低溫甲醇洗吸收塔工藝模擬與過(guò)程參數優(yōu)化

第36卷第3期安徽化工Vol 36. No. 32010年6月ANHUI CHEMICAL INDUSTRY·技術(shù)進(jìn)步低溫甲醇洗吸收塔工藝模擬與過(guò)程參數優(yōu)化秦莉,史賢林,李玉安,趙海泉(華東理工大學(xué)化工學(xué)院,上海200237)摘要:低溫甲醇洗汽液平衡數據的測定難度大而文獻報道又極少。利用 ASPEN PLUS軟件采用 UNIFAC基團貢獻法預測該體系汽液平衡建立了低溫甲醇洗吸收塔的過(guò)程模擬。模擬結果表明該模型能夠較好地反映該工藝裝置的實(shí)際操作狀況。在此基礎上,考査了甲醇流量以及甲醇溫度等參數對分離過(guò)程的影響獲得了低溫甲醇吸收塔的最佳工藝參數。關(guān)鍵詞: Rectisol;流程模擬;參數優(yōu)化; ASPEN PLUS中圖分類(lèi)號:0623411文獻標識碼:A文章編號:1008-553X(200)03-005103低溫甲醇洗(簡(jiǎn)稱(chēng) Rectisol)吸收變換氣中的二氧化碳、硫化氫等酸性氣體該工藝具有氣體凈化度高,選擇性好溶劑消耗少,能耗低等顯著(zhù)特點(diǎn)。但由于二氧化碳、硫化氫低溫下在甲醇中的溶解度與常溫下在甲醇中的溶解度相差很大,氣液相平衡數據測定難度很大,且低溫甲醇洗技術(shù)作為國外公司的專(zhuān)利技術(shù),文獻上公開(kāi)發(fā)表的相關(guān)汽液相平衡數據很少。Fem等曾對有關(guān)四元體系的汽液平衡做過(guò)計算,但溫度范圍較小。翁盂炎*皮銀安7等也曾采用汽相EOS法計算,液相用A-F法計算f的混合模型法,計算過(guò)程較復雜。對于圖1低溫甲醇吸收塔流程示意圖甲醇洗體系的汽液平衡, Evelein ferrell等分別用SRK液,7流股是從第39塊塔板抽出的甲醇富液,9流股是方程PR方程計算了一些體系,但結果仍不能令人滿(mǎn)從第46塊塔板抽出的甲醇富液。5流股和7流股分別意。本文以 ASPEN PLUS軟件為工具采用PR狀態(tài)冷卻至-35℃和-38℃即圖中的6流股和8流股然后方程,建立了Rtio吸收的過(guò)程模擬,模擬結果與工分別返回第34塊塔板和第45塊塔板。業(yè)實(shí)際狀況吻合較好,在此基礎上保持工藝流程及設上塔段(46塊塔板)主要吸收二氧化碳稱(chēng)為脫碳段;備不變,考查了幾個(gè)典型工藝參數對分離過(guò)程的影響,下塔段(27塊塔板)主要吸收硫化氫稱(chēng)為脫硫段。由于低以充分挖掘現有工業(yè)裝置的生產(chǎn)潛力。溫甲醇對HS的溶解度遠遠大于CO2,故下塔段所需的甲1流程簡(jiǎn)介醇量為上塔段甲醇量的50%左右。圖中的9流股通過(guò)一個(gè)圖1是低溫甲醇吸收分離二氧化碳和硫化氫的流分流器將其分成2個(gè)流股即10流股和11流股其中程簡(jiǎn)圖。吸收塔為板式塔共72塊塔板結構。1流股為10流股返回吸收塔的第47塊塔板,用以吸收HS。變換氣,4流股為低溫甲醇2流股為凈化氣3和1流2低溫甲醇吸收過(guò)程模擬分析股為甲醇富液,5流股是從第33塊塔板抽出的甲醇富21吸收塔模型的建立表1采用不同模型計算結果與設計數據的比較溫度(℃)-22-1192130.17702080.17408120.7700.7850.73307850816收稿日期:201001-06作者簡(jiǎn)介秦莉(1985-),女碩士研究生研究方向:化工過(guò)程模擬137420111,qn19850210@126ca總第165期2010年第3期(第36卷)安徽化工對吸收流程進(jìn)行模擬,關(guān)鍵在于選擇較好的汽液平FSRK方程,同時(shí)采用 UNIFAC模型對已有數據進(jìn)行回衡模型,而對于 Rectisol這種強非理想體系,可用熱力歸,對PSRK方程加以修正。從模擬結果來(lái)看,該方法是學(xué)狀態(tài)方程和活度系數方程組合的方法計算體系的汽比較理想的液平衡數據。本文利用 ASPEN PLUS模擬軟件,選用22模擬結果與設計值的比較RK- ASPEN、SR- POLAR、 PRMHV2、 RKSMHV2、 RKSWS本文利用 ASPEN PLUS模擬軟件,并采用上述熱力方程對上述吸收過(guò)程進(jìn)行了模擬計算,但結果都不理學(xué)方法,對低溫甲醇吸收塔進(jìn)行了模擬,主要工藝參數想,見(jiàn)表1。本文提出以下方法:在熱力學(xué)方程上選擇見(jiàn)表3,模擬結果與實(shí)際設計值的比較見(jiàn)表2表2吸收塔模擬結果與設計值的比較塔頂貧甲實(shí)際值模擬值實(shí)際值模擬值實(shí)際值模擬值摩爾流率( kmolhr)3306.743330251726716623401.71201.712溫度(℃)00030002800.733073300030002790.001290.001300.0043.10e-050.0010.00059400180.017300010000600.1770I34e070.16900020001154.58e-200CHO05.17e-050822000411525e-080004000410由表2可見(jiàn)模擬值與設計值吻合較好,塔頂CO2、46塊塔板被吸收。HS已在脫硫段基本被吸收完全,因HS含量均能滿(mǎn)足分離要求:HS≤0. Ippm mole,CO2∈此其在脫碳段的濃度變化非常微小。(2mol%.5mol%)由于從第46塊板上抽出一部分富甲醇液,與側線(xiàn)3過(guò)程的模擬分析與參數優(yōu)化出料的塔板液相流率有突變。因進(jìn)料是汽相加入,故在吸收塔通常分成兩段,即脫碳段和脫硫段。其中脫脫硫段汽相流率較脫碳段的要多,同時(shí)使得脫硫段汽相碳段分為粗洗段、主洗段和精洗段,主要作用在于吸收流率大于液相流率。變換氣中的二氧化碳。脫硫段用以吸收分離變換氣中的硫化氫。最終使得CO2和HS的摩爾分率滿(mǎn)足設計指標,即HS≤0.1 ppm mole,CO2∈(2mol%,5mo%)。通過(guò)分析塔的溫度、濃度分布調整工藝操作參數,確定吸收塔的最佳操作條件,見(jiàn)表3。表3吸收塔的主要工藝參數項目吸收塔塔板數72進(jìn)料溫度(℃)-504塔底貧甲醇溫度(℃)圖2吸收塔的溫度分布塔頂壓力(ba)28.7塔底壓力(bar)32參數優(yōu)化吸收劑是影響吸收效果的重要因素之一。本文在原3.1吸收塔模擬分析由圖2可見(jiàn),吸收塔的溫度在脫碳段急劇上升,在料處理量為3869kmhr以及其他條件不變的情況下冷量加入板出現階躍在脫硫段保持恒定,這說(shuō)明脫碳通過(guò)改變吸收劑的用量考查吸收劑用量改變對塔的分段主導了吸收塔的溫度趨勢,CO在低溫甲醇中的溶解離能力的影響。是放熱過(guò)程,而在塔底的脫硫段,因HS在低溫甲醇中由圖3和圖4可看出,隨著(zhù)甲醇流量的增大,出口氣的CO2和HS摩爾分率逐漸減小,且出口氣溫度逐漸的溶解無(wú)明顯放熱現象故溫度基本保持恒定。降低。當甲醇流量在4639~5139 kmol/hr之間的時(shí)候,可CO2絕大部分是在脫碳段,也就是第1塊塔板至第秦莉等:低溫甲醇洗吸收塔工藝模擬與過(guò)程參數優(yōu)化滿(mǎn)足分離要求,即HS≤0. Ippm mole,CO2∈(2ml%在保證塔的分離要求的情況下,以降低能耗為目5m%)。因此在滿(mǎn)足分離效果的同時(shí)應盡可能選擇較標,推薦的甲醇流量范圍為4639-5139 kmol/hr,換算成小的甲醇流量,以降低塔的操作費用及能耗。液氣摩爾比為120~1.33,甲醇溫度范圍為-46~-41℃。將以上優(yōu)化方案應用到吸收塔的模擬計算中最終得到G優(yōu)化T況的模擬計算結果。5結論(1)本文借助于 ASPEN PLUS模擬軟件,采用FSRK模型,建立了低溫甲醉吸收二氧化碳和硫化氫的0D6過(guò)程模型。模擬結果與設計值吻合較好,驗證了該模型的可靠性,可用于指導實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化及設計計算(2)利用 ASPEN PLUSI模擬軟件的靈敏度分析功能對實(shí)際操作過(guò)程進(jìn)行了參數優(yōu)化,考查了甲醇流量、甲醇300035004000450050005500溫度對塔的分離要求的影響得到了最佳的操作條件。3甲醇流量對塔頂co2摩爾分率及溫度的影響參考文獻張詡人低溫甲醇洗及其改進(jìn)型工藝門(mén)煤化工,1992(3):[2] Ferell J K, Rousseau R W, Matange J N. Solubilities of acid gasesand nitrogen in methanol, 1980. PB80-2122363]菊孟炎 CO-COr CH4OH體系氣液平衡研究門(mén)化工學(xué)報,1990,41(4):503-507s是王陽(yáng)4翁孟炎低溫甲醇洗氣液平衡研究(上化肥工業(yè),1991,18000E-0125]翁孟炎低溫甲醇洗氣液平衡研究(下)化肥工業(yè),1991,18-100E012(4):10-1630003500400450050055006]皮銀安低溫甲醇洗相平衡模型和氣液平衡計算(1)相平衡圖4甲醇流量對塔頂HS摩爾分率的影響模型J湖南化工,1997,27(4):1-5門(mén)7皮銀安低溫甲醇洗相平衡模型和氣液平衡計算(2)氣液平4優(yōu)化模擬結果衡計算湖南化工,1998,28(1):15-18口Process Simulation and Parameter Optimization of RectisolQIN Li, SHI Xian-lin, LI Yu-an, ZHAO Hai-guan(School of Chemical Engineering, East China University of Science and Technology, Shanghai 200237,ChinaAbstract: For the difficulty in determining the vapor-liquid equilibrium data of Rectisol system and few literaturereports. Vapor-liquid equilibrium data of this system is predicted with the UNIFAC group contribution method, thensimulation model of separating Rectisol is set up based on ASPEN PLUS in this paper. The result shows that the model issatisfactorily agree with the real operation condition of the industryOn this basis, the influences of severalparameters such as methanol now and methanol temperature on the separation process is studied. The optimizationoperation parameters are obtained which can be used to improve the process.Key words: Rectisol; process simulation; parameter optimization; ASPEN PLUS