城市煤气低温甲醇洗净化工艺模拟与改造研究 城市煤气低温甲醇洗净化工艺模拟与改造研究

城市煤气低温甲醇洗净化工艺模拟与改造研究

  • 期刊名字:化肥设计
  • 文件大小:136kb
  • 论文作者:关威,张述伟,管凤宝,吴德民
  • 作者单位:大连理工大学
  • 更新时间:2020-06-12
  • 下载次数:
论文简介

第44卷第6期化肥设计Dec.20062006年12月Chemical Fertilizer Design设计技术城市煤气低温甲醵洗净化工艺模拟与改造研究关威,张述伟,管凤宝,吴德民(大连理工大学化工学院,辽宁大连116012)摘要:应用 Aspen Pυs软件,采用改进的PSRK热力学模型,在完威对工艺流程设计工况模拟分析的基础上,针对低温甲醇洗工艺在生产中出现的净化气和放空气硫含量趯标问题,提出了4项改进措施,对改造方案进行了模拟和优化。关键词:低温甲醇洗;过程模拟; Aspen Plus;工艺改造中图分类号:TQ546.5文献标识码:A文章编号:1004-8901(2006)06-0017-06Simulation, Reformation and Study on Rectisol Process of City Coal GasGUAN Wei, ZHANG Shu-wei, GUAN Feng-bao, wU De-miChemical Process Department, Chemical Engineering College, Dalian Science Engineering University, Dalian Liaoning 116012 China)Abstract: Using Aspen Plus software and adopting improved PSRK thermo-dynamic model, based on successful simulation analysis of the designconditions, in allusion to problem that the sulfur content exceeded standard requirement for purifying gas and venting gas caused in productioprocess, four items of reformation measures were suggested, simulation and optimization were made for reformation schemes.Key words: Rectisol process; process simulation; Aspen Plus; process reformation采用煤加压气化技术生产的城市粗煤气中往笔者结合 Aspen Plus软件强大的流程模拟功能往含有一定量的轻烃物质、二氧化碳、硫化氢、氨气和准确的物性库,采用统一的热力学模型成功完成以及苯等有害杂质,在煤气并人城市煤气管网之前了设计工况全流程模拟,分析了导致净化气含硫的必须将这些杂质脱除1。低温甲醇洗净化法是原因,对主要工艺参数进行了优化,采用增加水洗种典型的物理吸收方法,它利用甲醇在低温下对塔和共沸塔的改进方案较好地解决了脱除氨和苯H2S,CO2等气体吸收量大、选择性高等特点,使粗的问题,为装置的改造提供了依据。煤气得到很好地净化31工艺流程目前国内引进的大型煤气化装置中采用低温甲醇洗净化方法的已有十几套。多数装置由于扩该工艺过程包括原料气冷却分离、甲醇三段吸产或原料改变都面临着工艺改造,其中低温甲醇洗收、闪蒸膨胀再生、甲醇热再生及萃取再生5个部净化系统的改造颇为繁杂。采用 Aspen Plus软件对分,工艺流程见图1。进入装置的粗煤气,首先经过低温甲醇洗净化系统进行全流程模拟,有利于弄清装有文丘里喷嘴的强洗涤器将夹带的固体物质及原有工艺存在的问题,进而对改造工况各个工艺参粉尘除去,再与本装置有关的冷物流换热,原料气数进行进一步研究,从而缩短方案设计时间,达到被冷却到-28℃左右,进入吸收塔预洗段。粗煤气工艺优化和节能降耗目的。在此脱除全部轻质油等杂质后,进入主洗段脱除全某气化厂采用空气分离、鲁奇煤气化、部分氧部硫化物和部分CO2。冷甲醇在终洗段将残余CO2化等装置生产甲醇,其中净化装置的低温甲醇洗工脱除后净煤气经回收冷量送往甲醇合成装置。吸艺在生产中净化气及放空气硫含量严重超标净煤收塔终洗段塔底的甲醇,一部分喷淋到主洗段,另气中硫含量高于规定的0.1×10°,放空气中硫含径CQ泸缩门装膨眯再生后循环回吸收量高于规定的50×10°。由于原料煤性质的改变,塔中国煤化工答底含硫的甲醇进入导致原料气中新增加了氨和苯等有害物质,对工艺COCNMHG醇送入萃取塔处理,危害很大,必须对现有装置进行分析和改造,以脱作者简介:关威(1981年-),男,黑龙江佳木斯人,大连理工大学除有害物质。2004级硕士研究生,研究方向为化工工艺过程的模拟与优化化肥设计2006年第44卷萃取出的轻油作为副产品。塔底甲醇和水的混合CO2气体作为放空气排出。塔釜含硫的甲醇液经换物送入甲醇水分离塔,塔顶蒸馏出的甲醇送至CO2热后送至甲醇热再生塔。塔底再生出的高浓度甲浓缩塔中段,塔底的水一部分循环回萃取塔作为萃醇经氨冷器降温至-5σ℃后循环送亼吸收塔终洗取液,另一部分作为工艺水排出系统。CO2浓缩塔段塔顶。甲醇热再生塔塔顶采出约含40%H2S的塔顶闪蒸出的气体作为燃料气用喷射器送至电站,混合气体,经一系列换热器降温后进入闪蒸罐进由该塔中部排出的甲醇送到H2S浓缩塔。在塔中,步回收甲醇,闪蒸出的H2S气体去克劳斯硫回收装含硫气体逆流向上被甲醇吸收,同时CO2被解吸出置,罐底部闪蒸出的甲醇与其他冷凝液一起送至闪来。H1S浓缩塔塔顶含有小于50×10-°硫化物的蒸罐净化煤气去甲醇装置酚水争煤气气去硫回收装置lco气放|料气还℃去电款水厂图1低温甲醇洗工艺流程—强洗涤器;2—吸收塔预洗段;3—吸收塔主洗段;4—吸收塔终洗段;5-℃O2浓缩塔;6萃取塔;7-甲醇水分离塔;8-H-S浓缩塔;9—甲醇热再生塔;10CO2浓缩塔:11—一闪蒸罐;12-闪蒸罐表2单元操作模型2设计工况模拟参数名称模型兑明2,1原料组成K2-K04严格蒸馏塔由气化生产的粗煤气中,除含有N2和H2之K07、K09RadFra带再沸器精馏塔严格液一液萃取器外,还含有大量的气态轻油、饱和水分、H2S和CO2W09-Ww16Heater加热器/冷却器等杂质。粗煤气的组成见表1。Heat双物流换热器表1粗煤气进料组成B02-B04双出口闪蒸罐混合器系列Mixer多流股混合器温度压力流量组成/摩尔分数泵系列泵/液压透平℃/kPa/kg·hlH2OCO2H2CH4轻油CON2H2S多出口分流器282300700000.0010.3590.4780.0810.0120.0640.0040.001严格阀2,2单元操作模型23低温甲醇洗工艺流程涉及塔、压力变送器、换中国煤化工直接影响到计算结热器等单元操作,工艺复杂,回路众多,必须选取合果CNMH(果的准确性。由于适的单元操作模型才能实现全流程的成功模拟。低温甲醇洗系统包括十多个组分,是非理想性较强所选用的单元操作模型见表2的多组分极性体系,且温度、压力操作条件范围宽第6期关威等城市煤气低温甲醇洗净化工艺模拟与改造研究广(-60-150℃,0.1~6MPa),气液平衡规律的洗系统过程单元涉及物质特点以及操作条件等,从描述与计算比较困难,必须在 Aspen Plus软件提供多物性计算方法中选择了几种较适宜的方法进的众多物性计算方法中寻找并开发适合低温甲醇行模拟计算,然后以工厂提供的设计数据(见表3洗系统的模型。为基准,将净煤气(7号流股)的模拟结果与设计数利用软件自带的物性方法决策树可以大大缩据进行对比,从而确定了适用于全流程模拟的物性小计算方法的范围。为此,笔者首先根据低温甲醇计算方法。表3不同物性计算方法下的净煤气流股的模拟结果净煤气(7号流股)模拟值设计值物性计算方法SR- POLARRK一 ASPENPSRK改进的FRK温度℃压力/kPa21502150215021502150流量/kg·h摩尔组成CO20.014433×100.0300.7720.7880000.7360.1220.1210.118轻油0,0080.00】21x100.0100.0]00.00.1000.1000.0060.006无12×10-6<0.1×10-6在低温甲醇洗工艺中,多功能吸收塔是核心设最终实现低温甲醇洗系统全流程的顺利收敛。关备,用于完成原料气H2S和CO2的脱除,其模拟结键流股的计算结果与设计值的对比见表4果直接影响物性计算方法选择的合理性,因此十分模拟分析结果表明,应用 Aspen Plus进行低温重要。经过多重筛选,选取了适用于预测低温、高甲醇洗模拟是成功可靠的,从而可以进行改造工况压非理想系统的PRwS和PRK,适用于富氢系统的研究。大小形状极不对称系统的RK- ASPEN,以及适用3改造工况模拟于强非理想高压系统的SR- POLAR。这4种方法被认为可能是描述低温甲醇洗系统较好的热力学3.1原料气的变动情况计算方法。将4种方法应用于对多功能吸收塔的工厂在实际运行中原料气组成发生变动,CO2模拟计算,并将净煤气的模拟值分别与设计值进行和H2含量有所降低,而CO含量增加,H2S含量不对比,结果见表3。变,原料气除了含有轻油外,还含有苯和氨。改造由表3可知,在选择的4种物性计算方法中,工况的粗煤气组成见表5。由于原料气发生上述变PSRK的计算结果与设计值吻合最好,摩尔流量误化,现有的装置不能满足生产要求,需要进行改造。差为005%,但其组分的摩尔分率仍然存在一定差32改造方案的目的异。通过调整FSRK物性方法的混合规则,使用改(1)以煤为原料加压气化制得的粗煤气中,不可进的PSRK方法模拟出的组分摩尔分率模拟值与设避免地含有一定的氨气组分,而氨与水及CO2反应计值基本一致,最大误差为0.03%。其他几种物性生成碳酸氢铵结晶,最终会导致系统某部位的堵塞方法对于描述低温甲醇洗的计算存在不同程度的或被甲醇吸收生成(NH4)2S后返回到洗涤塔塔顶,分误差。事实上,采用改进的PRK方法对其他各设解成NH3和H2S,造成净煤气总硫含量超标3。因备以及全流程进行模拟计算后,结果都与设计值吻此,在进入洗涤塔之前,必须采取措施,使进入洗涤塔合良好,说明采用改进的PSRK物性计算方法进行的粗煤气中氨含量降低至1×10以下低温甲醇洗全流程模拟是可行并成功的。粗气由撾加的苯组分易溶于甲醇,24设计工况模拟结果而且中国煤化工士及热再生等常规方采用以上的单元模型及计算方法,首先准确完法CNMH塔内逐步累积,使成每个单元操作的模拟,再逐步将其累加,通过调甲醇吸收H2S和CO2的效果下降。目前该厂实际整断裂流股收敛参数、收敛方法以及计算顺序等,生产净煤气中的硫含量为3.0×10-6~6.0×10-6,20化肥设计2006年第4卷大大超过0.1×10以下的设计指标。本套低温甲形成三相共沸物5,现有装置仍然不能保证苯的完全醇洗系统虽然已经有萃取装置,但由于苯、甲醇和水脱除。表4关键流股的模拟结果与设计数据对比序号种类温度/℃压力/kPa煤气成分/摩尔分率流量/kg·h-1轻油模拟值2S再生气设计值2302模拟值38100.8230.0630.0680.028CO2闪蒸气设计值39700.8360.0470.0630.029<10×10-6模拟值0.01232×10CO2放空气设计值10983<0.0010.0040.012<50×10-615模拟值8890.8050.075720.02771×10-6乏气设计值66600.8260.0530.0650.02760×10模拟值轻油表5改造工况粗煤气进料组成组成/摩尔分率温度/℃压力/kPa流量/kg·h-1NH, CsHe0.30540.43720.08650.01100.14990.0038500×10-60.00100.0010(3)净煤气中含硫问题除上述原因引起之外,个水洗塔,部分流程发生变化,换热网络匹配及设原设计的流程也存在一定的缺陷。从设计工况的备参数都需要做出相应的改变。对于新增的设备,模拟结果可以看出,从甲醇水分离塔塔顶采出的44由于没有单元设备参数及操作条件的设计数据,需号物流中含有大量的H2S(约3.0%),将此物流通要根据设计工况的模拟数据和 Aspen软件提供的灵到CO2浓缩塔相当于将硫从有硫区送到无硫区,导敏度分析功能进行工艺参数优化。共沸塔作为净至半贫液甲醇含硫。原流程的这种缺陷直接造成化苯的重要设备,其塔底水、甲醇混合物中苯的含生产过程中净煤气和放空气的H2S含量超标。量对后续工艺的影响至关重要(4)强洗涤器中的文丘里喷嘴虽然能洗涤粗煤对塔顶回流比进行灵敏度分析,回流比的变化气中夹带的固体物质,但阻力较大,不能保证净煤气对塔顶苯产品纯度以及共沸塔热负荷的影响见图按照设计压力进入甲醇合成装置,影响后工序生产。3。在共沸塔回流比大于3.0后,塔顶苯纯度基本保33改进措施持在73.66%,而随着回流比的增大,塔顶冷凝器和在对原设计工况成功模拟的基础上,针对工厂塔底再沸器的热负荷增大。为节省能量消耗,在保实际存在的问题,提出以下4种改进措施。证苯从塔顶完全采出的前提下,将回流比定为3。(1)在进入洗涤塔之前,增设1个水洗塔,用冷在此条件下,共沸塔塔底的苯含量的计算结果为却后的锅炉给水清洗粗煤气,使粗煤气中的氨含量810×10,符合低于1×10-°的标准。在改造工况降低至1×10°以下的模拟计算中,主要塔器及换热设备参数不动,物(2)在萃取塔和甲醇水分离塔之间增设1个共性方法也保持不变。沸塔,将苯脱除至1×10“以下。3.5改造方案模拟结果(3)从甲醇水分离塔塔顶采出的44号流股改将以上优化方案应用到低温甲醇洗改造工况为通入CO2浓缩塔底部。的模拟计算中,最终得出改造工况主要流股和各塔4)由于新增加的水洗塔能够有效地脱除粉尘的模拟计算结果,见表6。该结果可作为低温甲醇和其他固体杂质,因此可将文丘里喷嘴取消以减少洗气体阻力中国煤化工答后,进入的粗煤气34改造方案的模拟与优化中刻CNMHG,洗涤塔塔顶净煤气对低温甲醇洗系统进行改造工况模拟,改造工中H2S含量体积分数为8×10ˉ°,净煤气流量为艺流程见图2。从图2可以看出,改造后增加了225315kg/h;②CO2放空气中的H2S含量体积分数第6期关威等城市为产冼净化工艺模拟与改造研究21为25×10-°,符合环保要求;③H2S再生气饣度满足改造要求。改造方案对原装置改动很小,且节为-45℃,H2S含量体积分数为40%。以上扎灬均省投资,易于实施。净化煤气去甲醇装置净煤气锅炉给粗煤气S气去硫回收装置CO2气放空燃料气乏气去电站图2低温甲醇洗改造工艺流程—水洗塔;2一吸收塔预洗段;3-吸收塔主洗段;4—吸收塔终洗段;5-CO2浓缩塔;6一萃取塔;7一甲醇水分离塔;8-H2S浓缩塔;9一甲醇热再生塔;0-CO2浓缩塔:11一闪燕罐;12—闪燕罐;l3一共沸塔Plus软件,应用改进的PSRK物性方法对低温甲醇0.07366522000000.073660洗装置的模拟基本可行,可应用于设备的设计计0.073655算性能校核以及实际生产的改造。0.073650(2)对改造工况的模拟结果表明,增加水洗塔,可将粗煤气中的氨减少到1×106以下。增加共沸塔,可将进入甲醇水分离塔之前的苯脱除至0.073630200000.8×10-6。通过对流程的改造,净煤气中H2S含2.0222.42.6283.03.23.43.6384.0量低于0.1×10-6,可以解决工厂实际存在的问题。图3共沸塔回流比对塔顶苯含量及塔热负荷的影响(3)采用统一的热力学模型对低温甲醇洗工一再沸器热负荷;■一冷凝器热负荷;口一塔顶苯浓度艺进行了全流程模拟,调整并优化了共沸塔的操作参数,保证了塔底苯含量低于1×10的工艺指标4结论(4)对低温甲醇洗工艺全流程的模拟,有利于(1)对设计工况的模拟结果表明,使用 Aspen分析工艺原理,为进一步扩产改造奠定了基础。表6改造工况主要流股计算结果温度压力流量组成/摩尔分率流股位号 / kPa /kg·h-1CO2轻油CH粗煤气2282300700000.3040.4380.0860.0110.1500.003812×10-”0.0010.00净煤气0.030.6270,116中国煤化工2×108×10-H2S再生气39-450.60CO2闪蒸气11-2950040200.8380.0470.061CNMHGCO2放空气241020401000.983<0.0010,0040.0120.00125×10“6下转第35页)第6期冯凯甲醇装置一段转化炉运行分析35·对流段辅助烧嘴一直没有启用。进出口温度的运行数据与设计要求的操作温度比(2)原因分析装置满负荷运行时,各组盘管较见表1。表1各组盘管进出口设计温度与实际温度对比项目名称混合原料气预原料气预热盘过热蒸汽盘管锅炉循环水盘燃料天然气预锅炉给水预热精制水预热盘热盘管进出口管进出口管进出口热盘管进出口盘管进出口管进出口没计温度/℃350/530125/390140/19440/106实际温度/℃292/484115/459246/325250/25035/294139/18447/70从表1数据对比可以看出,第1组混合原料气(3)解决办法对流段7组盘管的运行指标与预热盘管的进出口温差已经达到设计要求范围,盘设计要求存在不同程度的偏差是诸多因素的综合管自身换热能力基本符合设计要求。但在实际运影响所导致的,短期内不会影响装置的安全运行,行中,由于中压蒸汽过热度不够,使得进入转化炉若长期运行,则涉及到原料消耗和能耗的增加,包的蒸汽温度较低,加之冷凝液汽提塔的投运,使汽括触媒使用周期缩短和能量损失。转化炉对流段提后入转化炉的蒸汽温度更低。从炉子整体考虑,盘管组的设计改造是一项非常复杂的工作,其技术该盘管换热能力明显不足,应适当增加换热面积,含量高、难度大,牵一发而动全身,必须经过专业设以提髙原料气进入转化管的温度,降低进入对流段计人员的严格核算,在充分考虑设备安装和装置运烟气的温度,缓解后序设备超温现象。由于第2组行实际情况的基础上,从转化炉整体出发,全面考原料气预热盘管自身换热面积较大,换热能力过虑问题,进行反复科学论证后方可实施剩,导致脱硫槽入口工艺气温度超标运行,高出设计温度近70℃,对转化催化剂的安全运行存在较3结语大威胁。第3组过热蒸汽盘管进口温度与设计要(1)一段转化炉是甲醇装置的关键设备,其运求相符,但出口温度没有达到设计要求。该组盘管行的好坏直接影响到装置的能耗和甲醇产量。自在设计上存在换热能力偏小问题,是对流段热量后2004年8月一段转化炉投运以来,通过对运行中存移的影响因素之一。第4组锅炉循环水盘管进出在问题的改进,转化炉运行状况已逐渐趋于稳定。口温度略微高于设计要求,且实际运行中锅炉循环2)由于原始设计存在不足,对流段部分预热水量比设计值高出15υ/h,而且还有辅助烧嘴调节盘管操作温度偏离设计值,在高负荷操作时,表现手段可以利用,因此其换热能力可以满足生产要得更为明显。今后须对盘管重新进行核算和改造求。第5组燃料天然气预热盘管受烟气热量后移这一问题才可望得到彻底的解决的影响以及设计上存在的问题,使盘管出口温度远参考文献高于设计要求,盘管换热能力偏离设计要求甚远,[1]大连理工大学化工原理教研室编化工原理M]大连:大连理严重影响燃料气系统的安全运行。目前通过对燃工大学出版社烧器喷嘴的改进燃料气管线球阀的更换以及优化(21梁忠魁化工原理(M],北京:化学工业出版202[3]陈敏恒,等.化工原理第二版[M].北京:化学工业出版社,操作等措施,燃料气系统运行趋于平稳。第6组锅炉给水预热盘管进出口温度及进出口温差指标接41化学工程手册编写委员会化学工程手册[M]北京:北京工业近于设计值,能够满足生产需求。第7组精制水预热盘管换热能力明显不足,可考虑加大盘管的换热5]冯元琦甲醇生产操作问答M].北京化学工业出版社:,00面积,通过调节其流量达到降低引风机入口烟气温[6]陈五平.合成氨[M].大连:大连理工大学出版社,1989修改稿日期:2006-06-01度的目的。(上接第21页)参考文献:[4]杨友麒.过程流程模拟[J].计算机与应用化学,1995,12(1)1]张述伟,陆明亮,徐志武,低温甲醇洗模拟系统模拟与分析中国煤化工的研究[刀].化学工程师[J].化肥设计,1994,32(1):25-31CNMHG2]张东亮中国煤气化工艺(技术)的现状与发展[J],煤媒化工,[6]赵月红,许志宏,等, Aspen Plus用户模型开发方法探讨[]2004,32(2):1-5.计算机与应用化学,2003,20(4):435-438[3]汪寿建,洁净煤气化工艺浅析[J].化肥设计,2004,42(3):15收稿日期:2006-08-14

论文截图
版权:如无特殊注明,文章转载自网络,侵权请联系cnmhg168#163.com删除!文件均为网友上传,仅供研究和学习使用,务必24小时内删除。