2010,20(5)宮萬福等低溫甲酵洗工藝酸性氣體吸收流程的模擬計算低溫甲醇洗工藝酸性氣體吸收流程的模擬計算宮萬福·葉鑫呂建寧惠生工程(中國)有限公司北京100102摘要利用工藝流程模擬軟件PO對低溫甲醇洗工藝酸性氣體的吸收流程進行模擬計算。通過對熱力學方法的分析對比,選用誤差相對較小的 SRK-Sims方法,將修正后的熱力學方法用于酸性氣體的吸收計算,并對甲醇流量進行靈敏度分析,結果表明,所建方法適用于低溫甲醇洗工藝酸性氣體的吸收計算。關鍵詞低溫甲醇洗PRO熱力學模型低溫甲醇洗工藝是由德國林德( Linde)公司和魯奇(Iugi)公司在上世紀五十年代共同開發(fā)的一種酸性氣體凈化工藝,是目前國內(nèi)外公認的最為經(jīng)濟且凈化度高的氣體凈化技術,具有凈化氣質量好、凈化度高、CO2<10ppm、H2S<0.lppm、能選擇性吸收H2S、COS和CO2,可分別脫除和再生、溶劑價廉易得、能耗和運轉費用低等其它脫硫、脫碳技術不能取代的特點求取氣體在甲醇中溶解度是低溫甲醇洗工藝計算的關鍵,然而這些數(shù)據(jù)在通用的手冊中卻很圖1兩臺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有技術未曾公開發(fā)表。高壓低溫下氣體塔1用來凈化合成甲醇的原料氣。來自變換在甲醇中溶解的享利系數(shù)和溶解度系數(shù)報道更工段的原料氣經(jīng)冷卻后進入分離罐Ⅵ進行氣液少,就目前公開發(fā)表的文獻而言(1-3,不能完全分離。分離出液體后的原料氣進入脫硫段的底滿足低溫甲醇洗工藝計算的需要。部,用低溫貧甲醇洗滌。分離罐Ⅵ底部的甲醇利用工藝流程模擬軟件PRO/m的化學組分和水的混合物送甲醇水分離塔分離。數(shù)據(jù)庫和熱力學方法,通過對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算模型,不僅可以對現(xiàn)有生的特性達到凈化原料氣的目的,為了移走CO2產(chǎn)裝置進行模擬分析,為生產(chǎn)提供改進建議、增在甲醇中的溶解熱,在吸收塔的段間要設置冷卻加經(jīng)濟效益,還可滿足新項目工程設計的需要器,將甲醇吸收劑冷卻到最佳吸收溫度,保證CO2的充分吸收1流程簡介塔2用來凈化來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成的五塔流程,依下游產(chǎn)品的不同,可設置成液,一部分返回塔的脫硫段,一部分經(jīng)冷卻后送臺或多臺吸收塔。圖1為某項目采用兩臺吸收塔1上段的中部繼續(xù)用作為吸收劑,充分利用甲醇的塔吸收酸性氣體的工藝流程中國煤化了,降低能耗。CNMHG·宮萬福:工程師。200年畢業(yè)于黑龍江科技大學礦物加工專業(yè)。一直從事煤化工技術研究工作。聯(lián)系電話:(010)847847881620,13520072193,E-mail:gongwanfu@wison.comaCHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工設計2010,20(5)在工藝模擬過程中,吸收塔的模擬計算難度法為依次點選PRo界面的 Outpu/ Report/Mis最大,同時也是最重要的。為表述及分析方便并 cellaneous Data…,打開 Miscellaneous Report0p使模擬過程易于收斂,將吸收塔分為脫硫段、粗ons界面,點選 Include Thermodynamic Date In吸段和主吸段(精吸段)分別進行模擬計算。 put Parameters選項,即可在輸出報告中查看該2熱力學方法的選擇及修正熱力學方法中各組分間的二元交互作用參數(shù)。SRK-Simsci熱力學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程中,一種立方型狀態(tài)方程,它釆用新的混合規(guī)則,彌存在一個H2N2- CO-Ar-CH,CO2H2SCOS·補了PR型狀態(tài)方程混合規(guī)則的不足,不僅適用CHOH1H2O所組成的十元體系的氣液平衡,系于極性一非極性組分,而且適用多組分系統(tǒng);它統(tǒng)組分多,各組分性質差別較大,其中既含締采用新的a方程,可以更好地預測純組分的氣合、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,因而相平衡計算較為困難。PRO/Ⅱ軟件提供多種用于流體的氣液平衡低溫、高壓、輕烴或輕組分的非理想體系。對于二元組分,其混合規(guī)則及a方程表示為:常數(shù)、液液平衡常數(shù)、焓、嫡、密度和其他傳遞性能參數(shù)等熱力學計算方法,由于每種熱力學方Hn yX1+C2法有一定的適用范圍,因此選擇合適的熱力學方H12=(k21-ka)/法是能否正確模擬該工藝的關鍵。氣液平衡計算Gu =exp( -BuHn常采用狀態(tài)方程法和活度系數(shù)法兩類熱力學方法,其比較見表1。3模擬計算結果與分析表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模型用于酸性氣體吸收過狀態(tài)方程法活度系數(shù)法程的模擬計算,得到的結果與原始工藝包吻合得描述非理想液相的能力有限可描述高度非理想液相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)很好,尤其是未變換氣體的吸收計算,模擬結果參數(shù)可合理隨溫度外推參數(shù)不能外推,高度依賴于溫度最為理想。變換氣體與未變換氣體的吸收流程類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較大的變換氣臨界區(qū)有一致性臨界區(qū)無一致性體吸收過程可用于高壓只能用于低壓選取流程中關鍵物流103、107、115和118作為比對物流,并選取各物流中的關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)及相對誤差見表2壓下進行,超出了活度系數(shù)法應用范圍,文獻中物流103是原料氣分離罐Ⅵ上部的氣相也有類似的報道。結合POⅡ熱力學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,篩選如PRP、SRKM、SRK- Simsci等幾的CO2。原料氣體在原料氣冷卻器中被冷卻到約種適合預測低溫和高壓非理想系統(tǒng)的狀態(tài)方程模型用于吸收過程的模擬計算。經(jīng)過對比計算的結9℃,在56MPa高壓下,由于分子間的吸引力,使水分子不易被分離下來而進入底部的液相果發(fā)現(xiàn),各模型用于低溫甲醇洗的計算均存在不中。原料氣帶水量高,將會造成循環(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)與實際值之間的誤差數(shù)據(jù)可知,修正后的SRK- Simsci狀態(tài)方程法適較大,造成狀態(tài)方程法計算的結果有偏差。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熱力學模型,并參照PRO輸出報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,結果溫度的誤差設定值,利用原數(shù)據(jù)回歸,然后對組分間的二元中國煤化工頂部氣相的溫度誤考交互作用參數(shù)及溶解度系數(shù)等參數(shù)進行修正,將CNMHG中部抽出的一股富甲群液紛々卻后進哈段,對此處的修正的模型用于低溫甲醇洗酸性氣體的吸收計吸收造成干擾,影響塔1內(nèi)部溫度分布。算。查看PO/I報告中二元交互作用參數(shù)的方2010,20(5)宮萬福等低溫甲醇洗工藝酸性氣體吸收流程的模擬計算表2酸性氣體吸收過程關鍵流股主要成分的對比(溫度,℃)(kmo/h)數(shù)據(jù)模擬原數(shù)模擬原數(shù)據(jù)誤差模擬原數(shù)據(jù)誤差擬原數(shù)據(jù)誤差流量2799.322799.25250E051693.171693.73.54E045690.645694.927.52E04031650.865.05E04溫度9.419.40E0329.12.616.65E037.187.225.54E03H21288.851287.669.24E041271.041270.772.12E0428.6128.513.51E038.8.201.10E20290.51290.70654E04294.54294.161.29E0321.5821.79964E035.915.9839E03CO21199.451200.20625E04116.11116.86646E031681.521685.032.08E03531.55530.651.69E03H2s658654612E06.576.545.20E033938.713938.721.74E061091.701093.511.66E03H2O0.200.200.00E+0019.7819.782.7E055.5.699.32E04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,模擬結果很理想。本文對吸收體CO2含量的摩爾分率要求在69%~95%范塔段間換熱器的熱負荷進行比較,見表3。圍內(nèi)。甲醇物流110流量的靈敏度分析見表4。表3吸收塔段間換熱器的熱負荷從表4可以看出,隨著甲醇流量的增大,出模擬值設計值口氣體中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摩繞管換熱器丙烯深冷器+0.74爾分率關系見圖2。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程。4靈敏度分析001250130013501400145015001550通過靈敏度分析,一方面可以指導生產(chǎn),增圖2甲醇流量與出口氣體CO2摩爾分率關系圖加經(jīng)濟效益;另一方面也可以考察所建立模型對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計控制指標。仍以變換氣吸收通過控制分流分率來調(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的富氫氣析數(shù)據(jù)見表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H2S摩流量出口氣體溫度出口氣體CO2出口氣體H2S(kmol/h)摩爾分率)(摩爾分率)爾分率影響較大,對CO2摩爾分率影響較小。25.420.0926經(jīng)過脫硫段后,原料氣中硫化物組分的摩爾分數(shù)1267.625.950.08985.05711E12一般小于lpm。分流分率與Tl-1塔頂HS摩4.41558E-12爾分率的關系見圖3。13576-27.400.08173.37220E-125結語1387.627,890.0790中國煤化工28.40臺,分析篩選1447.60.07372.24292E12了適HCNMHG性的熱力學方1477.629.430.011法,并利用修正的模型模擬了某項目低溫甲醇洗1507.60.06851.70962E-12工藝酸性氣體的吸收流程CHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工設計2010,20(5)表5分流分率靈敏度分析的模擬計算。流量115流景no/h)(kmb)分流分率105H2S105C02摩爾分率摩爾分率參考文獻1080571L390.199.35313E050.42051皮銀安,低溫甲醇洗相平衡模型和氣液平衡計算(1)11805711.680214.22098E050.4202相平衡模型[J].湖南化工,1997,27(4):1-5.12805708.560.221.69277E050.41952皮銀安.低溫甲醇洗桕平衡模型和氣液平衡計算(2)13805705.140.246.75596E060.4188氣液平衡計算[J].湖謝南化工,1998,28(1);155701590.262.75058E060.41805805697.950.281.15504E0.41723戴文斌,唐宏青.低溫甲醇洗工藝氣體溶解度的計算94.190.305.02110E0704163[J].計算機與應用化學,1994,11(1):4-511780590320.312.26117E070.41544周建鉤.林德低溫甲醇洗流程模擬?；瘜W工程[J]8805686.820.331.05782E0041461993,21(2):50-5519805682.70.355.08968E080.41375張述偉,陸明亮,徐志武低溫甲醇洗系統(tǒng)模擬與分析[].氮肥設計,1994,32(1):25-311.0oE-046管風寶,張述偉,關威.低溫甲醇洗流程模擬系統(tǒng)界面的完善與應用[刀]化工設計通訊,2006,32(4)40-457關威,張述偉,管風寶,城市煤氣低溫甲醇洗凈化工藝模擬與改造研究[].化肥設計,200,44(6):17,150.200.250.300.358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].甘肅科學學報,207,19(2):50圖3分流分率與T1-塔頂H2S爾分率關系(2)從模擬結果與原數(shù)據(jù)的比較可知,誤顧衛(wèi)忠.低溫甲醇洗吸收流程的仿真研究[D].杭州:差基本在1%以內(nèi),模擬結果十分理想,可用于浙江大學材料與化工學院,2006(修改回稿2010-06-07)指導生產(chǎn),并可以滿足工程設計的需要。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第13真)降低至15.55Uh,噸原料能耗由643.79M降低3改造后運行情況至610.38M,各項指標均達到了設計要求。改造后裝置運行平穩(wěn),其主要運行參數(shù)與改4結語造前的對比見表1。表1改造前后裝置的主要運行參數(shù)對比(1)改造后的裝置運行平穩(wěn),凈化水的各項目改造前改造后項質量指標均達到設計要求,重沸器進料抽出斗凈化水中H2S含量,/g70.1等的合理設計是改造成功的關鍵。凈化水中NH3含量,w/'g2)裝置改造成本低、工作量少,在塔裙凈化水至污水處理場流量,Uh(另有8.0/h去電脫鹽注水)19.7515.55座高度僅為2m的情況下改造成功,為同類裝置1.0MPa蒸汽耗量,kgh4270的改造提供可借鑒的經(jīng)驗?；厥漳Y水量,kg/h4270噸原料能耗,M643.79610.38由表1可見,改造后凈化水中H2S含量中國煤化工【M].Nyohpm、NH3含量為70.1ppm,滿足污水處理場CNMP(設計探討[門]化進水水質H2S含量≤50ppm、NH含量≤100ppm設計,2008,18(6):24-26.的要求。去污水處理場的凈化水流量由1975Uh修改回稿2010-04-21)