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煤制甲醇已經成為新時期甲醇生產轉型升級的主流趨勢。而在煤制甲醇項目開展過程中，需有效控制甲醇精餾質量以保證甲醇生產質量與生產品質。基于煤化工業現代化、自動化、智能化程度的不斷提升，甲醇精餾過程模擬與仿真系統應用重要性愈發顯著，成為推動大型煤化工甲醇生產優化發展的重要手段。以下是筆者對其研究的幾點認知，意在拋磚引玉。

1.過程模擬與仿真在大型煤化工甲醇精餾中的作用分析

甲醇精餾是煤制甲醇工藝流程（如圖1所示）中的重要組成部分，主要是將甲醇合成后的粗甲醇轉換為精制甲醇，以滿足甲醇生產對甲醇品質的要求。圖1煤制甲醇工藝流程簡圖通常情況下，在甲醇精餾過程中，由于粗甲醇含有大量的有機雜質（醇、醚、醛等）、還原性雜質（異丁醛、甲酸等）、水、金屬等[1]。因此，對甲醇精餾技術具有較高要求，需要企業以及相關工作人員在實踐操作中能夠加強甲醇精餾控制，將影響甲醇品質的雜質從粗甲醇中科學分離。基于煤化工業自動化水平、現代化水平、智能化水平的不斷提升，各類先進設備、技術廣泛應用到甲醇生產工藝優化、管控中，過程模擬與仿真則是典型代表。就甲醇精餾而言，過程模擬與仿真能夠借助計算機網絡技術、人工智能技術、數據庫技術、視頻顯示技術等，構建甲醇精餾工藝流程數據模型，通過數據模型求解探尋最優工藝參數與生產工藝運行風險，從而在為甲醇精餾工藝流程優化、甲醇精餾工藝風險防控、甲醇精餾工藝技術培訓等工作的組織開展提供信息與技術支持，推動甲醇生產科學化、大型化、自動化、系統化發展。

2.大型煤化工甲醇精餾過程模擬與仿真系統的構建

在大型煤化工甲醇精餾過程模擬與仿真系統構建過程中，為保證系統構建的準確與科學，促進過程模擬與仿真作用的有效發揮，需做好如下工作。(1)準確掌握甲醇精餾工藝流程在甲醇精餾過程中，甲醇雙塔精餾、甲醇三塔精餾與甲醇四塔精餾是較為常見的幾種工藝流程。其中甲醇雙塔精餾工藝流程相對簡單，通過第一塔輕組分雜質去除與第二塔重餾分雜質去除，獲得精制甲醇。該工藝流程具有建設周期短、資金投入少、能源消耗大、甲醇產品純度低等特征，多用于小規模甲醇生產精餾中，在大型煤化工甲醇精餾中的實用性不強。甲醇三塔精餾工藝流程在甲醇雙塔精餾工藝流程的基礎上增加了一個加壓精餾塔，能夠充分利用甲醇蒸汽熱量進行精餾，實現甲醇精餾能耗的節約。但在實踐過程中，如果常壓精餾塔塔頂產品控制不到位，則將降低甲醇純度，制約甲醇精餾質量的提升。與此同時，也要加強塔釜廢水指標控制。因此，在大型煤化工甲醇精餾中，三塔精餾操作難度相對較大，綜合效益并不顯著。而甲醇四塔精餾則可有效改善甲醇雙塔精餾與甲醇三塔精餾工藝流程不足，在預精餾塔、加壓精餾塔、常壓精餾塔、回收塔共同作用下達到提升甲醇精餾質量與效率，滿足節能降耗生產需求。在本次研究中，主要對甲醇四塔精餾工藝流程進行模擬，構建相應仿真系統。(2)立足工藝流程進行穩態模擬在甲醇精餾工藝流程模擬過程中，設計選用AspenPlus大型流程模擬軟件（具有豐富物性數據庫，包括燃料數據庫、固體數據庫、無機物數據庫、電解質水溶液數據庫等，能夠滿足煤化、石化等工業制造企業多數產品生產工藝流程模擬需求；具有多樣化單元操作模塊，可有效滿足數據模型構建要求；具備高集成能力與高分析能力，可準確、快速找到合理模擬參數，為工藝流程最優化設計提供依據；支持序貫算法與聯立方程算法，可有效提升大型工藝流程計算準確性、時效性，其結構如圖2所示，進行穩態模擬。①根據煤制甲醇生產過程中粗甲醇組成成分，進行物性方法科學選擇。在本次研究中確定物性方法主要為UNIFAC（UniversalQuasi-ChemicalFunctionalGroupActivityCoeffient，通用基團活度系數模型）、UNIQUAC（UniversalQuasi–ChemicalModel，通用準化學模型）、NRTL（Non-RandomTwoLiquids，局部雙流體模型）等。②根據甲醇四塔精餾工藝流程，結合甲流精餾過程模擬本質要求，進行模塊科學選擇。由于甲流精餾過程中塔設備操作是基礎操作，也是核心操作。對此，為簡化模擬文件，提升模擬計算與分析速度，確定穩態模擬模塊主要為精餾塔模塊（RadFrac）、換熱器模塊（Heater）、閃蒸模塊（Flash2）等。③有針對性運行工藝流程模擬，并根據模擬運行結果探尋甲醇四塔精餾過程中存在的不足，為工藝流程改進與調整提供信息依據[2]。以甲醇精餾回收塔為研究對象，對其常壓操作下運行情況進行模擬分析，得出如表1所示回收塔物流模擬結果（部分）。(3)基于穩態模擬搭建仿真系統①系統設計思路大型煤化工甲醇精餾仿真系統的開發目的在于：提高甲醇精餾過程模擬準確度，為甲醇精餾實踐操作提供有益指導，便于工藝流程模擬在甲醇生產中的推廣與應用。因此，在仿真系統開發過程中，以AspenPlus穩態模擬文件為仿真系統地層模型，在以人為本理念、科學創新理念等指導下設計了友好型交互仿真界面。②系統結構分析大型煤化工甲醇精餾仿真系統主要由AspenPlus模擬文件、VB接口程序與仿真界面三部分構成。其中AspenPlus模擬文件位于系統底層，用以向系統提供甲醇精餾過程機理模型；VB接口程序將仿真界面與底層模型進行科學連接，滿足數據傳輸與利用需求；仿真界面為人機交互界面，用于數據信息顯示、設置、調整、管理與利用。③系統開發核心技術仿真系統功能的實現離不開技術支撐。就本文所研究的系統而言，應用到的核心技術主要有以下幾種：A.自動化技術，包括自動化服務器技術與自動化控制器技術。自動化服務器是ActiveX組件系統中的重要組成部分，受應用程序編程影響，能夠為仿真系統軟件構件通信提供平臺，并在通信接口支持下，進行輸入數據、輸出數據的有效傳遞。自動化控制器是自動化服務器中的重要應用程度，大型煤化工甲醇精餾仿真系統中所應用到的自動化控制器為VisualBasic，可向自動化服務器提供對象。B.自動化控制器與自動化服務器鏈接技術。在仿真系統開發過程中進行接口程序編寫時，需自動化控制器（VisualBasic）中配置AspenPlus類型庫引用，便于在對象瀏覽器中準確查找自動化服務器提供的對象，實現自動化控制器與自動化服務器有效鏈接。C.接口程序編寫技術。接口程序是實現仿真界面與AspenPlus底層模型互通互聯的核心要素。其編寫質量直接關系系統整體運行穩定性、合理性。對此，應科學運用接口程序編寫技術進行接口程序編寫。例如，要想在仿真界面文本框（Text1）中進行精餾塔模塊輸入變量的更改，需編寫“Simulation.Tree.FindNode（‘\Data\Blocks\精餾塔模塊名稱\Input\輸入變量’）Value=Text1.Text”接口程序來實現。

3.結論

總而言之，大型煤化工甲醇精餾過程模擬與仿真系統的開發與應用是推動甲醇生產科學化、自動化、智能化、環保化、系統化發展的重要手段。我們在明確認知其作用與需求的基礎上，應提高對甲醇精餾過程模擬與仿真的重視程度，能夠在“科技驅動一切創新發展”理念指導下，不斷探索模擬與仿真策略，以便進一步提升系統應用科學性、有效性。

【參考文獻】

[1]李少波,宋兵兵.基于DCS的甲醇精餾控制方案的分析與實現[J].化工管理,2019(11):167-169.

[2]張秋利,羅敏,李鳳英.甲醇合成反應過程的模擬與優化[J].天然氣化工(C1化學與化工),2019,44(01):95-100.

[3]周凱,侯國安,馬少寧.基于Aspenplus對甲醇精制工段的模擬與優化[J].山東化工,2017,46(22):114-118+122.

作者:張先春 單位:兗礦國宏化工有限責任公司