低温甲醇洗吸收塔工艺模拟与过程参数优化

第36卷第3期安徽化工Vol 36. No. 32010年6月ANHUI CHEMICAL INDUSTRY·技术进步低温甲醇洗吸收塔工艺模拟与过程参数优化秦莉,史贤林,李玉安,赵海泉(华东理工大学化工学院,上海200237)摘要:低温甲醇洗汽液平衡数据的测定难度大而文献报道又极少。利用 ASPEN PLUS软件采用 UNIFAC基团贡献法预测该体系汽液平衡建立了低温甲醇洗吸收塔的过程模拟。模拟结果表明该模型能够较好地反映该工艺装置的实际操作状况。在此基础上,考査了甲醇流量以及甲醇温度等参数对分离过程的影响获得了低温甲醇吸收塔的最佳工艺参数。关键词: Rectisol;流程模拟;参数优化; ASPEN PLUS中图分类号:0623411文献标识码:A文章编号:1008-553X(200)03-005103低温甲醇洗(简称 Rectisol)吸收变换气中的二氧化碳、硫化氢等酸性气体该工艺具有气体净化度高,选择性好溶剂消耗少,能耗低等显著特点。但由于二氧化碳、硫化氢低温下在甲醇中的溶解度与常温下在甲醇中的溶解度相差很大,气液相平衡数据测定难度很大,且低温甲醇洗技术作为国外公司的专利技术,文献上公开发表的相关汽液相平衡数据很少。Fem等曾对有关四元体系的汽液平衡做过计算,但温度范围较小。翁盂炎*皮银安7等也曾采用汽相EOS法计算,液相用A-F法计算f的混合模型法,计算过程较复杂。对于图1低温甲醇吸收塔流程示意图甲醇洗体系的汽液平衡, Evelein ferrell等分别用SRK液,7流股是从第39块塔板抽出的甲醇富液,9流股是方程PR方程计算了一些体系,但结果仍不能令人满从第46块塔板抽出的甲醇富液。5流股和7流股分别意。本文以 ASPEN PLUS软件为工具采用PR状态冷却至-35℃和-38℃即图中的6流股和8流股然后方程,建立了Rtio吸收的过程模拟,模拟结果与工分别返回第34块塔板和第45块塔板。业实际状况吻合较好,在此基础上保持工艺流程及设上塔段(46块塔板)主要吸收二氧化碳称为脱碳段;备不变,考查了几个典型工艺参数对分离过程的影响,下塔段(27块塔板)主要吸收硫化氢称为脱硫段。由于低以充分挖掘现有工业装置的生产潜力。温甲醇对HS的溶解度远远大于CO2,故下塔段所需的甲1流程简介醇量为上塔段甲醇量的50%左右。图中的9流股通过一个图1是低温甲醇吸收分离二氧化碳和硫化氢的流分流器将其分成2个流股即10流股和11流股其中程简图。吸收塔为板式塔共72块塔板结构。1流股为10流股返回吸收塔的第47块塔板,用以吸收HS。变换气,4流股为低温甲醇2流股为净化气3和1流2低温甲醇吸收过程模拟分析股为甲醇富液,5流股是从第33块塔板抽出的甲醇富21吸收塔模型的建立表1采用不同模型计算结果与设计数据的比较温度(℃)-22-1192130.17702080.17408120.7700.7850.73307850816收稿日期:201001-06作者简介秦莉(1985-),女硕士研究生研究方向:化工过程模拟137420111,qn19850210@126ca总第165期2010年第3期(第36卷)安徽化工对吸收流程进行模拟,关键在于选择较好的汽液平FSRK方程,同时采用 UNIFAC模型对已有数据进行回衡模型,而对于 Rectisol这种强非理想体系,可用热力归,对PSRK方程加以修正。从模拟结果来看,该方法是学状态方程和活度系数方程组合的方法计算体系的汽比较理想的液平衡数据。本文利用 ASPEN PLUS模拟软件,选用22模拟结果与设计值的比较RK- ASPEN、SR- POLAR、 PRMHV2、 RKSMHV2、 RKSWS本文利用 ASPEN PLUS模拟软件,并采用上述热力方程对上述吸收过程进行了模拟计算,但结果都不理学方法,对低温甲醇吸收塔进行了模拟,主要工艺参数想,见表1。本文提出以下方法:在热力学方程上选择见表3,模拟结果与实际设计值的比较见表2表2吸收塔模拟结果与设计值的比较塔顶贫甲实际值模拟值实际值模拟值实际值模拟值摩尔流率( kmolhr)3306.743330251726716623401.71201.712温度(℃)00030002800.733073300030002790.001290.001300.0043.10e-050.0010.00059400180.017300010000600.1770I34e070.16900020001154.58e-200CHO05.17e-050822000411525e-080004000410由表2可见模拟值与设计值吻合较好,塔顶CO2、46块塔板被吸收。HS已在脱硫段基本被吸收完全,因HS含量均能满足分离要求:HS≤0. Ippm mole,CO2∈此其在脱碳段的浓度变化非常微小。(2mol%.5mol%)由于从第46块板上抽出一部分富甲醇液,与侧线3过程的模拟分析与参数优化出料的塔板液相流率有突变。因进料是汽相加入,故在吸收塔通常分成两段,即脱碳段和脱硫段。其中脱脱硫段汽相流率较脱碳段的要多,同时使得脱硫段汽相碳段分为粗洗段、主洗段和精洗段,主要作用在于吸收流率大于液相流率。变换气中的二氧化碳。脱硫段用以吸收分离变换气中的硫化氢。最终使得CO2和HS的摩尔分率满足设计指标,即HS≤0.1 ppm mole,CO2∈(2mol%,5mo%)。通过分析塔的温度、浓度分布调整工艺操作参数,确定吸收塔的最佳操作条件,见表3。表3吸收塔的主要工艺参数项目吸收塔塔板数72进料温度(℃)-504塔底贫甲醇温度(℃)图2吸收塔的温度分布塔顶压力(ba)28.7塔底压力(bar)32参数优化吸收剂是影响吸收效果的重要因素之一。本文在原3.1吸收塔模拟分析由图2可见,吸收塔的温度在脱碳段急剧上升,在料处理量为3869kmhr以及其他条件不变的情况下冷量加入板出现阶跃在脱硫段保持恒定,这说明脱碳通过改变吸收剂的用量考查吸收剂用量改变对塔的分段主导了吸收塔的温度趋势,CO在低温甲醇中的溶解离能力的影响。是放热过程,而在塔底的脱硫段,因HS在低温甲醇中由图3和图4可看出,随着甲醇流量的增大,出口气的CO2和HS摩尔分率逐渐减小,且出口气温度逐渐的溶解无明显放热现象故温度基本保持恒定。降低。当甲醇流量在4639~5139 kmol/hr之间的时候,可CO2绝大部分是在脱碳段,也就是第1块塔板至第秦莉等:低温甲醇洗吸收塔工艺模拟与过程参数优化满足分离要求,即HS≤0. Ippm mole,CO2∈(2ml%在保证塔的分离要求的情况下,以降低能耗为目5m%)。因此在满足分离效果的同时应尽可能选择较标,推荐的甲醇流量范围为4639-5139 kmol/hr,换算成小的甲醇流量,以降低塔的操作费用及能耗。液气摩尔比为120~1.33,甲醇温度范围为-46~-41℃。将以上优化方案应用到吸收塔的模拟计算中最终得到G优化T况的模拟计算结果。5结论(1)本文借助于 ASPEN PLUS模拟软件,采用FSRK模型,建立了低温甲醉吸收二氧化碳和硫化氢的0D6过程模型。模拟结果与设计值吻合较好,验证了该模型的可靠性,可用于指导实际生产过程的优化及设计计算(2)利用 ASPEN PLUSI模拟软件的灵敏度分析功能对实际操作过程进行了参数优化,考查了甲醇流量、甲醇300035004000450050005500温度对塔的分离要求的影响得到了最佳的操作条件。3甲醇流量对塔顶co2摩尔分率及温度的影响参考文献张诩人低温甲醇洗及其改进型工艺门煤化工,1992(3):[2] Ferell J K, Rousseau R W, Matange J N. Solubilities of acid gasesand nitrogen in methanol, 1980. PB80-2122363]菊孟炎 CO-COr CH4OH体系气液平衡研究门化工学报,1990,41(4):503-507s是王阳4翁孟炎低温甲醇洗气液平衡研究(上化肥工业,1991,18000E-0125]翁孟炎低温甲醇洗气液平衡研究(下)化肥工业,1991,18-100E012(4):10-1630003500400450050055006]皮银安低温甲醇洗相平衡模型和气液平衡计算(1)相平衡图4甲醇流量对塔顶HS摩尔分率的影响模型J湖南化工,1997,27(4):1-5门7皮银安低温甲醇洗相平衡模型和气液平衡计算(2)气液平4优化模拟结果衡计算湖南化工,1998,28(1):15-18口Process Simulation and Parameter Optimization of RectisolQIN Li, SHI Xian-lin, LI Yu-an, ZHAO Hai-guan(School of Chemical Engineering, East China University of Science and Technology, Shanghai 200237,ChinaAbstract: For the difficulty in determining the vapor-liquid equilibrium data of Rectisol system and few literaturereports. Vapor-liquid equilibrium data of this system is predicted with the UNIFAC group contribution method, thensimulation model of separating Rectisol is set up based on ASPEN PLUS in this paper. The result shows that the model issatisfactorily agree with the real operation condition of the industryOn this basis, the influences of severalparameters such as methanol now and methanol temperature on the separation process is studied. The optimizationoperation parameters are obtained which can be used to improve the process.Key words: Rectisol; process simulation; parameter optimization; ASPEN PLUS