低温甲醇洗工艺流程模拟——甲醇洗涤塔的模拟

第19卷第2期甘肃科学学报Vol 19 No. 22007年6月urnal of Gansu SciencesJun.2007低温甲醇洗工艺流程模拟——甲醇洗涤塔旳模拟孙津生12,李燕(1.天津大学化工学院,天津300072;2.天津大学精馏技术国家工程研究中心,天津300072)摘要:利用^ spen Plus软件对低温甲醇洗系统的甲醇洗塔进行了模拟计算.通过应用该软件提供的不同模型进行模拟计算对比,可以确定 RKSWS模型较为接近,对二元交互作用参数进行修改修改后的模型是一种适用于模拟甲醇洗涤塔工艺过程计算的模型.模拟计算分析结果表明:温度和流量的误差都很小,各组分含量的误差也很小,均在1%之內.由此可知,修改后的模型可以较好的应用于甲醇洗涤塔工艺流程中关键词:低温甲醇洗;^ spen Plωs;模拟;热力学模型;甲醇洗涤塔中图分类号:TQ018文献标识码:A文章编号:1004-0366(2007)02-0050-04Process simulation for Rectisol-Simulation for Methanol wash ColumnSUN Jin-sheng,2(1. School of Chemical Engineering and Technology, Tianjin University, Tianjin 300072, Ch2. 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 isansferred 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 analocomputation 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低温甲醇洗系统是由德国林德公司和鲁奇公司经济效益.但尚未见到关于低温甲醇洗系统的过在2θ世纪50年代共同开发的一种气体净化方法.程模拟和介绍如何利用软件专用模型进行模拟计算该工艺采用低温甲醇用物理吸收的方法将原料气中的相关报道我们采用 Aspen Plus对过程进行模拟的高浓度酸性气体(例如硫化物和CO2等)除去.计算,结合工艺包数据,对相应的热力学模型进行了适用于以煤、重油、沥青等重质烃类为原料的合成选择和修正,得到对于指定的进料条件可以作为工氨、羰基合成气、甲醇合成气、城市煤气等气体净化2.艺数据包来使用的工艺流程Aspen plus软件是由美国 Aspen Tech公司开发的通用工艺模拟软件,可用于化工、炼油工艺流程低温甲醇洗工艺流程模拟计算, Aspen plus软件具有多种热力学模型、V了中国煤化工甲醇以物理吸收的方含有大量的物质性质参数以及混合物数据与表征方将CNMHG酸性气体除去,得到纯法3.截至目前,国内有一些专家使用此软件对乙烯净气体m毆任气俸过吸、气提等手段由甲醇溶装置的油洗塔和分离系统、酯生产的反应精馏及C;液中释放出来,再进行下一步利用,该工艺主要由萃取丁二烯等工艺构成进行了模拟,获得了较好的甲醇洗涤塔、CO再生塔、∏♂S浓缩塔、甲醇再生塔收稿日期:2006-12-16第19卷孙津生等:低温甲醇洗工艺流程模拟——甲醇洗涤塔的模拟51和甲醇水分离塔五部分组成.低温甲醇洗工艺流程见图1勺HEobItEISTolUI区IIsFttHzClIlSVDTIV L图1低温甲醇洗模拟工艺流程C110:脱硫塔;C120:粗吸塔;C130:主吸塔;C140:精吸塔;C2σ0:CO2再生塔;C310:HS浓缩塔;C320:H3S浓缩塔;C400:甲醇再生塔;C500:甲醇水分离塔;V11、V21、V22、V23、V24、V25、V31、V41皆为闪蒸罐在此工艺模拟过程中最重要、模拟难度最大的相平衡的模型. Aspen提供了计算6000多种纯物就是甲醇洗涤塔.甲醇洗涤塔的主要玏能是在低温质的物理性能旳模型和计算混合物物性的模型;计高压下利用甲醇对酸性气体良好的物理吸收性能脱算各种不同物系的气一液、液一液两相、气一液一液除原料气(即变换气)中绝大部分的CO和硫化物三相平衡的模型,这些模型包括计算气相逸度的几气体杂质.这些气体脱除的干净程度制约着后继工个气体的状态方程,计算液相活度的模型η.因此应序操作的好坏,所以对甲醇洗涤塔进行了模拟研究,该选择偏差较小的模型.根据物系的性质选择了即塔V11、C110、C120、C130和C140.在实际工程NRTL、SR- PLOAR、PSRK、 RKSWS4种模型进行中,此处是一个逆流吸收塔,塔中分成5段,最底部模拟计算,对结果进行分析的作用是将降温后气体中所含的微量液体分离,可)对于闪蒸罐V11,NRTL模型较适合,其他以看作是闪蒸罐.分离后的气体依次进入塔的脱硫状态方程无法计算分析原因,对于低温含水的极性段,粗吸段、主吸段和精吸段,主要作用为吸收气体体系,状态方程法不适合而活度系数法较为合适中的硫和CO2,皆可看作是单独的吸收塔.为了使模2)对于脱硫塔C110,NRTL模型计算结果不拟过程简洁和高效,易于收敛将甲醇洗涤塔分为闪十分准确,而SR- PLOAR模型、PSRK模型和蒸罐(V11)、脱硫塔(C110、粗吸塔(120)、主吸塔RKSWS模型计算结果可以认为有效,但是皆不精(C130)、和精吸塔(C140分别对其模拟,在得出有确,只有 RKSWS模型较为接近.分析原因活度系数效的结果后再将其组合法不适合中高压体系,而在低温下,二元交互作用参2模型的选择与修改数与实际之间误差较大,造成活度系数法结算结果对于一个特殊的体系和具体装置所涉及的物误中国煤化工CNMHG性,模拟是否能正确反应它的操作,是否能用于设计主吸塔C130、精吸塔和指导操作的关键在于选用正确的计算模型包C140NRTL模型计算结果不十分准确,而SR括计算纯物质物理性能的模型,如计算纯物质和混 PLOAR模型、PSRK模型和 RKSWS模型计算结合物系的自由能、反应热、焓、熵、密度、蒸汽压等等;果可以认为有效,但是皆不精确,只有 RKSWS模型也包括计算体系气一液、液一液两相、气一液一液三较为接近.分析原因活度系数法不适合中高压体系,52甘肃科学学报2007年第2期而在低温下,二元交互作用参数与实际之间误差较只有使用多元系的气液平衡数据才能作为计算大,造成状态方程法结算结果误差较大依据,但鲁奇和林德公司的气液平衡数据属于专利经计算分析,闪蒸罐V1l使用NRTL模型与没有公开发表自20世纪70年代末起,国内开始进工艺包数据较为相符,吸收塔C110、C120、C130和行低温甲醇洗气液平衡研究建立多元体系的气液C140使用 RKSWS模型较为接近,但是依然不相平衡数学模型1,进行甲醇洗净化工艺模拟计算符,分析原因:由于低温甲醇洗净化系统的主要组分和低温甲醇洗专利技术工艺特色的开发由于所发有CHOH、H、CO2、H2S、N2、CO、CH4、Ar、HO和表文献的物性参数只有-40C~20C,尚不能达到COS等,该体系既含缔合、极性组分甲醇,又存在量最低温度,参照此数据,根据温度的影响对气液平衡子气体氢,在低温(最低达到-60C)、加压(3546数据进行估算,在 Aspen plus中对二元交互作用参kPa)下操作时部分组分超过临界点,所以非理想性数进行修改,修改后 RKSWS模型的二元交互作用参数见表1很强,因此造成计算模型估算的不准确.表1修改后 RKSWS二元交互作用参数参数ARH2sCOS参数jCHO0.59911.25890.8758-0.51471.68690.67251.87960.12390.70523计算结果与分析气体须符合下一步生产要求,必须使CO2和H2S脱除干净,所以选择CO2、H2、CO、H2S、流量和温度进对修改后的 RKSWS模型进行模拟计算,所得行比较.选取流程中物流11ˆ和118作为液相物流结果与工艺包数据较为相符.选择其中重要流股进中流股比较.物流117脱碳段结束后的液相流股,其行对比分析.选取流程中物流103和106作为气相中CO2含量较高,也有部分HS,其它成分含量甚物流中流股比较.物流103为脱硫塔塔顶气体,理论微,所以选择CHOH、CO、H2S、流量和温度进行比上硫含量很低,同时也能脱洗部分CO2,而气体中主较;物流118为脱硫段后液相流股,其中CO2和HS要成分为H2和CO,所以选择CO2、H2、CO、HS、流含量较高,所以选择CHOH、CO3、H3S、流量和温度量和温度进行比较;物流106为精吸塔塔顶气体,此进行比较.数据对比及误差值见表2表2甲醇洗涤塔重要流股主要成分的对比物流化学元素16模拟数据误差/%模拟误差/%0.31333200.015613.3294040.46390,092580,66933660.669409.473E0.21798040.21670.590900.30892631.320514.250E-084.546E-086,509023.841E-083.798E-081.142707流量/kmol·h-18054.198780470.089505537.6418409506温度/K252.29054052.40000,04337226,8013200228.551900,76594物流化学元索118模拟原数据误差/%774520.78660.19129340.19133.4292E-30.20728190.20630.475901.829E-071.82E-00,57755781.43E-030,02030流量/k14450温度/K0,60252327217800251.2609中国煤化工%之内在气相中H和CO的误差也很小HS和到培底增 CNMHG有塔板按塔C140塔顶由表2分析可知:温度和流量的误差都很小,在狈到增底、塔C120塔顶到塔底物流106中CO的误差较大,也小于5%,分析是含塔C110塔顶到塔底顺序连接起来进行分析.由于量太低导致;在液相中各成分的误差皆小于1%.由气相中主要变化的成分为CO2、H2S、H2和CO,所以此可知,修改后的模型可以较好的应用于甲醇洗涤选取这4种成分作为分析对象进行分析见图2(由塔工艺流程中于图2(a)中HS摩尔百分含量太低,在图中所显示第19卷孙津生等:低温甲醇洗工艺流程模拟——甲醇洗涤塔的模拟不明显,故将其再做图,见图2(b))下降的趋势比较明显,从第15块到第1块塔板曲线由图2可知:H2和CO的含量在第15块到第整体呈下降趋势;H2S的含量在第15块到第10块1θ块塔板之间变化很小,在第ρ块塔板到第Ⅰ块塔塔板之间下降的趋势很眀显,在第Ω块塔板到第1板上升的趋势比较明显,从第15块到第1块塔板曲块塔板之间变化很小,从第15块到第1块塔板曲线线整体呈上升趋势;CO2的含量在第15块到第10整体呈下降趋势.说明H3S的主要去除在吸硫段块塔板之间变化很小,在第Ω块塔板到第Ⅰ块塔板αO的主要去除在吸碳段,而塔顶二者旳含量甚微1000E390E048000E447.000E046.0XE-(M500E044OOOE-O4A△3000E0420X0E4.00OE-04023:38:9mB145理论板数/块理论板数/块图2甲醇洗涤塔气相组成分布主要成分为H2和CO.匚4]兰其盈,杜江,干气胺洗工艺过程模拟I.热力学模型的选取4结论和胺吸收塔的模拟[].石化技术与应用,2006,24(2):93-利用流程模拟软件 Aspen plus对甲醇洗涤塔[5] John H Walsh. The Future for the Fossil Fuels[J].Proceed工艺进行了流程模拟,根据工艺包数据进行模拟计gs of the Association. 1999.2(2): 32算并对不符合条件的参数进行了回归和修改,计算I Billingsley DS, Boynton G W. Iterative Methous for Solving结果表明:脱硫段已将变换气中H2S和COS脱除到Problems in Malticomponent Distillation at the Steady State10以下,脱硫效果很明显,而CO2含量尽管也在J. AIChE J,1971,17(1):65-68⑦]杨友麒,项曜光.化工过程模拟与优化[M].北京:化学工业减小,但是变化不明显;当进入脱碳段时,CO2含量出版社,2006出现显著减少,直到出口时减小到1.5%(mol),小[8]皮银安,低温甲醇洗相平衡模型和气液平衡计算(1)-相平于3%(mol)出囗要求,总硫的含量也小于10-出口衡模型[J].湖南化工,1997,27(4):1-5.要求修改后的模型是一种适用于模拟甲醇洗涤塔9 Aage Fredenslund, Jurgen gmehling, Petter Rasmussen.Vap工艺过程计算的模型or-Liquid Equilibria using UNIFAC a Group-contributionMethod [M]. Elsebier Scientific Publishing Co. 1977.参考文献:[10 Katayama T, Ohgaki K Isothermal Vapor-liquid Equilibrium[1] Weiss H. Rectisol Wash for Purification of Partial OxidatieData for Binary Systems Containing Carbon Dioxide at HighGases [J]. Gas Separation &.Purification. 1988.2:171-176Pressures Methanol-carbon Dioxide [J.J. Chen Eng Japan2]朱世勇.环境与工业气体净化技术[M].北京:化学工业出版1975,8(2):27-35,社,201:200-230.11金克新,赵传钧,马沛生.化工热力学[J].天津:天津大学出版[3]王静康.化工设计[M].北京:化学工业出版社,1995:276中国煤化工CNMHG作者简介孙津生,(1967-)男,天津市人,2005年毕业于天津大学化工学院化学工程专业,获博士学位,现任天津大学化工学院副研究员