低溫甲醇洗吸收塔模擬及內件優(yōu)化設計

山東化工122SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2015年第44卷低溫甲醇洗吸收塔模擬及內件優(yōu)化設計蔣燕,馬炯(中石化南京工程有限公司,江蘇南京21100要:吸收塔是低溫甲醇洗工藝中的核心設備,內件對吸收塔性能至關(guān)重要。本文采用規整填料替代以往設計中四溢流塔盤(pán)降低塔徑和塔高以?xún)?yōu)化設計、節省投資;采用 Aspen Plu和DRP軟件分別對低溫甲醇洗吸收塔工藝參數和塔內件進(jìn)行模擬和對比在流程工藝模擬基礎上對吸收塔進(jìn)行水力學(xué)計算。模擬計算結果表明,采用規整填料比四溢流塔盤(pán)具有優(yōu)勢。關(guān)鵪詞:低溫甲醇洗;塔內件; ASPEN;過(guò)程模擬;吸收塔;規整填料中圖分類(lèi)號:TQ0159文獻標識碼:A文章號:1008-021X(2015)11-0122-03Simulation of Rectisol Absorber and Internals Optimal DesignJiang Yan, Ma jion(SINOPEC Nanjing Engineering Construction Inc, Nanjing 211100, ChinAbstract: The absorber is the key equipment and the column intemals is important for the absorber performance. The paperintroduce that use the structured packing to substitute the four flow tray, to decrease the column diameter and the height, tooptimize deign and save investment. With the aid of software Aspen Plus and DRP, the rectisol unit was simulateaccording to the process and the column intemals. the hydraulic performance of the absorber was calculated base onprocess simulation result. The simulation results indicated that, the structured packing is better than four flow trayKey words: rectisol; column internals; ASPEN; process simulation; absorber; structured packing低溫甲醇洗( Rectisol)能夠有效脫除原料氣的H2S、CO2方程為基礎物性方法進(jìn)行計算,SRK方程描述如下:和C0s等組分,與其它吸收技術(shù)相比有一定的優(yōu)越性。采用低溫甲醇洗技術(shù),凈化氣中總的硫含量可脫至10P-V.-b v(V+b)10-以下,CO2可脫至1.0×10-以下。其中:a=+B1,本文通過(guò)工藝模擬和內件水力學(xué)計算,分析采用規整填是標準態(tài)混合二次函數,阿(-4料后的優(yōu)勢和設計中需注意的問(wèn)題,為吸收塔內件工程設計提供依據。1吸收塔工藝模擬B1是極性附加函數((a1.1模擬模型b=∑本文采用 Aspen Plus 2軟件中的嚴格精餾模塊 Radfrac對a=fen(T, T, Pa, ,低溫甲醇洗吸收塔進(jìn)行工藝模擬,因低溫甲醇洗吸收塔是脫b=fan(T, pa)碳和脫硫分段吸收,雖采用一個(gè)塔殼體,但內件設計時(shí)采用集液箱對各段液相進(jìn)行隔離氣相通過(guò)升氣管進(jìn)行連通模b=+T+學(xué)/T擬時(shí)其每段可以視作獨立的吸收塔,每段均為獨立的傳質(zhì)和k,=k,氣液平衡過(guò)程。4/T在模擬過(guò)程中,為順利模擬并貼合吸收塔實(shí)際操作過(guò)通常:4≠:l=l=0程,吸收塔共采用4個(gè)模擬塔進(jìn)行計算,對低溫甲醇洗吸收其中RK狀態(tài)方程中純物質(zhì)的性質(zhì)系數a1、b1根據下列塔模擬的現有文獻也均采用此種方法2-3方程由軟件給定參數進(jìn)行計算得出1.2基礎物性數據(熱力學(xué)方法和氣液相平衡)低溫甲醇洗物系主要含有CH3OH、CO、CO2、H2、H2Sx.0.42747H2O、CH4和N2等該物系為極性物系,同時(shí)又含有非極性b=0086和極性締合組分的體系如完全采用活度系數方程NRTL,其P模擬計算結果與實(shí)際情況會(huì )有較大的偏離,本系統采用狀態(tài)在采用壯中國煤化工衡時(shí),組分極性和方程作為基礎物性進(jìn)行模擬計算較為合適系統模擬以SRK體積大小差別HCNMHG就不適合。體系收稿日期:2015-04-17作者簡(jiǎn)介:蔣燕(1981-),女,江蘇宜興人,碩士,工程師從事化學(xué)工程與工藝設計。第11期蔣燕等:低溫甲醇洗吸收塔模擬及內件優(yōu)化設計·123中甲醇和水都是強極性組分,另有CO2、H2等輕組分,必須采方法。CO2在甲醇液中的溶解熱是模擬正確與否的重要參用更為精確的超額自由能GE型混合規則, Huron-vidl混數,對甲醇循環(huán)量有重要影響;另外甲醇液在高壓低溫下的合規則是考慮了組分間強烈的非理想性的混合規則,如下述熱增也是吸收塔熱量平衡計算的重要基礎參數;因高壓低溫方程所示甲醇洗體系的特殊性,軟件模擬有一定的偏離,這就需要參G=RTlq-∑ rETIno考文獻數據-,對軟件中的物性進(jìn)行回歸修正,其中調整計算CO2蒸發(fā)焓值公式中的 DHVVLWT(汽化熱)參數之第A(yíng)spen Plus中的FR模型是經(jīng)Huom-vdal混合規則項,以使模擬結果更貼近實(shí)測結果。修正的、純物質(zhì)物性基于SRK方程描述的狀態(tài)方程物性方1.3模擬結果分析法,該模型可用于計算高溫、高壓、接近臨界點(diǎn)等操作條件下粗原料氣輸人參數凈化氣計算結果具體參數如表1。極性和非極性混合物。本文模擬以FSRK為基礎的物性表1粗原料氣輸入及凈化氣計算結果參數氣體種類(lèi)操作壓力操作溫流量組分度/℃(kmo/h)HAR CH4 C2 H2s COs H20 NH, HCN CH4O粗原料氣4.22-23.810477.4255.430.220.40906×10-250×10-243.420.1530×10+0.24954×10-5凈化氣4.05748.65827.7598.6750.3820.7030.153847×10-23.00x10290×10-31.4吸收塔計算根據低溫甲醇洗吸收塔的操作工況特點(diǎn),上段液相負荷以流程平衡模擬數據為基礎采用 ASPEN軟件對塔的大,為解決溢流強度和降液管液泛?jiǎn)?wèn)題采用四溢流塔盤(pán)。水力學(xué)數據進(jìn)行模擬,以 ASPEN模擬數據為基礎采用DRP四溢流塔盤(pán)因有4個(gè)溢流堰溢流堰長(cháng)增大,降低溢流強度;軟件,對吸收塔上段進(jìn)行內件性能計算以判斷不同內件型同時(shí)降液管增多(2-3個(gè)),降液管內清液層高度下降。圖式吸收塔設計的影響。1~2為四溢流塔盤(pán)示意圖。OFF.CTR. DC OFF. CTR UCOC-WTOPDC- WTOPWEIR.HTPanel A. BHDC-HTDC WBOTOC- WBOTPanel C.D.SIDE DCDCOFPanel A BCTRDC圖1四溢流塔盤(pán)平面示意圖圖2四溢流塔盤(pán)剖面圖現為提高吸收塔上段氣液相交換效率縮小塔徑和塔高優(yōu)化設計吸收塔上段采用高效規整填料。圖3為規整填料示意圖及等板高度曲線(xiàn)。04Yh中國煤化工CNMHG圖3規整填料示意圖及等板高度曲線(xiàn)山東化工124SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2015年第44卷表2塔水力學(xué)計算數據對比表吸收塔水力學(xué)模擬結果,就理論板兩段塔內件計算數據工藝模擬結果進(jìn)行對比數據見(jiàn)表2。從表2可以看出,因吸收塔主洗甲醇在39塊塔盤(pán)進(jìn)人塔盤(pán)數所以38塊與39塊塔盤(pán)的數據有較大差別;另,此吸收段氣液相從塔盤(pán)/(kg/hr)308919544719638261.4液負荷最大在底部底部塔盤(pán)53塊板是塔徑及內件規格的liquid from/ (m/hr) 478. 45812.84912.12確定性參數內件設計時(shí)對此段進(jìn)行四溢流塔盤(pán)和規整填料氣相到塔盤(pán)/(kg/hr)28581122349.6的對比,對塔盤(pán)間距( tray spacing)取450m值時(shí)進(jìn)行計算,vapor to/(m3/hr)2964.802984.994282.02規整填料取M250X型塔徑等相關(guān)設計結果見(jiàn)表3。表3規整填料與塔盤(pán)設計結果對比(塔盤(pán)間距450m結合表23中的計算結果進(jìn)行分析,可知:(1)吸收塔此段以液相負荷決定塔徑等水力學(xué)計算結參數規整填料(M250X)塔盤(pán)(四溢流)果。第53塊塔盤(pán)氣相負荷428202m3/hx,液相負荷91212理論塔盤(pán)數39~5338m3/hr,采用四溢流浮閥塔盤(pán)進(jìn)行塔徑模擬計算,得出第53塔直徑/m2.842.583.233.63塊塔盤(pán)處所需塔徑3.63m(450mm塔盤(pán)間距),塔徑的大小塔盤(pán)(填料)趨勢與液相負荷大小趨勢相同液相負荷為此段塔操作的限8.1910.32截面積/m2制條件。(2)塔盤(pán)間距對塔徑有明顯影響增大間距可縮小塔徑比表面積/(m2/m3)256在工程設計時(shí)要綜合評價(jià)塔高與塔徑的相對關(guān)系對設備造有效面積/m20.570.791.17價(jià)的影響。原因是,液相負荷作為操作的限制條件,增大塔側降液管面積/m20.370.630.70盤(pán)間距可提高操作時(shí)降液管中的存液高度,在同樣的溢流強填料高度/m度條件下,就可降低降液管面積進(jìn)而可以縮小塔徑。塔盤(pán)塔盤(pán)高度/間距與系統噴射液泛和降液管液泛的關(guān)系見(jiàn)圖5。703010480510540570600630660690750780810840870900LIquid: VolumetrX of System umit呢o| Jet Fiood. of Downcomer Flood圖4液相流量與液泛關(guān)系圖0元∞水E200400410420430440450460470480490500Tray Spacing, mm圖5塔盤(pán)間距與系統噴射液泛和降液管液泛的關(guān)系(3)采用規整填料比四溢流塔盤(pán)更優(yōu)化。采用規整填料1.5規鞫計算所需塔徑為284m,塔盤(pán)計算所需塔徑為3.63m(40中國煤化工在整,因要求塔的操m塔盤(pán)間距),差距明顯;另,規整填料高度為6m,按照450作彈性范圍CNMHGm,進(jìn)行半貧液流程mm的塔盤(pán)間距塔盤(pán)塔高為6.75m,差距也明顯。經(jīng)對比,填料水力學(xué)詳細校核計算,計算結果如表4所示。采用規整填料具有明顯優(yōu)勢。(下轉第127頁(yè))第11期逢永健,等:石油化工企業(yè)廠(chǎng)區內道路設計研究127·度應≥15m,半徑應≥100m。并且應該保持交叉點(diǎn)處鐵軌頂面與道路路面的標高一致。豎向標高的確定5結論通常按照廠(chǎng)區出入口的標高與廠(chǎng)外公路的標高、坡度以本文探討了石油化工企業(yè)廠(chǎng)區內道路設計的一些重要及平整場(chǎng)地的標高綜合確定。一般情況下,按照廠(chǎng)區內路面問(wèn)題?？傊?石油化工企業(yè)廠(chǎng)內道路應根據工藝需求及不同設計標高高于廠(chǎng)外道路路面標高為原則如果廠(chǎng)區內的路面的功能分區進(jìn)行布置并結合廠(chǎng)區周邊的市政路網(wǎng)情況合理標高低于廠(chǎng)外道路標高可采用在廠(chǎng)區大門(mén)處增設雨水篦子確定人員及貨物進(jìn)出口位置同時(shí)考慮廠(chǎng)區的豎向進(jìn)行綜板避免廠(chǎng)外道路上的雨水倒灌至廠(chǎng)區內部。合分析使道路設計更加科學(xué)合理最大方便企業(yè)使用,為企3.2廠(chǎng)內道路橫斷面設計業(yè)創(chuàng )造更多的效益廠(chǎng)區內道路橫斷面有城市型和公路型兩種。參考文獻城市型道路需設路緣石、雨水口,通過(guò)雨水管或雨水溝[u]中華人民共和國建設部.CB50220-1995城市道路交通排水橫向坡度一般為15%-2%。這類(lèi)橫斷面一般設在行規劃設計規范[S]北京:中國標準出版社,1995人較多的地方和對整潔美觀(guān)要求較高的生產(chǎn)區或辦公場(chǎng)所。[2]中華人民共和國交通部.cB-87廠(chǎng)礦道路設計規范公路型橫斷面沒(méi)有路緣石,采用道路兩側的明溝排水,[S].北京:中國標準出版社,1988橫向坡度一般采用1%-2%。雨水量較大地區經(jīng)常采用,通[3]中國工程建設標準化協(xié)會(huì )化工分會(huì )CB50489-200化常設在人員較少的裝置區,會(huì )加設透水蓋板或在路邊設置欄工企業(yè)總圖運輸設計規范[S].北京:中國計劃出版社,桿。而在廠(chǎng)區邊緣和靠近山體地段的道路可不設蓋板。20094石油化工企業(yè)廠(chǎng)內道路交叉口設計[4]中華人民共和住房和城鄉建設部GB50160-2008石油廠(chǎng)內道路交叉口主要有道路道路和道路鐵路交叉兩種化工企業(yè)設計防火規范[S]北京:中國標準出版社4.1道路道路交叉口的設計2008廠(chǎng)區內的道路道路交叉一般采用正交形式如需要斜交[5]雷明.工業(yè)企業(yè)總平面設計[M].西安陜西科學(xué)技術(shù)出交叉角宜大于45°。且主要道路交叉口處應考慮停車(chē)視距,版社,1998距離不宜小于20m,視距范圍內不能設妨礙視線(xiàn)的建構筑[6]井生瑞總圖設計[M].北京冶金工業(yè)出版社,1988物樹(shù)木等。道路交叉口的縱坡一般小于2%,而且應保持主[7]張琦.工業(yè)企業(yè)總圖運輸優(yōu)化設計理論方法與應用研道路在交叉處坡度不變。究[D]西安西安建筑科技大學(xué),20084.2道路鐵路交叉口的設計[8]龔建奎特大型工業(yè)區道路規劃設計探討[打].鋼鐵技術(shù)廠(chǎng)區內道路鐵路應盡量避免交叉過(guò)多。如有兩處交叉,2009(6):9-10間距不宜小于一列火車(chē)的長(cháng)度或廠(chǎng)區內最長(cháng)列車(chē)長(cháng)度,避免在緊急情況時(shí)列車(chē)擋住道路救援車(chē)輛無(wú)法進(jìn)出。道路鐵路(本文文獻格式逼永健呂學(xué)昌劉園園石油化工企業(yè)廠(chǎng)區交叉一般采用正交。當采用斜交時(shí),交叉角不宜小于45°。內道路設計研究[]山東化工,2015,4(1:12-127.)》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》2》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》(上接第124頁(yè))表4填料計算結果結構尺寸計算結果塔直徑/mm填料高度/m填料類(lèi)型液體噴淋密度/每米壓降床層壓降泛點(diǎn)率/%F因子/P05氣液流動(dòng)參數持液量/%(m3/(m2.h))(Pa/m)Pa900M250X1.20.2570.68711.1按上述水力學(xué)計算結果,選擇的M250X填料可滿(mǎn)足設藝技術(shù)經(jīng)濟指標對比[J].化工技術(shù)與開(kāi)發(fā),200,36計要求。塔徑縮小,塔高降低,可使吸收塔整體優(yōu)化。(4):35-422結論[2]孫津生,李燕低溫甲醇洗工藝流程模擬--甲醇洗滌根據流程模擬、塔盤(pán)及填料計算結果得出以下結論塔的模擬[J]甘肅科學(xué)學(xué)報,2007,19(2):50-53(1)液相負荷是吸收塔設計的決定因素,此吸收塔塔徑[3]張述偉曲平,胡乃平等人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )在低溫甲醇洗取決于液相負荷大小塔內件設計要考慮解決大液量負荷;系統優(yōu)化中的應用[J].大連理工大學(xué)學(xué)報,2001,41(2)塔盤(pán)間距與塔徑成反向關(guān)系,在設計時(shí)要綜合考慮(1):50-55塔高與塔徑關(guān)系,合理設計吸收塔;[4]皮銀安低溫甲醇洗相平衡模型和氣液平衡計算(1)一(3)吸收塔上段采用規整填料可有效縮小塔徑和降低塔高;相平衡模型[J.湖南化工,1997,27(4):1-5(4)為更全面的了解規整填料的適用性,下一步將對不[5]皮銀安低溫甲醇洗相平衡模型和氣液平衡計算(2)同原料氣組分和不同壓力原料氣使用狀況進(jìn)行跟蹤分析,以氣液平衡確定規整填料在高壓吸收體系中實(shí)際運行效果。中國煤化立):15-18參考文獻CNMH本文文獻格式:將,馬孤血T洗吸收塔模擬及[]秦旭東宋洪強吳錫章,等淺談低溫甲醇洗和NHD工內件優(yōu)化設計[門(mén)山東化工,2015,4411):122-124,127.)