册》)得甲醇密度与温度的关系，并将其拟合，再与Aspen软件模拟出来的数据直线进行对比(图2)，直线B是利用《物性手册》查出的数据拟合直线，直线D是利用Aspen软件模拟得出的数据拟合直线。

表1 不同温度下甲醇温度与密度关系

温度/℃密度/(g·cm-3)温度/℃密度/(g·cm-3)40.809 294200.794 38450.808 377210.793 43560.807 458220.792 48470.806 537230.791 53080.805 614240.790 57490.804 689250.789 616100.803 762260.788 656110.802 834270.787 694120.801 903280.786 729130.800 970290.785 763140.800 036300.784 794150.799 099310.783 822160.798 160320.782 848170.797 219330.781 872180.796 276340.780 894190.795 331350.779 913

图1 在4～35 ℃范围内温度与甲醇密度的拟合直线

图2 利用《物性手册》与Aspen软件拟合得出的拟合直线对比

利用《物性手册》拟合的直线的精度R=-0.999 75，十分接近直线，即在4～35 ℃范围内，甲醇密度与温度的关系可用直线方程来表示：

ρ=0.810 21-9.41×10-4t

(2)

由图2分析可知：在4～35 ℃范围内，直线B和直线D的斜率非常接近，即2种方法得出的密度与温度的关系变化趋势相同。通过实验室实际测量，测得20 ℃时甲醇的测量密度为0.791～0.792 g/cm3。在20 ℃时，利用直线B计算出的甲醇密度为0.791 7 g/cm3，利用直线D计算出的甲醇密度为0.794 38 g/cm3，直线D的计算结果与实际测量偏差较大，故采用直线B的方程作为下一步计算公式。

2 误差分析

2.1 粗醇计量方法

粗醇班产计量方法是接班时记录贮槽液位V1和温度t1，交班时记录贮槽液位V2和温度t2。粗醇计量的过程中除需要记录交接班时的体积、温度之外，还需对粗醇的醇含量进行测定，即先测定粗醇的密度。测定粗醇密度的计算公式：

ρt=(t-20)×0.000 79+ρ20

式中：ρt——测量时粗醇的实际密度；

ρ20——在20 ℃该粗醇含量下的密度。

采用此种方法计算出来的粗醇产量已经进行了温度校正，所以不会存在因贮槽内甲醇温度的变化而引起误差。

2.2 精醇计量方法

改进前的精醇班产计量方法是接班时记录贮槽液位V1，交班时记录贮槽液位V2；改进后需要在记录精醇贮槽液位的同时记录精醇贮槽内精醇的温度。

心连心公司班产甲醇量一般在150 m3。现以正常生产中的1组实际数据为例，对改进前、后精醇产量进行对比：V1=300 m3，V2=450 m3，t1=30 ℃，t2=20 ℃，对应的ρt1=0.78 198 g/cm3，ρt2=0.791 39 g/cm3。按改进前计量方法，产量m1=150×0.792=118.8(t)。

按改进后计量方法，记录的数据不变，仍然是接班时记录贮槽液位V1，交班时记录贮槽液位V2，需要增加的记录数据是记录液位时的温度分别为t1和t2，对应的密度分别为ρt1和ρt2，采用拟合公式计算产量：

m2=ρt2×V2-ρt1×V1

=0.791 39×450-0.781 98×300

=121.5(t)

误差产量即拟合公式与改进前的计量误差为2.7 t。由以上计算可以看出，改进前的计算方法误差很大，拟采用以下公式作为甲醇计量的温度校正公式：

m=(0.810 21-9.41×10-4t2)V2-(0.810 21-9.41×10-4t1)V1

3 结语

针对心连心公司的实际生产情况对甲醇产量计算方法进行了改进。在甲醇贮槽温度的变化范围(4～35 ℃)内进行分析，同时对《物性手册》数据进行拟合和软件模拟数据进行拟合，并对2个公式与实验室实际测量结果进行对比，最终得出通过《物性手册》数据模拟出来的公式更加准确。经过实际运用，大大降低了计量误差。此次改进对精醇的能耗及产能方面都有很大的指导作用；另外，此次改进仅通过改变记录数据和计算方法来实现，没有增加任何设备(如流量计等)，不影响生产成本。