煤制气低温甲醇洗酸性气体吸收模拟与优化 煤制气低温甲醇洗酸性气体吸收模拟与优化

煤制气低温甲醇洗酸性气体吸收模拟与优化

  • 期刊名字:当代化工
  • 文件大小:510kb
  • 论文作者:季冬,叶枫,王成
  • 作者单位:新疆大学
  • 更新时间:2020-06-12
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第43卷第5期当代化工Vo1.43,No.52014年5月Contemporary Chemical IndustryMay,2014煤制气低温甲醇洗酸性气体吸收模拟与优化季冬,叶枫,王成(新疆大学,新疆乌鲁木齐830046)摘要:采用 Aspen Plus软件,在非平衡级模型的前提下,分别使用不同的物性方法对两酸性气吸收塔进行模拟计算,建立能够较好反映实际状况的酸性气吸收的过程模拟,并在此基础上对酸性气吸收过程进行分析和甲醇流量优化,得到更合理的工艺参数关键词:低温甲醇洗;物性方法;过程模拟;优化中图分类号:TQ08文献标识码:A文章编号:1671-0460(2014)05-0756-03Simulation and optimization of acid gas absorption in rectisol ProcessJ Dong, YE Feng, WANG Cheng(Xinjiang University, Xinjiang Urumqi 830048, ChinaAbstract: With the aid of software Aspen Plus, the rectisol acidic gas absorption column was simulated and analyzedunder the non-equilibrium stage model, the simulation result could fit the design value. On this basis, the absorptionprocess was analyzed, and the methanol flow was optimized, more reasonable operation parameters were obtainedKey words: Rectisol; Property method; Process simulation; Optimization低温甲醇洗采用的吸收剂为低温的甲醇,利用低温的甲醇对酸性气体具有较大溶解度物理特性,脱除粗煤气中的酸性气体(H1S、CO2,具有吸收能力强、选择性好、再生能耗低和气体净化度高等特点。为了更准确地模拟煤制气酸性气的吸收,更为准确地估计温度、流量和浓度沿塔的分布,本文以速率控制的非平衡级模型为前提,并没有没有引入级效率、等板高度等量。由于体系十分复杂,各组分差异大,同时含有非极性和极性缔合组分,需要针对实际流程,采用不同物性方法进行对比筛选得到与实际最为吻合的过程模拟。本研究以国图1酸性气体吸收塔流程简图内某年产50亿ta煤制天然气项目为研究背景,建Fig 1 Flowsheet of acidic gas absorption column立了酸性气体吸收的过程模拟,模拟结果与实际较来自变换冷却工段的粗煤气进入低温甲醇洗好吻合,可以为实际生产提供技术支持装置后,由于温度较高,在经过一系列的低温流股换热后得以冷却(图1)。之后粗煤气物流1进入HS1低温甲醇洗吸收流程吸收塔T613A01底部的粗吸段用少量的无硫甲醇低温甲醇洗实现了在同一装置中脱除HS富液(流股11)进行洗涤,预洗甲醇富液(流股CO2、COS、CHlo、HCN、NH3、H2O、C2以上烃类13)从塔底离开HS吸收塔,然后进人甲醇再生系包括轻油、芳香烃、石脑油、烯烃及胶质物等)统。预洗后的粗煤气进人HS吸收塔的主脱硫段,等多种杂质,与其它净化方法特别是NHD净化工该段塔板较多,用来自CO吸收塔底的无硫甲醇富艺相比较而言,低温甲醇洗工艺的优点是工序相对液(流股10)喷淋洗涤,脱除粗煤气中的HS和单一合理,方便于操作管理。另外碎煤加压气化压COS等含硫化合物。脱硫后的煤气由HS吸收塔力较高,气体中CO2、HsS分压相对较高,本身就顶部出来后进亼CO收埁T513A0底部。在CO2有利于发挥低温甲醇洗物理吸收的特性吸收塔内分中国煤化工用来自CO2CNMHG收稿日期:2013-10-28作者简介:季冬(1988-),男,硕士,研究方向:从事低溫甲醇洗模拟工作。通讯作者:叶枫(1956-),女,教授,硕士生导师,研究方向:从事计算机模拟研究工作。第43卷第5期季冬,等:煤制气低温甲醇洗酸性气体吸收模拟与优化闪蒸塔的甲醇半贫液和上段来的甲醇液汇合洗涤煤气。在上段和中段为CO2吸收塔的精洗段,分别T011用来自热再生塔的低温精甲醇和含有少量溶解气的低温甲醇进一步除去残余的CO2和微量的HS使煤气中CO2量含小于1.5%(mole分数)、总含硫量<0.1×10°,达到要求后然后送入甲烷化装置。2低温甲醇洗吸收过程模拟吸收是一种典型的汽液传质,对于非理想性较强的组分体系,考虑到多组分传质是各组分间的相互影响,非平衡级模型能针对每一相分别列出能图2酸性气体吸收塔模拟流程量平衡方程、组分的物料平衡方程、质量和能量传Fig2 Flowsheet of gas absorption simulation递速率方程,以及两相界面的相平衡方程,并对它而且其余3种物性方法均适用于计算高温、高们进行同时求解,具有一定的优越性。图2为低压以及接近临界点混合物。模拟结果表明,脱硫塔温甲醇洗酸性气体吸收模拟流程T1011和T1012的ⅣSRK和SR- POLAR模型模拟结本文在非平衡级基础上,根据文献-报道选取果与设计值比较接近,而脱碳塔T1021、m1022和了PSRK、SR- POLAR、 RKSWS和PRwS4种物性T1023采用以上4种模型的结果都不是很理想,特方法对低温甲醇洗酸性气体吸收进行了模拟。PSR别是在质量流率和温度上存在非常大的误差,因模型适用于含轻气体的极性或非极性混合物,是建此对PSRK模型进行了修正,修正后的模型模拟结立在SRK状态方程基础上同时采用 Holdman果质量流率、摩尔组成、温度和压力的相对误差都- gmelin混合规则的模型在2%内,表1为模拟结果与设计值的对比结果基本接近,HS和CO2摩尔分数率远高于设计要求。表1模拟值与设计值比较Table 1 Comparison of simulated values and design values组分(摩尔分数)质量流率温度/H2HSCHO设计值0.01300.1×100.00290.00010.6350.00830.2860.00010.144210836539.03模拟结果分析与优化的溶解,充分说明了HS气体溶解热小。从图4可以看到,随着气相中CO浓度的显著下降,从塔顶3.1模拟结果分析进入的大量-42℃的精甲醇中和了大量的溶解热,脫硫段分为粗吸段和精吸段,由分流器调节甲导致出口气体温度不升反降。醇富液的流量,以满足出塔气硫含量≤0.1×10°脱碳段分为三段,上段采用精甲醇作为吸收剂,以保证出塔气的CO2≤1.5%。从图3脱硫段温度和HS浓度分布和图4脱硫段温度和CO2浓度分布两图中可明显看到,粗煤气中HS含量和CO2含量明显下降,而且在HS吸收塔塔底部的塔板吸收效果较明显,CO吸收塔顶部的塔板吸收效果比较明显,这主要是由于HS的溶解度远大于CO,在脱硫塔内,三塔底HS大部分被低温的甲醇吸收,而脱碳塔内,l1.431.031.1.il.由于有大量的冷量进入时,CO2的溶解热得以中和吸收效果才非常明显。图3脱硫塔温度和HS浓度分布此外,从图3可以看出HS在溶解过程中,温Fig 3 Distribut中国煤化工 oncentration度上升不明显,而且温度的上升还归因于其他气体CNMHG758当代化工2014年5月从第16块塔板到第36快塔板CO2浓度基本不表中可以看到,当脱硫塔HS浓度超标是可以适当变可以推测这是由CO2的溶解热过大引起的。增加分流器FS1分率,当脱碳塔塔顶CO2浓度超标Rl.sk FIO时,可适当增加甲醇流量。从优化结果可以看出设计值均在所优化的范围之内,对试车和实际生产具有一定的指导意义。4结论(1)本文使用 Aspen Plus软件,在非平衡级前提下,采用修正后的PSRK物性方法,建立了酸性气吸收的模型,模拟结果与设计值很好的吻合0. Il 21.6好的反映了实际工况。.((2)根据模拟结果,研究了HS和CO2的吸收图4脱碳塔温度和HS浓度分布过程在塔内的随温度的变化。Fig 4 Distribution of temperature and CO2 concentrationin absorption column(3)通过 Aspen Plus软件中的灵敏度分析3.2参数优化到了控制甲醇流量的几个关键点的优化结果。表2优化结果参考文献Table 2 Optimization1]张诩人低温甲醇洗及其改进型工艺J煤化工,1992(3):38-43.粗煤气进料/(kgh)629582]李保红用 ChemSep软件研究气液传质的非平衡级与平衡级模型FS2分流率(19)J石油化工,FSI分流率(25)3]周建均.林德低温甲醇洗工艺的发展和改进化学工程,1993,21精甲醇(7)/(kgh)98842~4256484]王维德. Maxwell-sean方程及其在相间传质中的应用[化学工甲醇(6)/(kgh)324000-367532甲醇循环量的优化是低温甲醇洗工段的一个关[5]肖珍平,房鼎业,等.低温甲醇脱碳工艺热力学模型和过程模拟研究团化学工程,201139(7):74-7键,对节省操作费用有着至关重要的意义。在其他6]李庆会.基于非平衡级模型的低温甲醇洗流程模拟研究Ⅳ大连工况不变的前提下对甲醇的循环量进行优化。针对大连理工大学,2012.本工艺的特点,选取了两个优化对象:一分离器7秦莉.低温甲醇洗吸收塔工艺模拟与过程参数优化安徽化工,FSI的分率,二脱碳塔塔顶和中段的甲醇流量。利2010.36(3):51-53用 Aspen的灵敏度分析功能,优化结果如表2。从(上接第719页)参考文献[4]李东胜,张毅,宋毅,翟玉春润滑油基础油糠醛精制工艺加助剂[1]李明学液相络合脱氮工艺在石油一厂基础油生产中的应用辽脱氮小试研究门石油化工高等学校学报,2011,241):41-435]岳红霞,程云,李东胜,宋义络合法润滑油脱氮研究抚顺石油宁化工31(9):378-3812]蒋晓明,陈月珠应用络合脱氮新工艺提高润滑油基础油氧化安定学院学报,1998,18(1):12-14.性的研究石油炼制与化工,199,309):28-31[6]于道勇,徐海,阙国和石油非加氢脱氮技术进展化工进展,20013]黄克明,江绿深,朱永飞络合反应法脱除润滑油中的碱性氮化物」35润滑油,199,14(5):49-51中国煤化工CNMHG

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