第19卷第2期甘肅科學(xué)學(xué)報Vol 19 No. 22007年6月urnal of Gansu SciencesJun.2007低溫甲醇洗工藝流程模擬——甲醇洗滌塔旳模擬孫津生12,李燕(1.天津大學(xué)化工學(xué)院,天津300072;2.天津大學(xué)精餾技術(shù)國家工程研究中心,天津300072)摘要:利用^ spen Plus軟件對低溫甲醇洗系統(tǒng)的甲醇洗塔進(jìn)行了模擬計算.通過應(yīng)用該軟件提供的不同模型進(jìn)行模擬計算對比,可以確定 RKSWS模型較為接近,對二元交互作用參數(shù)進(jìn)行修改修改后的模型是一種適用于模擬甲醇洗滌塔工藝過程計算的模型.模擬計算分析結(jié)果表明:溫度和流量的誤差都很小,各組分含量的誤差也很小,均在1%之內(nèi).由此可知,修改后的模型可以較好的應(yīng)用于甲醇洗滌塔工藝流程中關(guān)鍵詞:低溫甲醇洗;^ spen Plωs;模擬;熱力學(xué)模型;甲醇洗滌塔中圖分類號:TQ018文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1004-0366(2007)02-0050-04Process simulation for Rectisol-Simulation for Methanol wash ColumnSUN Jin-sheng,2(1. School of Chemical Engineering and Technology, Tianjin University, Tianjin 300072, Ch2. National Engineering Research Center of Distillation Technology, Tianjin University, Tianjin 300072, China)Abstract: With the aid of process software Aspen Plus, a recsitol unit of methanol wash column isansferred and set up in the software and calculation is performed. Calculated and compared with differentthermodynamics equations in Aspen Plus, model rKsWS is used. Then modify the binary parameters ofRKSWS. The modified model is a suitable state in methanol wash column of recsitol unit. The analocomputation result indicates the error of temperature and mole flow is very little, so are compounds. Sothe modified model is good for methanol wash column of recsitol unitKey words: recitol; Aspen plus; simulation; thermodynamics equation; methanol wash column低溫甲醇洗系統(tǒng)是由德國林德公司和魯奇公司經(jīng)濟(jì)效益.但尚未見到關(guān)于低溫甲醇洗系統(tǒng)的過在2θ世紀(jì)50年代共同開發(fā)的一種氣體凈化方法.程模擬和介紹如何利用軟件專用模型進(jìn)行模擬計算該工藝采用低溫甲醇用物理吸收的方法將原料氣中的相關(guān)報道我們采用 Aspen Plus對過程進(jìn)行模擬的高濃度酸性氣體(例如硫化物和CO2等)除去.計算,結(jié)合工藝包數(shù)據(jù),對相應(yīng)的熱力學(xué)模型進(jìn)行了適用于以煤、重油、瀝青等重質(zhì)烴類為原料的合成選擇和修正,得到對于指定的進(jìn)料條件可以作為工氨、羰基合成氣、甲醇合成氣、城市煤氣等氣體凈化2.藝數(shù)據(jù)包來使用的工藝流程Aspen plus軟件是由美國 Aspen Tech公司開發(fā)的通用工藝模擬軟件,可用于化工、煉油工藝流程低溫甲醇洗工藝流程模擬計算, Aspen plus軟件具有多種熱力學(xué)模型、V了中國煤化工甲醇以物理吸收的方含有大量的物質(zhì)性質(zhì)參數(shù)以及混合物數(shù)據(jù)與表征方將CNMHG酸性氣體除去,得到純法3.截至目前,國內(nèi)有一些專家使用此軟件對乙烯凈氣體m毆任氣俸過吸、氣提等手段由甲醇溶裝置的油洗塔和分離系統(tǒng)、酯生產(chǎn)的反應(yīng)精餾及C;液中釋放出來,再進(jìn)行下一步利用,該工藝主要由萃取丁二烯等工藝構(gòu)成進(jìn)行了模擬,獲得了較好的甲醇洗滌塔、CO再生塔、∏♂S濃縮塔、甲醇再生塔收稿日期:2006-12-16第19卷孫津生等:低溫甲醇洗工藝流程模擬——甲醇洗滌塔的模擬51和甲醇水分離塔五部分組成.低溫甲醇洗工藝流程見圖1勺HEobItEISTolUI區(qū)IIsFttHzClIlSVDTIV L圖1低溫甲醇洗模擬工藝流程C110:脫硫塔;C120:粗吸塔;C130:主吸塔;C140:精吸塔;C2σ0:CO2再生塔;C310:HS濃縮塔;C320:H3S濃縮塔;C400:甲醇再生塔;C500:甲醇水分離塔;V11、V21、V22、V23、V24、V25、V31、V41皆為閃蒸罐在此工藝模擬過程中最重要、模擬難度最大的相平衡的模型. Aspen提供了計算6000多種純物就是甲醇洗滌塔.甲醇洗滌塔的主要玏能是在低溫質(zhì)的物理性能旳模型和計算混合物物性的模型;計高壓下利用甲醇對酸性氣體良好的物理吸收性能脫算各種不同物系的氣一液、液一液兩相、氣一液一液除原料氣(即變換氣)中絕大部分的CO和硫化物三相平衡的模型,這些模型包括計算氣相逸度的幾氣體雜質(zhì).這些氣體脫除的干凈程度制約著后繼工個氣體的狀態(tài)方程,計算液相活度的模型η.因此應(yīng)序操作的好壞,所以對甲醇洗滌塔進(jìn)行了模擬研究,該選擇偏差較小的模型.根據(jù)物系的性質(zhì)選擇了即塔V11、C110、C120、C130和C140.在實(shí)際工程N(yùn)RTL、SR- PLOAR、PSRK、 RKSWS4種模型進(jìn)行中,此處是一個逆流吸收塔,塔中分成5段,最底部模擬計算,對結(jié)果進(jìn)行分析的作用是將降溫后氣體中所含的微量液體分離,可)對于閃蒸罐V11,NRTL模型較適合,其他以看作是閃蒸罐.分離后的氣體依次進(jìn)入塔的脫硫狀態(tài)方程無法計算分析原因,對于低溫含水的極性段,粗吸段、主吸段和精吸段,主要作用為吸收氣體體系,狀態(tài)方程法不適合而活度系數(shù)法較為合適中的硫和CO2,皆可看作是單獨(dú)的吸收塔.為了使模2)對于脫硫塔C110,NRTL模型計算結(jié)果不擬過程簡潔和高效,易于收斂將甲醇洗滌塔分為閃十分準(zhǔn)確,而SR- PLOAR模型、PSRK模型和蒸罐(V11)、脫硫塔(C110、粗吸塔(120)、主吸塔RKSWS模型計算結(jié)果可以認(rèn)為有效,但是皆不精(C130)、和精吸塔(C140分別對其模擬,在得出有確,只有 RKSWS模型較為接近.分析原因活度系數(shù)效的結(jié)果后再將其組合法不適合中高壓體系,而在低溫下,二元交互作用參2模型的選擇與修改數(shù)與實(shí)際之間誤差較大,造成活度系數(shù)法結(jié)算結(jié)果對于一個特殊的體系和具體裝置所涉及的物誤中國煤化工CNMHG性,模擬是否能正確反應(yīng)它的操作,是否能用于設(shè)計主吸塔C130、精吸塔和指導(dǎo)操作的關(guān)鍵在于選用正確的計算模型包C140NRTL模型計算結(jié)果不十分準(zhǔn)確,而SR括計算純物質(zhì)物理性能的模型,如計算純物質(zhì)和混 PLOAR模型、PSRK模型和 RKSWS模型計算結(jié)合物系的自由能、反應(yīng)熱、焓、熵、密度、蒸汽壓等等;果可以認(rèn)為有效,但是皆不精確,只有 RKSWS模型也包括計算體系氣一液、液一液兩相、氣一液一液三較為接近.分析原因活度系數(shù)法不適合中高壓體系,52甘肅科學(xué)學(xué)報2007年第2期而在低溫下,二元交互作用參數(shù)與實(shí)際之間誤差較只有使用多元系的氣液平衡數(shù)據(jù)才能作為計算大,造成狀態(tài)方程法結(jié)算結(jié)果誤差較大依據(jù),但魯奇和林德公司的氣液平衡數(shù)據(jù)屬于專利經(jīng)計算分析,閃蒸罐V1l使用NRTL模型與沒有公開發(fā)表自20世紀(jì)70年代末起,國內(nèi)開始進(jìn)工藝包數(shù)據(jù)較為相符,吸收塔C110、C120、C130和行低溫甲醇洗氣液平衡研究建立多元體系的氣液C140使用 RKSWS模型較為接近,但是依然不相平衡數(shù)學(xué)模型1,進(jìn)行甲醇洗凈化工藝模擬計算符,分析原因:由于低溫甲醇洗凈化系統(tǒng)的主要組分和低溫甲醇洗專利技術(shù)工藝特色的開發(fā)由于所發(fā)有CHOH、H、CO2、H2S、N2、CO、CH4、Ar、HO和表文獻(xiàn)的物性參數(shù)只有-40C~20C,尚不能達(dá)到COS等,該體系既含締合、極性組分甲醇,又存在量最低溫度,參照此數(shù)據(jù),根據(jù)溫度的影響對氣液平衡子氣體氫,在低溫(最低達(dá)到-60C)、加壓(3546數(shù)據(jù)進(jìn)行估算,在 Aspen plus中對二元交互作用參kPa)下操作時部分組分超過臨界點(diǎn),所以非理想性數(shù)進(jìn)行修改,修改后 RKSWS模型的二元交互作用參數(shù)見表1很強(qiáng),因此造成計算模型估算的不準(zhǔn)確.表1修改后 RKSWS二元交互作用參數(shù)參數(shù)ARH2sCOS參數(shù)jCHO0.59911.25890.8758-0.51471.68690.67251.87960.12390.70523計算結(jié)果與分析氣體須符合下一步生產(chǎn)要求,必須使CO2和H2S脫除干凈,所以選擇CO2、H2、CO、H2S、流量和溫度進(jìn)對修改后的 RKSWS模型進(jìn)行模擬計算,所得行比較.選取流程中物流11?和118作為液相物流結(jié)果與工藝包數(shù)據(jù)較為相符.選擇其中重要流股進(jìn)中流股比較.物流117脫碳段結(jié)束后的液相流股,其行對比分析.選取流程中物流103和106作為氣相中CO2含量較高,也有部分HS,其它成分含量甚物流中流股比較.物流103為脫硫塔塔頂氣體,理論微,所以選擇CHOH、CO、H2S、流量和溫度進(jìn)行比上硫含量很低,同時也能脫洗部分CO2,而氣體中主較;物流118為脫硫段后液相流股,其中CO2和HS要成分為H2和CO,所以選擇CO2、H2、CO、HS、流含量較高,所以選擇CHOH、CO3、H3S、流量和溫度量和溫度進(jìn)行比較;物流106為精吸塔塔頂氣體,此進(jìn)行比較.數(shù)據(jù)對比及誤差值見表2表2甲醇洗滌塔重要流股主要成分的對比物流化學(xué)元素16模擬數(shù)據(jù)誤差/%模擬誤差/%0.31333200.015613.3294040.46390,092580,66933660.669409.473E0.21798040.21670.590900.30892631.320514.250E-084.546E-086,509023.841E-083.798E-081.142707流量/kmol·h-18054.198780470.089505537.6418409506溫度/K252.29054052.40000,04337226,8013200228.551900,76594物流化學(xué)元索118模擬原數(shù)據(jù)誤差/%774520.78660.19129340.19133.4292E-30.20728190.20630.475901.829E-071.82E-00,57755781.43E-030,02030流量/k14450溫度/K0,60252327217800251.2609中國煤化工%之內(nèi)在氣相中H和CO的誤差也很小HS和到培底增 CNMHG有塔板按塔C140塔頂由表2分析可知:溫度和流量的誤差都很小,在狽到增底、塔C120塔頂?shù)剿孜锪?06中CO的誤差較大,也小于5%,分析是含塔C110塔頂?shù)剿醉樞蜻B接起來進(jìn)行分析.由于量太低導(dǎo)致;在液相中各成分的誤差皆小于1%.由氣相中主要變化的成分為CO2、H2S、H2和CO,所以此可知,修改后的模型可以較好的應(yīng)用于甲醇洗滌選取這4種成分作為分析對象進(jìn)行分析見圖2(由塔工藝流程中于圖2(a)中HS摩爾百分含量太低,在圖中所顯示第19卷孫津生等:低溫甲醇洗工藝流程模擬——甲醇洗滌塔的模擬不明顯,故將其再做圖,見圖2(b))下降的趨勢比較明顯,從第15塊到第1塊塔板曲線由圖2可知:H2和CO的含量在第15塊到第整體呈下降趨勢;H2S的含量在第15塊到第10塊1θ塊塔板之間變化很小,在第ρ塊塔板到第Ⅰ塊塔塔板之間下降的趨勢很眀顯,在第Ω塊塔板到第1板上升的趨勢比較明顯,從第15塊到第1塊塔板曲塊塔板之間變化很小,從第15塊到第1塊塔板曲線線整體呈上升趨勢;CO2的含量在第15塊到第10整體呈下降趨勢.說明H3S的主要去除在吸硫段塊塔板之間變化很小,在第Ω塊塔板到第Ⅰ塊塔板αO的主要去除在吸碳段,而塔頂二者旳含量甚微1000E390E048000E447.000E046.0XE-(M500E044OOOE-O4A△3000E0420X0E4.00OE-04023:38:9mB145理論板數(shù)/塊理論板數(shù)/塊圖2甲醇洗滌塔氣相組成分布主要成分為H2和CO.匚4]蘭其盈,杜江,干氣胺洗工藝過程模擬I.熱力學(xué)模型的選取4結(jié)論和胺吸收塔的模擬[].石化技術(shù)與應(yīng)用,2006,24(2):93-利用流程模擬軟件 Aspen plus對甲醇洗滌塔[5] John H Walsh. The Future for the Fossil Fuels[J].Proceed工藝進(jìn)行了流程模擬,根據(jù)工藝包數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬計gs of the Association. 1999.2(2): 32算并對不符合條件的參數(shù)進(jìn)行了回歸和修改,計算I Billingsley DS, Boynton G W. Iterative Methous for Solving結(jié)果表明:脫硫段已將變換氣中H2S和COS脫除到Problems in Malticomponent Distillation at the Steady State10以下,脫硫效果很明顯,而CO2含量盡管也在J. AIChE J,1971,17(1):65-68⑦]楊友麒,項(xiàng)曜光.化工過程模擬與優(yōu)化[M].北京:化學(xué)工業(yè)減小,但是變化不明顯;當(dāng)進(jìn)入脫碳段時,CO2含量出版社,2006出現(xiàn)顯著減少,直到出口時減小到1.5%(mol),小[8]皮銀安,低溫甲醇洗相平衡模型和氣液平衡計算(1)-相平于3%(mol)出囗要求,總硫的含量也小于10-出口衡模型[J].湖南化工,1997,27(4):1-5.要求修改后的模型是一種適用于模擬甲醇洗滌塔9 Aage Fredenslund, Jurgen gmehling, Petter Rasmussen.Vap工藝過程計算的模型or-Liquid Equilibria using UNIFAC a Group-contributionMethod [M]. Elsebier Scientific Publishing Co. 1977.參考文獻(xiàn):[10 Katayama T, Ohgaki K Isothermal Vapor-liquid Equilibrium[1] Weiss H. Rectisol Wash for Purification of Partial OxidatieData for Binary Systems Containing Carbon Dioxide at HighGases [J]. 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