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(tǒng)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(zhǎng)石油集團(tuán)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(tǒng)在焦?fàn)t氣合成氨的工藝流程中氣體凈化工段的應(yīng)用以及改造方案的研究。改造后的流程在原脫磯工藝基礎(chǔ)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(tǒng)CO2在甲醇溶液中的飽和度。本文用通用流程模擬軟件對(duì)脫碳塔系統(tǒng)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(dá)到了滿負(fù)荷關(guān)鍵詞低溫甲醇洗脫碳塔模擬改造方案焦?fàn)t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?xì)怏w。我國(guó)目前的焦炭產(chǎn)量位低了H2、N2損失,又得到高純度的CO2以滿足合居世界首位,而大規(guī)模的焦炭生產(chǎn)將面臨一個(gè)十成氨工藝⑤58的要求,也能滿足克勞斯硫回收裝置分重要的焦?fàn)t氣出路問(wèn)題。焦?fàn)t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?fàn)t氣排放油、瀝青等重質(zhì)烴類為原料的合成氨、羰基合成氣、到空氣中,必將造成大氣的嚴(yán)重污染,而且浪費(fèi)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(jié)合市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)、環(huán)某廠裝置是以引進(jìn)國(guó)外低溫甲醇洗脫硫、脫境等因素,采用焦?fàn)t氣來(lái)生產(chǎn)市場(chǎng)前景良好的氨碳裝置為基礎(chǔ),為適應(yīng)原料氣改為焦?fàn)t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(jì)效益的項(xiàng)目。所以焦?fàn)t氣合成氨項(xiàng)目具有十焦?fàn)t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(jì)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(tǒng)流程性質(zhì)參數(shù)和混合物數(shù)據(jù)與表征方法、以及熱力學(xué)脫碳塔系統(tǒng)流程見(jiàn)圖1。進(jìn)人甲醇洗凈化系統(tǒng)模型,能夠保證模擬的準(zhǔn)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(guó)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(duì)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(xù)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(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)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)工藝專業(yè),在讀研究生。電話: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(tǒng)甲醇溶液中二氧化碳的飽和度來(lái)達(dá)到滿負(fù)荷。本文采用這種方法進(jìn)行改造,改造后流程在圖1上增加了虛線部分。3脫碳塔系統(tǒng)核算分析114在原流程核算準(zhǔn)確的前提下,保持設(shè)備數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)不變進(jìn)行了一系列的模擬和分析。圖2顯示的是在原設(shè)計(jì)流程的基礎(chǔ)上,當(dāng)變換氣為滿圖1脫碳塔系統(tǒng)改造前后流程負(fù)荷流量時(shí),不加循環(huán),僅改變洗滌甲醇流量對(duì)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(jī)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(jí)真空閃蒸,兩股閃蒸氣匯合圖2洗滌甲醇流量對(duì)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(jié)構(gòu)參數(shù)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,但隨著洗滌甲醇流2脫碳塔系統(tǒng)改造方案量的增加,凈化氣中CO2含量已經(jīng)滿足凈化要求本裝置是國(guó)外引進(jìn)的設(shè)備,能夠保證在滿負(fù)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(yùn)行。目前工廠的脫碳塔工序負(fù)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(tǒng)保證凈化氣中CO2含量,甲醇比較合適的值在4500kmo/h左右。且能夠滿負(fù)荷運(yùn)行,本文進(jìn)行詳細(xì)的核算和分析,并提出改造方案和優(yōu)化措施。在現(xiàn)有原料氣中CO2含量為18.39%,無(wú)法保證凈化氣指標(biāo)合格的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高負(fù)荷的情況下,解決系統(tǒng)瓶頸問(wèn)題,可能的措施有三項(xiàng)。1)盡可能補(bǔ)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(xiàn)現(xiàn)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(xiàn)場(chǎng)(104)已經(jīng)低于-30℃,因此圖3脫碳塔底循環(huán)量分率對(duì)塔頂出口冷量無(wú)法補(bǔ)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(fù)荷下,不改變其他參數(shù),即在間換熱器中回收冷量,不換熱,直接送入下一級(jí)閃洗滌甲醇流量和溫度及塔結(jié)構(gòu)參數(shù)保持不變時(shí)蒸,盡量使最后一級(jí)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(duì)塔頂出口凈化低溫。該法合理,但系統(tǒng)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(duì)塔頂出口CO2含量影響較大,隨著第4期張雙雙等,低溫甲醇洗脫碳塔系統(tǒng)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(duì)塔結(jié)構(gòu)及能耗的影響,塔洗滌甲醇流量3879kmol/h后,對(duì)全流程進(jìn)行了最底循環(huán)量應(yīng)該在保證塔頂出口凈化氣指標(biāo)合格的優(yōu)化模擬。表1、表2分別為現(xiàn)場(chǎng)70%負(fù)荷、改造后基礎(chǔ)上取合適的值100%時(shí)全流程關(guān)鍵流股的數(shù)據(jù)。從表中的模擬結(jié)綜合考慮實(shí)際因素,優(yōu)化調(diào)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負(fù)荷下正常造后的5650 kmol/h,脫碳塔塔頂凈化氣中CO2含運(yùn)轉(zhuǎn)。在洗滌甲醇和脫碳塔底循環(huán)量分率一定的量也在273×10,滿足了設(shè)計(jì)要求。情況下,分析汽提塔底循環(huán)量分率對(duì)脫碳塔塔頂0.07出口凈化氣CO2含量的影響,使參數(shù)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(duì)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(fù)荷時(shí)全流程關(guān)鍵流股的數(shù)據(jù)物流號(hào)101130溫度A℃45.840.2壓力/MPa流量/ kmolh摩爾分?jǐn)?shù)H20.754800254H82m0H20000000.004600050N20004100278000170.00000.000108273099502.4×100.14200.0050000000.00000.0000000000.0000表2改造后100%負(fù)荷時(shí)全流程關(guān)鍵流股的數(shù)據(jù)物流號(hào)10313溫度/℃42.5壓力/MPa4.53氣相分率流量/ kmolh21919摩爾分?jǐn)?shù)00228980.0045500E-034.10E-03N200285003620001300014128E030.00180.0000CHA00000094780.9950.18392.73×106739E04000000.00000.00000.00000224瓦2010年第33卷結(jié)論應(yīng)該避免含有其他雜質(zhì),要脫除貧液中的有機(jī)硫通過(guò)模擬分析工廠實(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(yīng)盡可能少。件,提出了符合工廠實(shí)際條件的合適的低溫甲醇參考文獻(xiàn)洗脫碳塔系統(tǒng)工藝流程的改造方案,并通過(guò)對(duì)全1唐宏青,碳一化工的寶貴原料一一焦?fàn)t氣.媒化工,2005流程的模擬分析,確定了最優(yōu)的工藝參數(shù)。從模擬(114):1-72王育紅.利用焦?fàn)t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(jié)論。(10):54-551)低溫甲醇洗是一種節(jié)能型的成熟可靠的酸3石安平,鄭建南焦?fàn)t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(shè)計(jì).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(jì)實(shí)用,不僅可以滿足實(shí)際生產(chǎn)的工藝Gas Separation and Purification, 1988, 2(12): 174要求,而且能夠保證滿負(fù)荷正常運(yùn)轉(zhuǎn)。7汪家銘.低溫甲醇洗凈化工藝的技術(shù)進(jìn)展及應(yīng)用概況.化肥設(shè)3)低溫甲醇洗脫碳塔系統(tǒng)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(tǒng)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(jié)小能力來(lái)補(bǔ)充冷量,即甲醇循環(huán)量應(yīng)該控制在合適氮肥設(shè)計(jì)技術(shù),1998,19(1):35-379郭建民.低溫甲醇洗工藝探討.內(nèi)蒙古石油化工,1999,25(2)的范圍內(nèi),在保證凈化氣達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上,盡量減少5-57系統(tǒng)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!