智控型多效精馏装置的制作方法

1.本实用新型涉及甲醇精馏技术领域，特别涉及一种重新配置换热网络并同时采用智能控制的大规模甲醇精馏节能技术领域，尤其涉及一种智控型多效精馏装置。


背景技术：

2.甲醇作为一种基础有机化工原料和新型清洁能源燃料，在各领域具有广泛的应用，尤其随着应用领域的深入开发其需求量会越来越大。随着煤化工行业的发展，甲醇装置的规模也逐步增大，精制过程能耗占总生产过程的20～30％，因此，高品质低能耗的甲醇精馏技术就成为企业生存发展的关键所在。
3.甲醇精馏工艺经过几十年的发展，由早期传统的单塔、双塔精馏工艺为适应高品质高回收率的需求逐渐发展到三塔、四塔工艺。三塔、四塔工艺甲醇蒸汽消耗约为1.1～1.35吨/吨精甲醇，该消耗满足不了现在的生产需求。
4.目前五塔精馏技术均涉及流程方面的研究。申请号200910022575.2公开了“一种甲醇多效精馏工艺”，采用五塔精馏，设计顺向降压的主塔流程，蒸汽消耗约为0.7吨/吨精甲醇。
5.申请号“201910453840.6”公开了“不副产杂醇油的单塔蒸汽驱动节能型甲醇多效精馏方法”，由于回收塔不生产精甲醇，甲醇回收率相对较低。
6.申请号“201911405716.9”公开了“一种五塔四效甲醇精馏工艺及设备”，设置有釜液缓冲罐，对三台精馏塔的液位和回收塔的操作波动有一定的缓解作用，但是仍然具有一定的滞后性，操作人员不能做到实时调节优化以稳定生产。
7.多效耦合精馏塔，由于关联参数比较多，常规的控制手段不足以对关联过程的变量进行有效控制。在实际运行时，被控对象具有耦合性强、滞后时间长、变量多、动态关系复杂、非线性等一系列的特性，比如某一台精馏塔蒸汽流量、采出量、回流量等有波动时，相关的其他耦合塔器会产生一系列的不稳定性，最终引起精甲醇产品品质和回收率降低以及生产能耗增大的影响。


技术实现要素：

8.为解决现有技术的不足，本实用新型旨在提供一种大处理量、低能耗、高品质和高回收率、生产稳定的智控型多效精馏装置。
9.为了实现上述发明目的，本实用新型所采用的技术方案如下：
10.智控型多效精馏装置，包括预塔、常压塔、中压塔、高压塔和回收塔；
11.粗甲醇依次经过第一预热装置和第二预热装置预热后进入所述预塔，所述预塔的塔顶气体经过第一冷却装置冷却后进入第一回流罐，所述第一回流罐内的不凝气经过第二冷却装置冷却后送入洗涤塔内采用脱盐水进行洗涤，经过所述洗涤塔洗涤后的尾气送出界区外，洗涤后的液体送回所述第一回流罐内；所述第一回流罐内的液体经过第一加压泵加压后作为所述预塔的回流液返回所述预塔的顶部；在所述预塔的底部配置有第一预塔塔釜
再沸器、第二预塔塔釜再沸器、第三预塔塔釜再沸器；所述预塔底部的出料经第二加压泵加压后进入所述常压塔；
12.所述常压塔塔顶采出的气相精甲醇经第三冷却装置冷却后送入第二回流罐，所述第二回流罐的液体经过第三加压泵加压后分成两股，一股作为所述常压塔的回流液回流至所述常压塔的顶部，另一股经过第四冷却装置冷却后作为精甲醇产品采出；在所述常压塔的底部配置有常压塔塔釜再沸器；所述常压塔底部的出料经第四加压泵加压、第三预热装置预热后进入所述中压塔；
13.所述中压塔塔顶出来的气相甲醇分为两股，一股作为常压塔塔釜再沸器的热源送入所述常压塔塔釜再沸器，另一股作为第三预塔塔釜再沸器的热源送入所述第三预塔塔釜再沸器；经过常压塔塔釜再沸器和第三预塔塔釜再沸器热交换后的甲醇送入第三回流罐，所述第三回流罐的甲醇经过第五加压泵加压后分成两股，一股作为所述中压塔的回流液回流至所述中压塔的顶部，另一股作为所述第一预热装置的热源送入所述第一预热装置；在所述中压塔的底部配置有中压塔塔釜再沸器；所述中压塔底部的出料经第六加压泵加压、第四预热装置预热后进入所述高压塔；
14.所述高压塔塔顶出来的气相甲醇分为两股，一股作为中压塔塔釜再沸器的热源送入所述中压塔塔釜再沸器，一股作为回收塔塔釜再沸器的热源送入所述回收塔塔釜再沸器，所述回收塔塔釜再沸器配置在所述回收塔的底部；经过中压塔塔釜再沸器和回收塔塔釜再沸器热交换后的甲醇送入第四回流罐；所述第四回流罐出来的甲醇分成两股，一股经过第七加压器加压后作为作为所述高压塔的回流液回流至所述高压塔的顶部，另一股作为所述第一预塔塔釜再沸器的热源送入所述第一预塔塔釜再沸器，经过所述第一预塔塔釜再沸器热交换后的液体也作为所述第一预热装置的热源送入所述第一预热装置，所述第一预热装置经过热交换后的液体经过第四冷却装置冷却后作为精甲醇产品采出；所述高压塔底部的出料作为所述第四预热装置、第三预热装置的热源依次送入所述第四预热装置和第三预热装置，所述第三预热装置经过热交换后的液体经过第五冷却装置冷却后作为废水送出界区；在所述高压塔的底部配置有高压塔塔釜再沸器，所述高压塔塔釜再沸器以低压蒸汽作为热源，低压蒸汽经过所述高压塔塔釜再沸器热交换后作为所述第二预塔塔釜再沸器和所述第二预热装置的热源依次送入所述第二预塔塔釜再沸器和第二预热装置，经过所述第二预热装置热交换后的低压蒸汽作为蒸汽送出界区；所述高压塔的下部出料送入所述回收塔；
15.所述回收塔塔顶出来的气相甲醇经第六冷却装置冷却后送入第五回流罐，所述第五回流罐出来的液体经过第八加压泵加压后分成两股，一股作为精甲醇产品采出，另一股作为所述回收塔的回流液回流至所述回收塔的顶部；所述回收塔的下部侧线出料经过第九加压泵加压、第七冷却装置冷却后作为杂醇送出界区，所述回收塔底部的出料第十加压泵加压、第八冷却装置冷却后作为废水送出界区。
16.在本实用新型的一个优选实施例中，所述常压塔采取的精甲醇量占总精甲醇量的25～30％，所述中压塔采出精甲醇量占总精甲醇量的35～40％，所述高压塔采取的精甲醇量占总精甲醇量的30～35％，所述回收塔采取的精甲醇量占总精甲醇量<1％。
17.在本实用新型的一个优选实施例中，所述智控型多效精馏装置采用rto装置和apc装置进行控制。
18.在本实用新型的一个优选实施例中，所述apc装置至少包含多变量模型预测控制器。
19.由于采用了如上的技术方案，本实用新型由于多个塔器耦合，要达到操作稳定，控制需要做到及时精准。故在流程的基础上，引进rto和apc控制技术。在rto系统实时提供最优的设定值，apc系统内设置与温度、压力、流量、质量及能量匹配的参数模型，依靠模型预测、反馈矫正和滚动优化，实时最优地协调底层dcs回路。
20.本实用新型为一种优化换热网络的五塔多效精馏装置，同时使用rto(实时优化)和apc(先进控制系统)技术，这样可以在稳定操作、生产出满足品质要求的精甲醇产品的同时节约能耗，实现效益最大化的。
21.本实用新型与现有技术相比，具有如下特点：
22.1.采用五塔多效精馏，流程中仅高压塔使用外供蒸汽加热。
23.2.各塔采出产品占比为：常压塔采取的精甲醇量占总精甲醇量的25～30％，中压塔采出精甲醇量占总精甲醇量的35～40％，高压塔采取的精甲醇量占总精甲醇量的30～35％，回收塔采取的精甲醇量占总精甲醇量<1％。
24.3.设置rto和apc控制技术，以稳定生产，增加效益。
25.4.apc技术的核心是多变量模型预测控制器，以整个生产装置(或装置单元)为对象，根据各操作变量与被控变量间的线性或非线性模型关系，利用先进控制方法对装置实施多变量协调统一的控制，以提高装置运行的平稳性，并在此基础上实现优化控制。
26.5.rto实时优化则是在综合考虑能耗和经济因素之后，得出最优的产品质量以及一些其他变量的设定值。实时优化模型及其系统包含了关于全厂物料和能量平衡与分布方面详尽的信息，同时也包含了实时市场价格信息。rto系统能够实时提供最优的设定值，将计算结果自动返回到apc服务器，通过apc控制器优化装置运行，实现利润的最大化和能耗的最小化。
27.本实用新型与现有技术相比，优势在于：
28.1.高压塔与中压塔和回收塔热集成，中压塔与预塔和常压塔热集成，蒸汽消耗降低至约0.6～0.7吨/吨精甲醇。充分利用中压塔和高压塔顶精甲醇产品的冷却热，冷却水消耗降低至<38t/t精甲醇。
29.2.将rto和apc控制技术用于五塔多效精馏，操作过程中可以减少参数波动，自动协调控制，从而实现稳定生产、提高收率、控制品质、减少劳动强度、节能降耗的目的。与传统控制相比，可以使关键工艺参数波动降低约66％，实现对50％～120％负荷的自动适应的同时蒸汽消耗降低3％。
附图说明
30.图1为本实用新型智控型多效精馏装置的流程示意图。
31.图2为本实用新型的多变量模型预测控制器的原理示意图。
具体实施方式
32.以下结合附图和具体实施方式，对本实用新型装置作具体的描述。
33.参见图1，图中所示的智控型多效精馏装置，包括预塔t01、常压塔t02、中压塔t03、
高压塔t04和回收塔t05
34.来自粗甲醇储罐或者甲醇合成回路的粗甲醇，经泵(图中未示出)加压后依次经过第一预热装置e01和第二预热装置e02，预热至65～75℃进入预塔t01。预塔t01塔顶操作压力为0～50kpa，预塔t01塔顶出来的气体经过第一冷却装置e03冷却后进入第一回流罐v01，第一回流罐v01内的不凝气经过第二冷却装置e04冷却至40℃后送入洗涤塔t06内采用脱盐水进行洗涤，经过洗涤塔t06洗涤后的尾气送出界区外，洗涤后的液体送回第一回流罐v01内。
35.第一回流罐v01内的液体经过第一加压泵p01加压后作为预塔t01的回流液返回预塔t01的顶部；在预塔t01的底部配置有第一预塔塔釜再沸器e05、第二预塔塔釜再沸器e06、第三预塔塔釜再沸器e07；预塔t01底部的出料经第二加压泵p02加压后进入常压塔t02。
36.常压塔t02塔顶操作压力为0～50kpa，常压塔t02塔顶采出的气相精甲醇经第三冷却装置e08冷却后送入第二回流罐v02，第二回流罐v02的液体经过第三加压泵p03加压后分成两股，一股作为常压塔t02的回流液回流至常压塔t02的顶部，另一股经过第四冷却装置e19冷却后作为精甲醇产品采出；在常压塔t02的底部配置有常压塔塔釜再沸器e09；常压塔t02底部的出料经第四加压泵p04加压、第三预热装置e11预热至80～90℃后进入中压塔t03。
37.中压塔t03塔顶操作压力为200～500kpa，中压塔t03塔顶出来的气相甲醇分为两股，一股作为常压塔塔釜再沸器e09的一股热源送入常压塔塔釜再沸器e09，另一股作为第三预塔塔釜再沸器e07的热源送入第三预塔塔釜再沸器e07；经过常压塔塔釜再沸器e09和第三预塔塔釜再沸器e07热交换(冷凝)后的甲醇送入第三回流罐v03，第三回流罐v03的甲醇经过第五加压泵p05加压后分成两股，一股作为中压塔t03的回流液回流至中压塔t03的顶部，另一股作为第一预热装置e01的一股热源送入第一预热装置e01；在中压塔t03的底部配置有中压塔塔釜再沸器e10；中压塔t03底部的出料经第六加压泵po6加压、第四预热装置e12预热至125～135℃后进入高压塔t04。
38.高压塔t04塔顶操作压力为500～1000kpa，高压塔t04塔顶出来的气相甲醇分为两股，一股作为中压塔塔釜再沸器e10的热源送入中压塔塔釜再沸器e10，一股作为回收塔塔釜再沸器e14的热源送入回收塔塔釜再沸器e14，回收塔塔釜再沸器e14配置在回收塔t05的底部；经过中压塔塔釜再沸器e10和回收塔塔釜再沸器e14热交换后的甲醇送入第四回流罐v04；第四回流罐v04出来的甲醇分成两股，一股经过第七加压器p07加压后作为作为高压塔t04的回流液回流至高压塔t04的顶部，另一股作为第一预塔塔釜再沸器e05的热源送入第一预塔塔釜再沸器e05，经过第一预塔塔釜再沸器e05热交换后的甲醇作为第一预热装置e01的另一股热源送入第一预热装置e01，第一预热装置e01经过热交换后的甲醇经过第四冷却装置e19冷却后作为精甲醇产品采出。
39.高压塔t04底部的出料作为第四预热装置e12、第三预热装置e11的热源依次送入第四预热装置e12和第三预热装置e11，第三预热装置e11经过热交换后的液体经过第五冷却装置e18冷却后作为废水送出界区。
40.在高压塔t04的底部配置有高压塔塔釜再沸器e13，高压塔塔釜再沸器e13以低压蒸汽作为热源，低压蒸汽经过高压塔塔釜再沸器e13热交换后作为第二预塔塔釜再沸器e06和第二预热装置e02的热源依次送入第二预塔塔釜再沸器e06和第二预热装置e02，经过第
二预热装置e02热交换后的低压蒸汽作为蒸汽凝液送出界区；高压塔t04的下部出料送入回收塔t05。
41.回收塔t05塔顶出来的气相甲醇经第六冷却装置e15冷却后送入第五回流罐v05，第五回流罐v05出来的甲醇经过第八加压泵p08加压后分成两股，一股作为精甲醇产品采出，另一股作为回收塔t05的回流液回流至回收塔t05的顶部；回收塔t05的下部侧线出料经过第九加压泵p10加压、第七冷却装置e16冷却后作为杂醇送出界区，以保证塔顶甲醇产品和塔釜废水的质量。回收塔t05底部的出料第十加压泵p09加压、第八冷却装置e17冷却后作为废水送出界区。
42.上述常压塔t02采取的精甲醇量占总精甲醇量的25～30％，中压塔t03采出精甲醇量占总精甲醇量的35～40％，高压塔t04采取的精甲醇量占总精甲醇量的30～35％，回收塔t05采取的精甲醇量占总精甲醇量<1％。
43.对上述智控型多效精馏装置进行在线优化建设。目标函数是经济效益最大化，主要通过几点措施来实现：1)提高精甲醇产量和产品质量；2)降低公用工程消耗；3)在约束范围内安全可靠操作。rto系统读入工艺数据，将计算结果返回apc服务器，通过apc控制器优化装置运行，达到平稳操作。
44.通过分析甲醇五塔精馏的工艺机理、操作手法，对甲醇精馏装置apc设计了一个主控制器。dcs系统采集实时数据并进行控制。apc系统通过opc与dcs系统通讯，读取实时数据，并根据apc控制器内的多变量模型预测装置未来趋势，结合控制目标、控制约束和优化方向，滚动计算每一步的控制输出值，并输出到dcs系统的pid回路设定值上去执行，循环往复。
45.rto实施基于严格的化工平衡机理的在线优化模型，优化计算的目标函数是最大化工厂效益，同时优化计算还要满足各种工艺约束条件，价格是决定rto优化方向的一个重要参数，需要工程师根据市场价格保持更新，这里的价格包括原料、产品、公用工程的价格。系统不但要读入各种工艺数据，还要将计算结果自动返回到apc服务器，通过apc控制器优化装置运行。