[发明专利]一种煤制乙二醇中草酸二甲酯和乙二醇单元的建模方法

说明书

本发明提供一种煤制乙二醇中草酸二甲酯和乙二醇单元的建模方法，针对草酸二甲酯合成反应、亚硝酸甲酯再生反应精馏、硝酸回收反应、草酸二甲酯加氢反应、草酸二甲酯精馏和乙二醇精馏分别建立反应动力学模型，并根据装置的实时数据，对各个反应动力学模型中的动力学因子进行实时校正，并将校正后的优化方案通过先进控制系统实施至装置中；所述草酸二甲酯合成反应中，在反应速率方程中引入吸附项；所述草酸二甲酯精馏和乙二醇精馏中，各个塔基于联立方程法进行建模配置，对每个塔确定分离目标，以产品关键组分浓度作为模型输入。本发明解决了当前理论反应动力学难以在线应用的问题，也突破了因反应模型不准确而导致的优化效益不好的瓶颈问题。

技术领域

本发明属于煤化工技术领域，尤其涉及一种煤制乙二醇中草酸二甲酯和乙二醇单元的建模方法。

背景技术

乙二醇是重要的化工原料和战略物资，用于制造聚酯(可进一步生产涤纶、饮料瓶、薄膜)、炸药、乙二醛，并可作防冻剂、增塑剂、水力流体和溶剂等。“煤制乙二醇”即以煤代替石油乙烯生产乙二醇。此类技术路线符合我国缺油、少气、煤炭资源相对丰富的资源特点。

煤制乙二醇是以煤为原料，通过气化、变换、净化及分离提纯后分别得到CO和H₂，其中CO通过催化偶联合成及精制生产草酸酯，再经与H₂进行加氢反应并通过精制后获得聚酯级乙二醇的过程。该工艺流程短，成本低，是目前国内受到关注最高的煤制乙二醇技术。

现有技术大多描述了草酸二甲酯合成、亚硝酸甲酯回收、硝酸还原、乙二醇合成的工艺过程和关键参数，然而并没有说明进料状况、生产方案发生变化时，该如何保证生产平衡和优化操作，不同的生产方案下，操作参数往往互相之间有较大的变化。基于实验室测算的反应动力学，未经过现场装置校正，无法直接应用于装置，更加无法指导现场优化操作。离线的流程模拟优化技术，模型的更新依靠人工计算再下发至装置，耗时2-3天错失优化时机。对于工序长的精馏工段，离线模型调整至收敛耗时较长。且离线乙二醇装置的建模技术，从未有专利将建模应用于实时优化系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤制乙二醇中草酸二甲酯和乙二醇单元的建模方法，本发明将反应动力学机理建模应用至实时优化技术，解决了当前理论反应动力学难以在线应用的问题，也突破了因反应模型不准确而导致的优化效益不好的瓶颈问题。

本发明提供一种煤制乙二醇中草酸二甲酯和乙二醇单元的建模方法，其特征在于，针对草酸二甲酯合成反应、亚硝酸甲酯再生反应精馏、硝酸回收反应、草酸二甲酯加氢反应、草酸二甲酯精馏和乙二醇精馏分别建立反应动力学模型，并根据装置的实时数据，对各个反应动力学模型中的动力学因子进行实时校正，并将校正后的优化方案通过先进控制系统实施至装置中；

所述通用的反应速率方程为：

Rate＝ACT_global×ACT_cat×K；

式中，Rate为反应速率，kmol/kgcat·hr；ACT_global为全局活性因子；ACT_cat为催化剂整体活性因子；K为反应速率常数；

所述草酸二甲酯合成反应中，在反应速率方程中引入吸附项；

所述草酸二甲酯精馏和乙二醇精馏中，各个塔基于联立方程法进行建模配置，对每个塔确定分离目标，以产品关键组分浓度作为模型输入。

优选的，所述草酸二甲酯合成反应的动力学方程如下：