第19卷第2期甘肅科學(xué)學(xué)報(bào)Vol 19 No. 22007年6月Journal of Gansu ScienceJun.2007低溫甲醇洗工藝流程模擬——甲醇洗滌塔的模擬孫津生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 Aspen plus軟件對(duì)低溫甲醇洗系統(tǒng)的甲醇洗塔進(jìn)行了模擬計(jì)算.通過應(yīng)用該軟件提供的不同模型進(jìn)行模擬計(jì)算對(duì)比,可以確定 RKSWS模型較為接近,對(duì)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(jì)算的模型.模擬計(jì)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 Plυs;模擬;熱力學(xué)模型;甲醇洗滌塔中圖分類號(hào):TQ018文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1004-0366(2007)02-0050-04Process Simulation for Rectisol -Simulation for Methanol wash ColumnSUN Jin-sheng., LI Yan(1. School of Chemical Engineering and Technology, Tianjin University, Tianjin 300072, China2. 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 istransferred 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 analogomputation 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)是由德國林徳公司和魯奇公司經(jīng)濟(jì)效益.但尚未見到關(guān)于低溫甲醇洗系統(tǒng)的過在20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(jì)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(bào)道.我們采用 Aspen Plus對(duì)過程進(jìn)行模擬的高濃度酸性氣體(例如硫化物和CO2等)除去口.計(jì)算,結(jié)合工藝包數(shù)據(jù)對(duì)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(duì)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1低溫甲醇洗工藝流程模擬計(jì)算. Aspen Plus軟件具有多種熱力學(xué)模型甲醇洗工藝是采用低溫甲醇以物理吸收的方法含有大量的物質(zhì)性質(zhì)參數(shù)以及混合物數(shù)據(jù)與表征方將前段工序變換氣中高濃度酸性氣體除去,得到純法.截至目前,國內(nèi)有一些專家使用此軟件對(duì)乙烯凈氣體.而酸性氣體經(jīng)過解吸、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、CO2再生塔、HS濃縮塔、甲醇再生塔第19卷孫津生等:低溫甲醇洗工藝流程模擬——甲醇洗滌塔旳模擬51和甲醇水分離塔五部分組成.低溫甲醇洗工藝流程見圖1aOIT.Nz區(qū)OE1O時(shí)z612SVDTIV L圖1低溫甲醇洗模擬工藝流程C110:脫硫塔;C12:粗吸塔;C130:主吸塔;Cl40:精吸塔;Cεσ0εCOε再生塔;C31θ:HS濃縮塔;C32:HS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(jì)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(jì)算混合物物性旳模型;計(jì)高壓下利用甲醇對(duì)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CO2和硫化物三相平衡的模型,這些模型包括計(jì)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(gè)氣體的狀態(tài)方程,計(jì)算液相活度的模型.因此應(yīng)序操作的好壞所以對(duì)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(gè)逆流吸收塔,塔中分成5段,最底部模擬計(jì)算,對(duì)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(1)對(duì)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(jì)算.分析原因,對(duì)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CO3,皆可看作是單獨(dú)的吸收塔.為了使模2)對(duì)于脫硫塔C110,NRTL模型計(jì)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一 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(jì)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(duì)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模型的選擇與修改對(duì)于一個(gè)特殊的體系和具體裝置所涉及的物誤差受間誤差較大造成活度系數(shù)法結(jié)算結(jié)果數(shù)與實(shí)際性,模擬是否能正確反應(yīng)它的操作,是否能用于設(shè)計(jì)(3)對(duì)于粗吸塔C120、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(jì)算模型.包C140NRTL模型計(jì)算結(jié)果不十分準(zhǔn)確,而SR括計(jì)算純物質(zhì)物理性能的模型,如計(jì)算純物質(zhì)和混 PLOAR模型、PSRK模型和 RKSWS模型計(jì)算結(jié)52甘肅科學(xué)學(xué)報(bào)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(jì)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(jì)算分析,閃蒸罐V11使用NRTL模型與沒有公開發(fā)表.自20世紀(jì)70年代未起,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C40使用 RKSWS模型較為接近,但是依然不相平衡數(shù)學(xué)模型。),進(jìn)行甲醇洗凈化工藝模擬計(jì)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、H2、CO2、H2S、N2、CO、CH4、Ar、H2O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(duì)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(duì)二元交互作用參kPa)下操作時(shí)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(jì)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)iARCOS參數(shù)jCHO0.59911.25890.87580.51471.68690.67251.87960.12390.70523計(jì)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(duì)修改后旳 RKSWS模型進(jìn)行模擬計(jì)算,所得行比較.選取流程中物流117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(duì)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H2S,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CH3OH、C2、HS、流量和溫度進(jìn)行比上硫含量很低,同時(shí)也能脫洗部分αO,而氣體中主較;物流18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、CO2、H2S、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(duì)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(duì)比物流化學(xué)元素模擬原數(shù)據(jù)誤差/%模擬原數(shù)據(jù)誤差/%0.31333200.31420.276250.01509030.015613.32940446347050.46390.092580.66933660.669409.473E-30.21798040.2160.590900.30892630.30491.320518H s250E084.546E-086,509023,841E-08798E081,142707流量/kmol8054.198780475560.410.409506溫度/K52.40O,04337226.8013200228.55190物流化學(xué)元索模擬原數(shù)據(jù)原數(shù)據(jù)CH3 OH0,80332120.7866一。0.19129340.19133.4292E-30.20728190.2063475901.829E-071.82E-070,57755781,432E-031.43E-03流量/kmol·hi溫度/K250.581040252.10000,6025232250,7217800251.26090,21457由表2分析可知:溫度和流量的誤差都很小,在將甲醇洗滌塔工藝中所有塔板按塔C140塔頂1%之內(nèi);在氣相中H2和CO的誤差也很小,H3S和到塔底、塔C130塔頂?shù)剿?、塔C12θ塔頂?shù)剿住⑽锪?06中(O2的誤差較大,也小于5%,分析是含塔C1l0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,所以第19卷孫津生等:低溫甲醇洗工藝流程模擬——甲醇洗滌塔旳模擬不明顯,故將其再做圖,見圖2(b))下降的趨勢(shì)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(shì);H2S的含量在第15塊到第10塊10塊塔板之間變化很小,在第ρ塊塔板到第Ⅰ塊塔塔板之間下降旳趨勢(shì)很明顯,在第Ω塊塔板到第1板上升的趨勢(shì)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(shì);CO2的含量在第15塊到第10整體呈下降趨勢(shì).說明HS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μ塊塔板C的主要去除在吸碳段,而塔頂二者的含量甚微,9000E4800E447.0UE-46. (OOE-0XE404GR000E0430O0E4OCXOE-041000E04中323698角a0+23:38曾85魯BH45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H,和CO4]蘭其盈,杜江.干氣胺洗工藝過程模擬L.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(duì)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(jì)ings of the Association. 1999. 2(2): 32-37算并對(duì)不符合條件的參數(shù)進(jìn)行了回歸和修改,計(jì)算6] 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 State10-6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.化工過程模擬與伉化[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(shí),CO2含量出版社,2006.出現(xiàn)顯著減少,直到出口時(shí)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(jì)算(1)相平于3%(mol)出囗要求,總硫的含量也小于10出囗衡模型[].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] Aage Fredenslund, Jurgen gmehling, Petter Rasmussen.ap工藝過程計(jì)算的模型or-Liquid Equilibria using UNIFAC a Group-contributionMethod[M]. 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