煤制氣低溫甲醇洗酸性氣體吸收模擬與優(yōu)化

第43卷第5期當代化工Vo1.43,No.52014年5月Contemporary Chemical IndustryMay,2014煤制氣低溫甲醇洗酸性氣體吸收模擬與優(yōu)化季冬,葉楓,王成(新疆大學(xué),新疆烏魯木齊830046)摘要:采用 Aspen Plus軟件,在非平衡級模型的前提下,分別使用不同的物性方法對兩酸性氣吸收塔進(jìn)行模擬計算,建立能夠較好反映實(shí)際狀況的酸性氣吸收的過(guò)程模擬,并在此基礎上對酸性氣吸收過(guò)程進(jìn)行分析和甲醇流量?jì)?yōu)化,得到更合理的工藝參數關(guān)鍵詞:低溫甲醇洗;物性方法;過(guò)程模擬;優(yōu)化中圖分類(lèi)號:TQ08文獻標識碼:A文章編號:1671-0460(2014)05-0756-03Simulation and optimization of acid gas absorption in rectisol ProcessJ Dong, YE Feng, WANG Cheng(Xinjiang University, Xinjiang Urumqi 830048, ChinaAbstract: With the aid of software Aspen Plus, the rectisol acidic gas absorption column was simulated and analyzedunder the non-equilibrium stage model, the simulation result could fit the design value. On this basis, the absorptionprocess was analyzed, and the methanol flow was optimized, more reasonable operation parameters were obtainedKey words: Rectisol; Property method; Process simulation; Optimization低溫甲醇洗采用的吸收劑為低溫的甲醇,利用低溫的甲醇對酸性氣體具有較大溶解度物理特性,脫除粗煤氣中的酸性氣體(H1S、CO2,具有吸收能力強、選擇性好、再生能耗低和氣體凈化度高等特點(diǎn)。為了更準確地模擬煤制氣酸性氣的吸收,更為準確地估計溫度、流量和濃度沿塔的分布,本文以速率控制的非平衡級模型為前提,并沒(méi)有沒(méi)有引入級效率、等板高度等量。由于體系十分復雜,各組分差異大,同時(shí)含有非極性和極性締合組分,需要針對實(shí)際流程,采用不同物性方法進(jìn)行對比篩選得到與實(shí)際最為吻合的過(guò)程模擬。本研究以國圖1酸性氣體吸收塔流程簡(jiǎn)圖內某年產(chǎn)50億ta煤制天然氣項目為研究背景,建Fig 1 Flowsheet of acidic gas absorption column立了酸性氣體吸收的過(guò)程模擬,模擬結果與實(shí)際較來(lái)自變換冷卻工段的粗煤氣進(jìn)入低溫甲醇洗好吻合,可以為實(shí)際生產(chǎn)提供技術(shù)支持裝置后,由于溫度較高,在經(jīng)過(guò)一系列的低溫流股換熱后得以冷卻(圖1)。之后粗煤氣物流1進(jìn)入HS1低溫甲醇洗吸收流程吸收塔T613A01底部的粗吸段用少量的無(wú)硫甲醇低溫甲醇洗實(shí)現了在同一裝置中脫除HS富液(流股11)進(jìn)行洗滌,預洗甲醇富液(流股CO2、COS、CHlo、HCN、NH3、H2O、C2以上烴類(lèi)13)從塔底離開(kāi)HS吸收塔,然后進(jìn)人甲醇再生系包括輕油、芳香烴、石腦油、烯烴及膠質(zhì)物等)統。預洗后的粗煤氣進(jìn)人HS吸收塔的主脫硫段,等多種雜質(zhì),與其它凈化方法特別是NHD凈化工該段塔板較多,用來(lái)自CO吸收塔底的無(wú)硫甲醇富藝相比較而言,低溫甲醇洗工藝的優(yōu)點(diǎn)是工序相對液(流股10)噴淋洗滌,脫除粗煤氣中的HS和單一合理,方便于操作管理。另外碎煤加壓氣化壓COS等含硫化合物。脫硫后的煤氣由HS吸收塔力較高,氣體中CO2、HsS分壓相對較高,本身就頂部出來(lái)后進(jìn)亼CO收埁T513A0底部。在CO2有利于發(fā)揮低溫甲醇洗物理吸收的特性吸收塔內分中國煤化工用來(lái)自CO2CNMHG收稿日期:2013-10-28作者簡(jiǎn)介:季冬(1988-),男,碩士,研究方向:從事低溫甲醇洗模擬工作。通訊作者:葉楓(1956-),女,教授,碩士生導師,研究方向:從事計算機模擬研究工作。第43卷第5期季冬,等:煤制氣低溫甲醇洗酸性氣體吸收模擬與優(yōu)化閃蒸塔的甲醇半貧液和上段來(lái)的甲醇液匯合洗滌煤氣。在上段和中段為CO2吸收塔的精洗段,分別T011用來(lái)自熱再生塔的低溫精甲醇和含有少量溶解氣的低溫甲醇進(jìn)一步除去殘余的CO2和微量的HS使煤氣中CO2量含小于1.5%(mole分數)、總含硫量<0.1×10°,達到要求后然后送入甲烷化裝置。2低溫甲醇洗吸收過(guò)程模擬吸收是一種典型的汽液傳質(zhì),對于非理想性較強的組分體系,考慮到多組分傳質(zhì)是各組分間的相互影響,非平衡級模型能針對每一相分別列出能圖2酸性氣體吸收塔模擬流程量平衡方程、組分的物料平衡方程、質(zhì)量和能量傳Fig2 Flowsheet of gas absorption simulation遞速率方程,以及兩相界面的相平衡方程,并對它而且其余3種物性方法均適用于計算高溫、高們進(jìn)行同時(shí)求解,具有一定的優(yōu)越性。圖2為低壓以及接近臨界點(diǎn)混合物。模擬結果表明,脫硫塔溫甲醇洗酸性氣體吸收模擬流程T1011和T1012的ⅣSRK和SR- POLAR模型模擬結本文在非平衡級基礎上,根據文獻-報道選取果與設計值比較接近,而脫碳塔T1021、m1022和了PSRK、SR- POLAR、 RKSWS和PRwS4種物性T1023采用以上4種模型的結果都不是很理想,特方法對低溫甲醇洗酸性氣體吸收進(jìn)行了模擬。PSR別是在質(zhì)量流率和溫度上存在非常大的誤差,因模型適用于含輕氣體的極性或非極性混合物,是建此對PSRK模型進(jìn)行了修正,修正后的模型模擬結立在SRK狀態(tài)方程基礎上同時(shí)采用 Holdman果質(zhì)量流率、摩爾組成、溫度和壓力的相對誤差都- gmelin混合規則的模型在2%內,表1為模擬結果與設計值的對比結果基本接近,HS和CO2摩爾分數率遠高于設計要求。表1模擬值與設計值比較Table 1 Comparison of simulated values and design values組分(摩爾分數)質(zhì)量流率溫度/H2HSCHO設計值0.01300.1×100.00290.00010.6350.00830.2860.00010.144210836539.03模擬結果分析與優(yōu)化的溶解,充分說(shuō)明了HS氣體溶解熱小。從圖4可以看到,隨著(zhù)氣相中CO濃度的顯著(zhù)下降,從塔頂3.1模擬結果分析進(jìn)入的大量-42℃的精甲醇中和了大量的溶解熱,脫硫段分為粗吸段和精吸段,由分流器調節甲導致出口氣體溫度不升反降。醇富液的流量,以滿(mǎn)足出塔氣硫含量≤0.1×10°脫碳段分為三段,上段采用精甲醇作為吸收劑,以保證出塔氣的CO2≤1.5%。從圖3脫硫段溫度和HS濃度分布和圖4脫硫段溫度和CO2濃度分布兩圖中可明顯看到,粗煤氣中HS含量和CO2含量明顯下降,而且在HS吸收塔塔底部的塔板吸收效果較明顯,CO吸收塔頂部的塔板吸收效果比較明顯,這主要是由于HS的溶解度遠大于CO,在脫硫塔內,三塔底HS大部分被低溫的甲醇吸收,而脫碳塔內,l1.431.031.1.il.由于有大量的冷量進(jìn)入時(shí),CO2的溶解熱得以中和吸收效果才非常明顯。圖3脫硫塔溫度和HS濃度分布此外,從圖3可以看出HS在溶解過(guò)程中,溫Fig 3 Distribut中國煤化工 oncentration度上升不明顯,而且溫度的上升還歸因于其他氣體CNMHG758當代化工2014年5月從第16塊塔板到第36快塔板CO2濃度基本不表中可以看到,當脫硫塔HS濃度超標是可以適當變可以推測這是由CO2的溶解熱過(guò)大引起的。增加分流器FS1分率,當脫碳塔塔頂CO2濃度超標Rl.sk FIO時(shí),可適當增加甲醇流量。從優(yōu)化結果可以看出設計值均在所優(yōu)化的范圍之內,對試車(chē)和實(shí)際生產(chǎn)具有一定的指導意義。4結論(1)本文使用 Aspen Plus軟件,在非平衡級前提下,采用修正后的PSRK物性方法,建立了酸性氣吸收的模型,模擬結果與設計值很好的吻合0. Il 21.6好的反映了實(shí)際工況。.((2)根據模擬結果,研究了HS和CO2的吸收圖4脫碳塔溫度和HS濃度分布過(guò)程在塔內的隨溫度的變化。Fig 4 Distribution of temperature and CO2 concentrationin absorption column(3)通過(guò) Aspen Plus軟件中的靈敏度分析3.2參數優(yōu)化到了控制甲醇流量的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的優(yōu)化結果。表2優(yōu)化結果參考文獻Table 2 Optimization1]張詡人低溫甲醇洗及其改進(jìn)型工藝J煤化工,1992(3):38-43.粗煤氣進(jìn)料/(kgh)629582]李保紅用 ChemSep軟件研究氣液傳質(zhì)的非平衡級與平衡級模型FS2分流率(19)J石油化工,FSI分流率(25)3]周建均.林德低溫甲醇洗工藝的發(fā)展和改進(jìn)化學(xué)工程,1993,21精甲醇(7)/(kgh)98842~4256484]王維德. Maxwell-sean方程及其在相間傳質(zhì)中的應用[化學(xué)工甲醇(6)/(kgh)324000-367532甲醇循環(huán)量的優(yōu)化是低溫甲醇洗工段的一個(gè)關(guān)[5]肖珍平,房鼎業(yè),等.低溫甲醇脫碳工藝熱力學(xué)模型和過(guò)程模擬研究團化學(xué)工程,201139(7):74-7鍵,對節省操作費用有著(zhù)至關(guān)重要的意義。在其他6]李慶會(huì ).基于非平衡級模型的低溫甲醇洗流程模擬研究Ⅳ大連工況不變的前提下對甲醇的循環(huán)量進(jìn)行優(yōu)化。針對大連理工大學(xué),2012.本工藝的特點(diǎn),選取了兩個(gè)優(yōu)化對象:一分離器7秦莉.低溫甲醇洗吸收塔工藝模擬與過(guò)程參數優(yōu)化安徽化工,FSI的分率,二脫碳塔塔頂和中段的甲醇流量。利2010.36(3):51-53用 Aspen的靈敏度分析功能,優(yōu)化結果如表2。從(上接第719頁(yè))參考文獻[4]李東勝,張毅,宋毅,翟玉春潤滑油基礎油糠醛精制工藝加助劑[1]李明學(xué)液相絡(luò )合脫氮工藝在石油一廠(chǎng)基礎油生產(chǎn)中的應用遼脫氮小試研究門(mén)石油化工高等學(xué)校學(xué)報,2011,241):41-435]岳紅霞,程云,李東勝,宋義絡(luò )合法潤滑油脫氮研究撫順石油寧化工31(9):378-3812]蔣曉明,陳月珠應用絡(luò )合脫氮新工藝提高潤滑油基礎油氧化安定學(xué)院學(xué)報,1998,18(1):12-14.性的研究石油煉制與化工,199,309):28-31[6]于道勇,徐海,闕國和石油非加氫脫氮技術(shù)進(jìn)展化工進(jìn)展,20013]黃克明,江綠深,朱永飛絡(luò )合反應法脫除潤滑油中的堿性氮化物」35潤滑油,199,14(5):49-51中國煤化工CNMHG