低溫甲醇洗脫碳塔系統模擬與改造方案的研究

2010年8月去氨Aug.2010第33卷第4期Large Scale Nitrogenous Fertilizer IndustryVol 33 No, 4低溫甲醇洗脫碳塔系統模擬與改造方案的研究張雙雙1王東巖2楊亭1常虹1于金貴3李海波3張述偉(1.大連理工大學(xué)化工學(xué)院,遼寧大連,116012;2.陜西延長(cháng)石油集團榆林煤化公司,陜西榆林,7190003.本溪北方煤化工有限公司,遼寧本溪,117000)摘要闡述低溫甲醇洗脫碳塔系統在焦爐氣合成氨的工藝流程中氣體凈化工段的應用以及改造方案的研究。改造后的流程在原脫磯工藝基礎上增加了脫碳塔的塔底循環(huán),即脫碳塔塔底液相部分經(jīng)氨冷器冷卻后重新進(jìn)入脫碳塔下塔再吸收CO2,提高了系統CO2在甲醇溶液中的飽和度。本文用通用流程模擬軟件對脫碳塔系統進(jìn)行了模擬分析解決了實(shí)際生產(chǎn)中冷量不足的問(wèn)題,并使生產(chǎn)達到了滿(mǎn)負荷關(guān)鍵詞低溫甲醇洗脫碳塔模擬改造方案焦爐氣是制取焦炭時(shí)產(chǎn)生的副產(chǎn)品,是煤焦解度和吸收速度。這些優(yōu)點(diǎn)使低溫甲醇洗不僅降化過(guò)程得到的可燃氣體。我國目前的焦炭產(chǎn)量位低了H2、N2損失,又得到高純度的CO2以滿(mǎn)足合居世界首位,而大規模的焦炭生產(chǎn)將面臨一個(gè)十成氨工藝⑤58的要求,也能滿(mǎn)足克勞斯硫回收裝置分重要的焦爐氣出路問(wèn)題。焦爐氣的主要成分是的富硫氣體9的要求。因此該工藝適用于以煤、重氫氣、甲烷和一氧化碳,如果將大量的焦爐氣排放油、瀝青等重質(zhì)烴類(lèi)為原料的合成氨、羰基合成氣、到空氣中,必將造成大氣的嚴重污染,而且浪費寶甲醇合成氣、城市煤氣等過(guò)程的氣體凈化0。貴的化工資源。在這種背景下,結合市場(chǎng)經(jīng)濟、環(huán)某廠(chǎng)裝置是以引進(jìn)國外低溫甲醇洗脫硫、脫境等因素,采用焦爐氣來(lái)生產(chǎn)市場(chǎng)前景良好的氨碳裝置為基礎,為適應原料氣改為焦爐氣這一特產(chǎn)品,可以使焦化工程成為既環(huán)保又能取得較佳點(diǎn)改造而成的,屬于“兩步法”低溫甲醇洗工藝,即經(jīng)濟效益的項目。所以焦爐氣合成氨項目具有十焦爐氣先進(jìn)行脫硫,脫硫后去變換,變換后的變換分明顯的環(huán)保意義和經(jīng)濟意義13。本文采用通用氣再進(jìn)行脫碳流程軟件進(jìn)行流程模擬,軟件中含有大量的物質(zhì)12脫碳塔系統流程性質(zhì)參數和混合物數據與表征方法、以及熱力學(xué)脫碳塔系統流程見(jiàn)圖1。進(jìn)人甲醇洗凈化系統模型,能夠保證模擬的準確性。的變換氣在進(jìn)人脫碳塔之前,先進(jìn)行氨冷及分離,再進(jìn)入脫碳塔進(jìn)行CO2的吸收。1工藝介紹脫碳塔為浮閥塔,分為上、中、下三部分。上部11低溫甲醇洗工藝為精洗段,中部為主洗段,下部為初洗段。塔頂部由德國林德公司和魯奇公司開(kāi)發(fā)的低溫甲醇進(jìn)入洗滌甲醇(130),中部主洗段加入汽提塔脫除洗凈化法,是一種利用物理吸收凈化氣體中酸性CO2后送來(lái)的循環(huán)甲醇(127),吸收過(guò)程中,由于組分的方法。甲醇在低溫下黏度比較小,具有良好CO2溶解放熱,溶液的溫度會(huì )升高直至接近平衡,的傳熱和傳質(zhì)性能,對HS、CO2等氣體的吸收量因此,主洗段后要及時(shí)地將溶液(104)引出進(jìn)行冷大選擇性高能夠使溶液循環(huán)量小,能耗較低,從卻,使CO2吸收過(guò)程能夠繼續進(jìn)行。脫除CO2后的而很好地凈化原料氣;甲醇具有較好的熱穩定性和化學(xué)穩定性,吸收酸性氣體后不會(huì )發(fā)生降解;同收稿日期:201001-27;收到修改稿H期:2010-05-19作者簡(jiǎn)介:張雙雙,女,1985年出生,2010年畢業(yè)于大連條件下,CO2在甲醇中的溶解度比H2N2等惰性大學(xué)化工學(xué)院化學(xué)工藝專(zhuān)業(yè),在讀研究生。電話(huà):13591793962氣體大得多,同時(shí)甲醇中H2S比CO2有更大的溶mail:zhangss.hnan@@yahoo.com.cn222去五」2010年第33卷凈化氣(101)從塔頂部引出直接送往液氮洗。留3)塔底增加一部分回流經(jīng)氨冷到-29℃重新回到脫碳塔下部,通過(guò)增加系統甲醇溶液中二氧化碳的飽和度來(lái)達到滿(mǎn)負荷。本文采用這種方法進(jìn)行改造,改造后流程在圖1上增加了虛線(xiàn)部分。3脫碳塔系統核算分析114在原流程核算準確的前提下,保持設備數據和結構參數不變進(jìn)行了一系列的模擬和分析。圖2顯示的是在原設計流程的基礎上,當變換氣為滿(mǎn)圖1脫碳塔系統改造前后流程負荷流量時(shí),不加循環(huán),僅改變洗滌甲醇流量對脫C1一二氧化碳吸收塔;C—一汽提塔;Ⅴ一閃蒸罐;Ⅴ:閃蒸鱷;碳塔塔頂出口凈化氣CO2含量的影響。Ⅴ」一閃燕罐;Ⅴ←真空閃蒸罐;V真空閃蒸罐;Ⅴ閃蒸罐0.014富含CO2的甲醇富液從脫碳塔的底部出來(lái)r0.n12經(jīng)氨冷器冷卻,減壓閃蒸后在分離罐分離,氣相中新.10含有H2等有用氣體,減壓后經(jīng)回收冷量后送往原0料氣壓縮機二段入口。液相經(jīng)減壓、閃蒸、分離后,氣相作為CO2產(chǎn)品氣的第一部分。液相經(jīng)換熱升溫再閃蒸分離后,氣相作為CO2產(chǎn)品氣的第二部035004000400500055006000洗滌甲醇(130)量/kmol·h分。液相用泵送往兩級真空閃蒸,兩股閃蒸氣匯合圖2洗滌甲醇流量對脫碳塔塔頂作為CO2產(chǎn)品氣的第三部分。為了使半貧液中CO2出口凈化氣CO2含量的影響含量進(jìn)一步降低,液相送往汽提塔經(jīng)N2汽提,從從圖2中可以看出,在塔結構參數和洗滌甲塔底出來(lái)的液相,部分作為半貧液送到脫碳塔。醇溫度一定的情況下,洗滌甲醇流量越多,脫碳塔塔頂凈化氣中CO2含量越低,但隨著(zhù)洗滌甲醇流2脫碳塔系統改造方案量的增加,凈化氣中CO2含量已經(jīng)滿(mǎn)足凈化要求本裝置是國外引進(jìn)的設備,能夠保證在滿(mǎn)負不需要再增加洗滌甲醇的流量,否則只會(huì )增加能荷情況下正常運行。目前工廠(chǎng)的脫碳塔工序負荷耗。從圖3中可以看出洗滌甲醇流量在4500kmol/h72%-75%,出脫碳塔的凈化氣中CO2含量在3×106左右時(shí),塔頂CO2含量已經(jīng)小于3×106,因此洗滌以下。為了使脫碳塔系統保證凈化氣中CO2含量,甲醇比較合適的值在4500kmo/h左右。且能夠滿(mǎn)負荷運行,本文進(jìn)行詳細的核算和分析,并提出改造方案和優(yōu)化措施。在現有原料氣中CO2含量為18.39%,無(wú)法保證凈化氣指標合格的基礎上進(jìn)一步提高負荷的情況下,解決系統瓶頸問(wèn)題,可能的措施有三項。1)盡可能補冷,將原流程的中間換熱器(E01)換00.20.40.60.81.01.2為氨冷器。通過(guò)分析發(fā)現現場(chǎng)氨冷器氨冷后的物C塔底循環(huán)分率,%流溫度在-29℃,而現場(chǎng)(104)已經(jīng)低于-30℃,因此圖3脫碳塔底循環(huán)量分率對塔頂出口冷量無(wú)法補充進(jìn)去,此方案不可行。凈化氣CO2含量的影響2)取消冷物流閃蒸分離液相(112)過(guò)早在中圖3是在70%負荷下,不改變其他參數,即在間換熱器中回收冷量,不換熱,直接送入下一級閃洗滌甲醇流量和溫度及塔結構參數保持不變時(shí)蒸,盡量使最后一級真空閃蒸后的溫度維持在最分析增加脫碳塔塔底循環(huán)量分率對塔頂出口凈化低溫。該法合理,但系統中沒(méi)有更合適的冷源來(lái)冷氣CO2含量的影響。從圖3中可以看出,脫碳塔底卻,因此綜合考慮各種因素,中間換熱器仍然保增加循環(huán)量對塔頂出口CO2含量影響較大,隨著(zhù)第4期張雙雙等,低溫甲醇洗脫碳塔系統模擬與改造方案的研究223塔底循環(huán)量(循環(huán)分率)的增加,塔頂岀口凈化氣塔底循環(huán)量分率和洗滌甲醇流量,即脫碳塔底循CO2含量越來(lái)越小,說(shuō)明增加塔底循環(huán)的方法是有環(huán)量分率為0162,汽提塔底循環(huán)量分率為0.35和效的?？紤]循環(huán)量增加對塔結構及能耗的影響,塔洗滌甲醇流量3879kmol/h后,對全流程進(jìn)行了最底循環(huán)量應該在保證塔頂出口凈化氣指標合格的優(yōu)化模擬。表1、表2分別為現場(chǎng)70%負荷、改造后基礎上取合適的值100%時(shí)全流程關(guān)鍵流股的數據。從表中的模擬結綜合考慮實(shí)際因素,優(yōu)化調整洗滌甲醇和脫果可以看出,變換氣由原來(lái)的3971kmol/h變?yōu)楦奶妓籽h(huán)量分率使脫碳塔能夠在滿(mǎn)負荷下正常造后的5650 kmol/h,脫碳塔塔頂凈化氣中CO2含運轉。在洗滌甲醇和脫碳塔底循環(huán)量分率一定的量也在273×10,滿(mǎn)足了設計要求。情況下,分析汽提塔底循環(huán)量分率對脫碳塔塔頂0.07出口凈化氣CO2含量的影響,使參數得到優(yōu)化,見(jiàn)圖4。從圖4可以看出,在洗滌甲醇流量和脫碳塔王0.004量003底循環(huán)量分率一定的情況下,汽提塔底循環(huán)量分率在大于0.2時(shí),脫碳塔塔頂出口凈化氣CO2含量基本上變化不大,在循環(huán)量分率大于0.34時(shí),塔頂0.20.40.6D.8出口CO2含量小于3×10圖4汽提塔底循環(huán)量分率對脫碳塔塔頂在確定了最佳的脫碳塔底循環(huán)量分率、汽提出口凈化氣CO2含量的影響表170%負荷時(shí)全流程關(guān)鍵流股的數據物流號101130溫度A℃45.840.2壓力/MPa流量/ kmolh摩爾分數H20.754800254H82m0H20000000.004600050N20004100278000170.00000.000108273099502.4×100.14200.0050000000.00000.0000000000.0000表2改造后100%負荷時(shí)全流程關(guān)鍵流股的數據物流號10313溫度/℃42.5壓力/MPa4.53氣相分率流量/ kmolh21919摩爾分數00228980.0045500E-034.10E-03N200285003620001300014128E030.00180.0000CHA00000094780.9950.18392.73×106739E04000000.00000.00000.00000224瓦2010年第33卷結論應該避免含有其他雜質(zhì),要脫除貧液中的有機硫通過(guò)模擬分析工廠(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)流程中的工況條和苯等雜質(zhì),同時(shí)含水量應盡可能少。件,提出了符合工廠(chǎng)實(shí)際條件的合適的低溫甲醇參考文獻洗脫碳塔系統工藝流程的改造方案,并通過(guò)對全1唐宏青,碳一化工的寶貴原料一一焦爐氣.媒化工,2005流程的模擬分析,確定了最優(yōu)的工藝參數。從模擬(114):1-72王育紅.利用焦爐氣生產(chǎn)甲醇的探討.煤氣與熱力,2005,25分析中可以得出以下結論。(10):54-551)低溫甲醇洗是一種節能型的成熟可靠的酸3石安平,鄭建南焦爐氣聯(lián)產(chǎn)粗醇的探討與實(shí)施,中氮肥,200性氣體凈化工藝,具有吸收能力大、選擇性好、凈化度高、操作彈性大等特點(diǎn),是一種值得推廣的氣王靜康.化工設計.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1995.276-290體凈化方法。5 JW Sweny et al. Physical Solvent Stars in Gas Treatment/purifi2)本文提出的改造方案中整個(gè)工藝流程裝置cation, Chemical Engineering, 1970, 77(19): 54-566 H Wesis. Rectisol wash purification of partial oxidation gases.變動(dòng)小,經(jīng)濟實(shí)用,不僅可以滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)的工藝Gas Separation and Purification, 1988, 2(12): 174要求,而且能夠保證滿(mǎn)負荷正常運轉。7汪家銘.低溫甲醇洗凈化工藝的技術(shù)進(jìn)展及應用概況.化肥設3)低溫甲醇洗脫碳塔系統中冷量不足,可以2008,4(1):25-26通過(guò)提高二氧化碳的飽和度來(lái)增加系統解吸制冷8徐承德等17MPa碳酸丙烯酯脫碳改為NHD脫碳技術(shù)總結小能力來(lái)補充冷量,即甲醇循環(huán)量應該控制在合適氮肥設計技術(shù),1998,19(1):35-379郭建民.低溫甲醇洗工藝探討.內蒙古石油化工,1999,25(2)的范圍內,在保證凈化氣達標的基礎上,盡量減少5-57系統中的甲醇循環(huán)量。10朱世勇.環(huán)境與工業(yè)氣體凈化技術(shù).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,20014)盡可能提高甲醇的吸收能力,即甲醇貧液SIMULATION OF DECARBURIZATION TOWER SYSTEM IN RECTISOLAND STUDY ON TRANSFORMATION SCHEMEZhang Shuangshuang, Yang Ting, Chang Hong, Zhang Shuwei(School of Chemical Engineering, Dalian University of Technology, Dalian, 116012)Wang Dongyan(Yulin coal-Chemical Co., Shaanxi Yanchang Oil Group, Yulin, 719000)Yu Jingui, Li HaiboBenxi Northern Coal-Chemical Corp . Ltd, Benxi, 117000)Abstract The application and study on the retrofit scheme of decarburization tower systemto Rectisol Process in the gas purification section of the process from coke oven gas to ammoniaare described. The retrofitted process, based on the original de-C process, has added a de-Ctower bottom circulation, i. e. the liquid phase from the tower bottom, being cooled down in ammonia cooler, re-enters the lower portion of de-C tower for re-absorption of CO2 to have theCO2 saturation in methanol solution. A simulated analysis using general-purpose process simulation software of de-C tower system is carried out and the problem of insufficient refrigeration capacity in actual production is solved to bring the production to be at a full loadKey words: Rectisol, de-C tower, simulation, retrofit scheme歡迎投稿、歡迎訂閱、歡迎刊登廣告!