2010,20(5)宮萬(wàn)福等低溫甲醇洗工藝酸性氣體吸收流程的模擬計(jì)算低溫甲醇洗工藝酸性氣體吸收流程的模擬計(jì)算宮萬(wàn)?！と~鑫呂建寧惠生工程(中國(guó))有限公司北京100102摘要利用工藝流程模擬軟件PRO/對(duì)低溫甲醇洗工藝酸性氣體的吸收流程進(jìn)行模擬計(jì)算。通過(guò)對(duì)熱力學(xué)方法的分析對(duì)比,選用誤差相對(duì)較小的 SRK-Simsci方法,將修正后的熱力學(xué)方法用于酸性氣體的吸收計(jì)算,并對(duì)甲醇流量進(jìn)行靈敏度分析,結(jié)果表明,所建方法適用于低溫甲醇洗工藝酸性氣體的吸收計(jì)算。關(guān)鍵詞低溫甲醇洗PRO熱力學(xué)模型低溫甲醇洗工藝是由德國(guó)林德( Linde)公司和魯奇( Lurgi)公司在上世紀(jì)五十年代共同開(kāi)發(fā)的一種酸性氣體凈化工藝,是目前國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的最為經(jīng)濟(jì)且凈化度高的氣體凈化技術(shù),具有黑[畫(huà)凈化氣質(zhì)量好、凈化度高、CO2<10pm、H2S<0.lpm、能選擇性吸收H2S、COS和CO2,可分別脫除和再生、溶劑價(jià)廉易得、能耗和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低等其它脫硫、脫碳技術(shù)不能取代的特點(diǎn)。求取氣體在甲醇中溶解度是低溫甲醇洗工藝計(jì)算的關(guān)鍵,然而這些數(shù)據(jù)在通用的手冊(cè)中卻很圖1兩臺(tái)吸收塔酸性氣體吸收流程難查到,該體系的氣液平衡數(shù)據(jù)作為林德和魯奇公司的專(zhuān)有技術(shù)未曾公開(kāi)發(fā)表。高壓低溫下氣體塔1用來(lái)凈化合成甲醇的原料氣。來(lái)自變換在甲醇中溶解的享利系數(shù)和溶解度系數(shù)報(bào)道更工段的原料氣經(jīng)冷卻后進(jìn)入分離罐Ⅵ進(jìn)行氣液少,就目前公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)而言",不能完全分離。分離出液體后的原料氣進(jìn)入脫硫段的底滿足低溫甲醇洗工藝計(jì)算的需要。部,用低溫貧甲醇洗滌。分離罐ⅥI底部的甲醇利用工藝流程模擬軟件PRO的化學(xué)組分和水的混合物送甲醇水分離塔分離。數(shù)據(jù)庫(kù)和熱力學(xué)方法,通過(guò)對(duì)二元交互作用參原料氣在吸收塔與低溫貧甲醇逆流接觸,利數(shù)、溶解度系數(shù)等參數(shù)的修正,建立了低溫甲醇用CO2、H2S等酸性氣體在低溫甲醇中溶解度大洗工藝吸收流程的計(jì)算模型,不僅可以對(duì)現(xiàn)有生的特性達(dá)到凈化原料氣的目的。為了移走CO2產(chǎn)裝置進(jìn)行模擬分析,為生產(chǎn)提供改進(jìn)建議、增在甲醇中的溶解熱,在吸收塔的段間要設(shè)置冷卻加經(jīng)濟(jì)效益,還可滿足新項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)的需要。器,將甲醇吸收劑冷卻到最佳吸收溫度,保證CO2的充分吸收。1流程簡(jiǎn)介塔2用來(lái)凈化來(lái)自變換工段的未變換原料低溫甲醇洗工藝通常由吸收塔、CO2產(chǎn)品氣,其流程與塔1類(lèi)似。凈化后的未變換原料氣塔、H2S濃縮塔、熱再生塔、甲醇/水分離塔箏送冷箱生產(chǎn)CO產(chǎn)品。塔2中部抽出的富甲醇構(gòu)成的五塔流程,依下游產(chǎn)品的不同,可設(shè)置成液,部分返回塔的脫硫段,一部分經(jīng)冷卻后送臺(tái)或多臺(tái)吸收塔。圖1為某項(xiàng)目采用兩臺(tái)吸收塔1上段的中部繼續(xù)用作為吸收劑,充分利用甲塔吸收酸性氣體的工藝流程。醇的吸收能力,減少吸收劑循環(huán)量,降低能耗?！m萬(wàn)福:工程師。2002年畢業(yè)于黑龍江科技大學(xué)礦物加工專(zhuān)業(yè)。一直從事煤化工技術(shù)研究工作。聯(lián)系電話:(010)8478471620,13520072193,E-mail:gongwanfu@wison.comCHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工設(shè)計(jì)2010,20(5)在工藝模擬過(guò)程中,吸收塔的模擬計(jì)算難度法為依次點(diǎn)選PRo界面的 Output/Report/Mis最大,同時(shí)也是最重要的。為表述及分析方便并 cellaneous Dal…,打開(kāi) Miscellaneous Report0p使模擬過(guò)程易于收斂,將吸收塔分為脫硫段、粗ons界面,點(diǎn)選 Include Thermodynamic Date In吸段和主吸段(精吸段)分別進(jìn)行模擬計(jì)算。 put Parameters選項(xiàng),即可在輸出報(bào)告中查看該2熱力學(xué)方法的選擇及修正熱力學(xué)方法中各組分間的二元交互作用參數(shù)。SRK-Simsci熱力學(xué)方法是英維思公司優(yōu)化的在低溫甲醇洗工藝酸性氣體的吸收過(guò)程中,一種立方型狀態(tài)方程,它采用新的混合規(guī)則,彌存在一個(gè)H2-N2 Co-Ar-CH4-CO2-H2SC0-補(bǔ)了PR型狀態(tài)方程混合規(guī)則的不足,不僅適用CH2OHH2O所組成的十元體系的氣液平衡,系于極性-非極性組分,而且適用多組分系統(tǒng);它統(tǒng)組分多,各組分性質(zhì)差別較大,其中既含締采用新的a方程,可以更好地預(yù)測(cè)純組分的氣合、極性組分甲醇,又存在量子氣體氫,非理想相分壓,并可外推到超臨界區(qū)域,該方法適用于性很強(qiáng),因而相平衡計(jì)算較為困難。低溫、高壓、輕烴或輕組分的非理想體系。對(duì)于PRO軟件提供多種用于流體的氣液平衡常數(shù)、液液平衡常數(shù)、焓、熵、密度和其他傳遞二元組分,其混合規(guī)則及a方程表示為:性能參數(shù)等熱力學(xué)計(jì)算方法,由于每種熱力學(xué)方a°(a)(1-號(hào)+法有一定的適用范圍,因此選擇合適的熱力學(xué)方2)T法是能否正確模擬該工藝的關(guān)鍵。氣液平衡計(jì)算Gu =exp(-BuHn)常采用狀態(tài)方程法和活度系數(shù)法兩類(lèi)熱力學(xué)方法,其比較見(jiàn)表1。3模擬計(jì)算結(jié)果與分析表1狀態(tài)方程法與活度系數(shù)法的比較將修正后的熱力學(xué)模型用于酸性氣體吸收過(guò)狀態(tài)方程法活度系數(shù)法描述非理想液相的能力有限可描述高度非理想液相程的模擬計(jì)算,得到的結(jié)果與原始工藝包吻合得很好,尤其是未變換氣體的吸收計(jì)算,模擬結(jié)果要求二元交互作用參數(shù)少要求大量二元交互作用參數(shù)參數(shù)可合理隨溫度外推參數(shù)不能外推,高度依賴(lài)于溫度最為理想。變換氣體與未變換氣體的吸收流程類(lèi)可描述氣液兩相只能用于液相似,因此本文只討論模擬誤差相對(duì)較大的變換氣臨界區(qū)有一致性臨界區(qū)無(wú)一致性體吸收過(guò)程?？捎糜诟邏褐荒苡糜诘蛪哼x取流程中關(guān)鍵物流103、107、115和118作為比對(duì)物流,并選取各物流中的關(guān)鍵組分作比采用低溫甲醇洗吸收酸性氣體要在低溫和高較,其模擬值、原數(shù)據(jù)及相對(duì)誤差見(jiàn)表2。壓下進(jìn)行,超出了活度系數(shù)法應(yīng)用范圍,文獻(xiàn)中物流103是原料氣分離罐Ⅵ上部的氣相,也有類(lèi)似的報(bào)道。結(jié)合PRO/江熱力學(xué)方法選液相主要是原料氣中的水、噴淋甲醇及少量溶解擇手冊(cè),篩選如PRP、SRKM、 SRK-Sims等幾的CO2。原料氣體在原料氣冷卻器中被冷卻到約9℃,在5.6MPa高壓下,由于分子間的吸引型用于吸收過(guò)程的模擬計(jì)算。經(jīng)過(guò)對(duì)比計(jì)算的結(jié)力,使水分子不易被分離下來(lái)而進(jìn)入底部的液相果發(fā)現(xiàn),各模型用于低溫甲醇洗的計(jì)算均存在不中。原料氣帶水量高,將會(huì)造成循環(huán)甲醇中水含同程度的偏差。這是由于在低溫下,二元交互作量增加,影響吸收塔的計(jì)算。由表2中103物流用參數(shù)及溶解度系數(shù)等參數(shù)與實(shí)際值之間的誤差數(shù)據(jù)可知,修正后的SRK-Sim狀態(tài)方程法適較大,造成狀態(tài)方程法計(jì)算的結(jié)果有偏差。最終合此處的低溫含水極性體系選取其中偏差最小的 SRK-Simsci熱力學(xué)模型,并參照PRO/輸出報(bào)告中二元交互作用參數(shù)的物流107是吸收塔1頂部的氣相,結(jié)果溫度的誤差稍大,但小于2%,而塔2頂部氣相的溫設(shè)定值,利用原數(shù)據(jù)回歸,然后對(duì)組分間的二元交互作用參數(shù)及溶解度系數(shù)等參數(shù)進(jìn)行修正,將度誤差要小得多。分析原因,塔2中部抽出的一股富甲醇液經(jīng)冷卻后進(jìn)塔1的精餾段,對(duì)此處的修正的模型用于低溫甲醇洗酸性氣體的吸收計(jì)吸收造成干擾,影響塔1內(nèi)部溫度分布。算。查看PO/Ⅲ報(bào)告中二元交互作用參數(shù)的方2010,20(5)宮萬(wàn)福等低甲醇洗工藝酸性氣體嗄收流程的模擬計(jì)算表2酸性氣體吸收過(guò)程關(guān)鍵流股主要成分的對(duì)比(溫度,℃)(kmo/h)流量模擬原數(shù)據(jù)誤差模擬原數(shù)據(jù)誤差擬原數(shù)據(jù)誤差原數(shù)據(jù)誤差2799.322799.25250E051693.171693.773.54E445690.64569.927.52E041650.031650.865.05E04溫度9.419.401.06E0329.451.66E0212.69-12.616.65E0317.187225.54E03H21288851287.669.24E04127.041270.772.12E0428.6128.513.51E038.298.201.10E02c0290.51290.70654E0429.54294.16129E0321.5821.799.64E035.915.968.39E03cO21199451200.20625E04116.11116.866.46E031681.521685.03208E03531.55530.651.69E03H2s6.586.546.12E036.576.545.20E033938.713938.721.74E061091.701093.511.66E0H2O0.200.200.00E+0019.7819.782.7E0555.699.32E04物流115和118是吸收塔底部及中部的液混合后CO2摩爾分率在3%-5%之間,出口氣相,由表2可知,模擬結(jié)果很理想。本文對(duì)吸收體CO2含量的摩爾分率要求在69%~95%范塔段間換熱器的熱負(fù)荷進(jìn)行比較,見(jiàn)表3。圍內(nèi)。甲醇物流110流量的靈敏度分析見(jiàn)表4。表3吸收塔段間換熱器的熱負(fù)荷從表4可以看出,隨著甲醇流量的增大,出模擬值設(shè)計(jì)值誤差口氣體中CO2和H2S的摩爾分率減少,出口氣(kW)體溫度逐漸降低。甲醇流量與出口氣體CO2摩繞管換熱118-0.54爾分率關(guān)系見(jiàn)圖2。丙烯深冷器由以上的分析可知,采用修正的 SRK-Simsci狀態(tài)方程可以很好地模擬低溫甲醇洗工藝酸性氣體的吸收過(guò)程。4靈敏度分析001250130013501400145015001550醉流量(kmo/h通過(guò)靈敏度分析,一方面可以指導(dǎo)生產(chǎn),增圖2甲醇流量與出口氣體CO2摩爾分率關(guān)系圖加經(jīng)濟(jì)效益;另一方面也可以考察所建立模型對(duì)操作條件變化的靈敏性4.2分流分率靈敏度分析4.1甲醇流量靈敏度分析本文的分流分率是指物流117與物流115流吸收塔出口氣體中CO2和H2S的摩爾分率量的比值,其值越大,表明進(jìn)入脫硫段的甲醇吸收劑流量越大。出口氣體中H2S的摩爾分率可必須滿足一定的設(shè)計(jì)控制指標(biāo)。仍以變換氣吸收通過(guò)控制分流分率來(lái)調(diào)節(jié),分流分率的靈敏度分塔1為例,為保證出口氣體與冷箱出來(lái)的富氫氣析數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。表4甲醇流量靈敏度分析從表5可以看出,分流分率的變化對(duì)H2S摩流量出口氣體溫度出口氣體CO2出口氣體H2S(kmov/h)摩爾分率)(摩爾分率)爾分率影響較大,對(duì)CO2摩爾分率影響較小237625.426.02212E12經(jīng)過(guò)脫硫段后,原料氣中硫化物組分的摩爾分?jǐn)?shù)67.625.950.08985.05711E-12一般小于lppm。分流分率與T1-1塔頂H2S摩297.6爾分率的關(guān)系見(jiàn)圖3。1327.626.913.85979E-121357.6-27.40081733720E125結(jié)語(yǔ)1387.6-27,890.0790293934E121417.628.400.07642.56744E12(1)本文依托PROⅡ軟件平臺(tái),分析篩選1447.628.920.07372.24292E了適合預(yù)測(cè)低溫、高壓、非理想性的熱力學(xué)方1477.629.430.0111,95857F法,并利用修正的模型模擬了某項(xiàng)目低溫甲醇洗1507.60.068570962E-12工藝酸性氣體的吸收流程。CHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工設(shè)計(jì)2010,20(5)表5分流分率靈敏度分析的模擬計(jì)算。nh)(kmLh)分流分率流量115流量105H2S105c02摩爾分率摩爾分率考文獻(xiàn)0805711.390.199.35313E050.42051皮銀安,低溫甲醇洗相平衡模型和氣液平衡計(jì)算(1)11805711.680.214.2098E05相平衡模型[J].湖南化工,1997,27(4):1-52805708560.221.69272052皮銀安,低溫甲醇洗相平衡模型和氣液平衡計(jì)算(2)5705140.246.75596E060.4188氣液平衡計(jì)算[J]湖南化工,1998,28(1);1514805701590.262.75058E060.418015805697.950.281.15504E060.41723戴文斌,唐宏青.低溫甲醇洗工藝氣體溶解度的計(jì)算[].計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué),194,1l(1):44-5117805690.320.312.26117E070.41544周建鈞.林德低溫甲醇洗流程模擬化學(xué)工程[J]8805686.820.331.05782E070.41461993,21(2):50-519805682740.355.08968E080.41375張述偉,陸明亮,徐志武低溫甲醇洗系統(tǒng)模擬與分析6管風(fēng)寶,張述偉,關(guān)威,低溫甲醇洗流程模擬系統(tǒng)界面的完善與應(yīng)用[J].化工設(shè)計(jì)通訊,2006,32(4):7關(guān)威,張述偉,管風(fēng)寶,城市煤氣低溫甲醇洗凈化工藝模擬與改造研究[刀.化肥設(shè)計(jì),2006,44(6):170.180.200.250.300.350.408孫津生,李燕.低溫甲醇洗工藝流程模擬一甲醇洗滌分流分率塔的模擬[J].甘肅科學(xué)學(xué)報(bào),2007,19(2):50圖3分流分率與T-塔頂H2S爾分率關(guān)系53(2)從模擬結(jié)果與原數(shù)據(jù)的比較可知,誤9顧衛(wèi)忠。低溫甲醇洗吸收流程的仿真研究[D].杭州:差基本在1%以?xún)?nèi),模擬結(jié)果十分理想,可用于浙江大學(xué)材料與化工學(xué)院,2006.(修改回稿2010-06-07)指導(dǎo)生產(chǎn),并可以滿足工程設(shè)計(jì)的需要。修正后的模型適用于低溫甲醇洗工藝酸性氣體吸收流程上樓第13頁(yè))3改造后運(yùn)行情況降低至15.55/h,噸原料能耗由643.79M降低至610.38MJ,各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。改造后裝置運(yùn)行平穩(wěn),其主要運(yùn)行參數(shù)與改造前的對(duì)比見(jiàn)表1。結(jié)語(yǔ)表1改造前后裝置的主要運(yùn)行參數(shù)對(duì)比(1)改造后的裝置運(yùn)行平穩(wěn),凈化水的各項(xiàng)目改造前改造后項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求,重沸器進(jìn)料抽出斗凈化水中H2S含量,等的合理設(shè)計(jì)是改造成功的關(guān)鍵。凈化水中NH含量,'g(2)裝置改造成本低、工作量少,在塔裙凈化水至污水處理場(chǎng)流量,t/h(另有8.0/h去電脫鹽注水)15.55座高度僅為2m的情況下改造成功,為同類(lèi)裝置l.0MPa蒸汽耗量,kg/h的改造提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)?；厥漳Y(jié)水量,kg/h4270噸原料能耗,MJ610.38參考文獻(xiàn)由表1可見(jiàn),改造后凈化水中H2S含量