低温甲醇洗配套丙烯冷冻站的工艺设计

2012,22(3)张林华低温甲醇洗配螽丙烯冷冻站的工艺设计设计多技术低温甲醇洗配套丙烯冷冻站的工艺设计张林华·华陆工程科技有限责任公司西安710065摘要介绍低温甲醇洗配套的丙烯冷冻站设计的基本原理,用 ASPEN PLUS软件进行流程模拟计算,设计工艺流程。分析流程模拟的特点及需要注意的问题,并说明关键设备的选型关键词低温甲醇洗丙烯冷冻站模拟低温甲醇洗是一种气体净化工艺。该工艺以表1丙烯与氨压缩制冷对比冷甲醇为吸收溶剂,利用甲醇在低温下对酸性气丙烯压缩氨压缩体溶解度极大的优良特性,脱除原料气中的酸性氢为无色、具有强烈刺澈性气气体。由于吸收、解吸及换热过程的不可逆性,人身安全无嘉,无味的有毒物质。氨对水的溶解以及泵在输送过程中会产生一定的温升,因此低蚀性较强温甲醇洗需要外供冷量40℃,丙烯饱系统运行40℃,氨饱和压力0.72bar。目前,甲醇洗配套的冷冻站制冷方法主要有压力制冷系统即氨制冷系统低压侧为负压丙烯压缩制冷、氨压缩制冷、氨吸收制冷、氨压于低压系统制冷剂为闭式循缩吸收混合制冷等。如果是用于生产合成氨,建议选用氨作制冷剂,否则推荐用丙烯作制冷剂。工艺稳定性稳定擎不气体容易进人制冷系统造成制冷效率降低,功耗丙烯的制冷温度可以达到-40℃,这是常压下氨所不能达到的。另外丙烯的压缩机进口为正压,压制冷剂效率机型号大于丙烯压缩机,效率低于丙烯压缩机缩机的设计也较方便。本文以某600ka煤制甲醇运行成本低项目为依托,介绍低温甲醇洗配套的丙烯压缩制冷(丙烯冷冻站)系统的设计。3丙烯压缩制冷的基本原理1丙烯与氨压缩制冷的比较丙烯制冷属于液体气化制冷,利用丙烯液体气化时的吸热效应实现制冷。液体在蒸发器内气氨作为制冷剂在早期大型的冷冻装置中(主化提供冷量,为了使蒸发过程连续进行,必须不要用于合成氨装置)被广泛采用,但随着技术的断地从蒸发器内抽出蒸气,再不断地将液体补充发展与进步,现在国内外的大型冷冻装置多采用进去。通过一定的方法把蒸气抽出,使它冷凝后丙烯为制冷剂。丙烯本质上的一些优点,使它几再回到蒸发器中。要使蒸气在常温下冷凝,则需乎已经取代了氨的应用。两种冷媒压缩制冷的比将蒸气的压力提高到常温下的饱和压力,这就实较见表1。现了制冷工质在低温低压下蒸发,产生制冷效应,2丙烯的物性并在高温高压下冷凝,向外放出热量。因此,液体气化制冷由气化、升压、冷凝、降压四个过程丙烯是一种无色略带甜味的易燃气体,分子组成。丙烯压缩制冷通过循环连续为低温甲醇洗式为C3H,分子量42.08,沸点-47.7℃,熔点18525℃,其密度为空气的L46倍,临界温度为装置提供冷量。918℃,临界压力为462MPa,爆炸极限为20%4丙烯压缩制冷的流程模拟1l%(vol),闪点为-108℃。4.1流程模拟张林华:工程师。2001年毕业于西北轻工业学院(现陕西科技大学)应用化学专业。一直从事化工工程设计工作。联系电话(029)87989321, E-mail: zh1895@ chinahualueng, couCHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工设计2012,22(3)某600kt/a甲醇项目,低温甲醇洗要求配套的计规定功能,方便、快捷、准确地实现模拟计算;丙烯冷冻站的最大负荷为6570kW(-40℃)。②在建模块时,巧妙利用了流股比例分配器(B6根据设计任务及工厂条件,拟采用离心式丙 FXPLIT),可以准确地计算出冷凝丙烯液体的分烯压缩机,蒸汽透平驱动。用 ASPEN PLUS做整个配,模拟收敛压缩制冷系统的流程模拟。在模拟中,一个细节就是送至低温甲醇洗的模拟条件:①低温甲醇洗要求的是-40℃的冷液态丙烯是过冷的,压力为64bar。在到达甲醇量,即低温甲醇洗返回的气态丙烯为-40℃的饱和洗装置的节流阀后进蒸发器蒸发制冷,而阀后压气体;②供给低温甲醇洗装置的液态丙烯应为过力为-40℃丙烯对应的饱和压力,即L.41bar,在冷,在低温甲醇洗界区内节流、蒸发。节流后有16.95%(ml)的丙烯液体气化了,实根据模拟条件,设置冷冻站工艺模拟流程见际进蒸发器的液态丙烯只有83.05%(mol),因此图1。要特别注意此部分的损失。所以本流程中规定的是模块 RESTISOL的热负荷为6750kW,已考虑了节流的损失。5丙烯压缩制冷的流程设计根据流程模拟,设计丙烯冷冻站的工艺流程见图2。内压缩机系统丙水冷器图1丙烯冷冻站工艺流程模拟压缩机初步定为两段压缩段间有补气,压缩机出口压力为18bar。为了准确模拟,在此设置两个设计规定:①规定模块 RECTISOL的热西负荷为6570kW,变量是流股C3H的流量;②规态内烯饣低温甲酚定模块E1702H和E1702C的热负荷相等,变量是丙烯过冷器模块B6的流股分配比例。模拟计算结果见表2。表2流程模拟物料平衡表图2丙烯冷冻站工艺流程物流编号流程简述:来自低温甲醇洗的气态丙烯((相态)(气)(气)(气)(气)(气)()40℃,1.41bar)进冷冻站界区,经丙烯压缩机系流量,k/h65368.271267.89140.625872.858995653682温度,℃统(C1701)加压、冷却至17.8br、50℃,再进压力,b1.4l1.4117.86611,416.41丙烯水冷器用循环水冷却至40℃冷凝,冷凝的液子量42.0842.0842.0842.0842.0842.态丙烯进丙烯贮槽,之后进丙烯闪蒸槽进行闪蒸根据此计算结果,可以得出以下数据:①去机二殴进口,液相分为两部分,这两部分中大部低温甲醇洗的液态丙烯为-8℃,6.4bar,分进丙烯过冷器进行换热,小部分(约占总液相653682kg/h;②低温甲醇洗返回的气态丙烯为流量的828%)的液态丙烯进壳程,在-40℃蒸40℃,1.4bar,65368.2kg/h;③压缩机一段进口发气化,气态丙烯送至压缩机一段;其余的液态总丙烯量为70.8kh,④压缩机一、二段间补丙烯在管程被冷却至-8℃,送至低温甲醇洗装置气为4℃,661b,2582.8kgh,⑤压缩机自带提供冷量。后冷却器,将二段出口气体冷却至50℃。根据计算结果,可进行丙烯压缩机的选型,6关键设备的选型及设计以及丙烯冷冻站的工艺流程设计(1)压缩机采用水平剖分碳钢壳体多级离心4.2流程模拟的特点及需注意的问题式压缩机,以2.5MPa(G)、380℃的过热蒸汽驱此流程模拟的特点:①用 ASPEN PLUS中的设动汽轮机。201222(3)张林华低甲醇洗配套丙冷冻站的工艺设计流量调节方式:变转速调节液体进口在侧向,气体出口在上方。壳侧液位可轴端密封形式:迷宫密封+串联干气密封控制。压缩机功率:4460kW旋转方向:从驱动机向压缩机看,压缩机的7公用工程消耗旋转方向为顺时针本装置的公用工程消耗见表3。2)丙烯水冷器的热负荷为8.74MW,单台换表3公用工程消耗热器很难满足。经过用 HTRI Xchanger Suite专业换热器计算软件计算,需两台串联的BEM型管壳式消耗换热器(每台800mmxL90omm),计算结果循环冷却水,P=0.45/0.25MPa(G)见图3。污垢系数:00004m2K/W蒸汽,thP=25MPa(G)t=380℃8结语经过实际运行,证明本流程的设计是成熟可图3丙烯水冷器计算结果靠的,可作为低温甲醇洗配套的离心丙烯冷冻站设备布置时,一台在另一台的正上方,重叠的经典流程,并在此基础上可以优化工艺参数和方案比较,对其它类似的工程项目设计有较好的布置(管口对管口)。(3)丙烯过冷器的一侧为液态丙烯的蒸发,指导和参考意义。故设计为BKU型管壳式换热器。蒸发在壳侧进行,(修改回稿2012-04-12)(上接第8页)(4)在阀门等集中质量处应加支架,因为集面,并且是独立基础以免传振,使用防振管卡,中质量处振动频率低。管卡与管道之间垫石棉橡胶板,保证管卡与管道(5)由于管道振动是向上的,故应用防振管充分接触。卡使之与管道充分接触,螺栓孔为椭圆形来吸引总之,只要清楚气流脉动是引起管道振动的管道可能产生的热胀位移,且在管道与管卡之间内因,管道结构变化是引起振动的条件,通过分垫石棉橡胶板,防止管道与管架之间的摩擦,见析计算找出引起振动的主要原因,合理地布置并图5采取适当的方法,就可以使压缩机管道减振达到3结语理想的工况。往复式压缩机的工作特点决定了气流脉动是不可避免的。减振并不是消除振动,而是把振动1张德娄,赵勇.石袖化工工艺管道设计与安装[M].北降低到最低限度。故在进行往复式压缩机管线设京:中国石化出版社计时一定要注意:①校核缓冲器的大小,合理增2党賜淇,陈守五。活骞式压缩机气流脉动与管道振动设减振孔板,衰减气流脉动;②尽可能缩短管长,[M].西安:西安交通大学出版社,1984.3唐永进.压力管道应力分析[M].北京:中国石化出版减少弯头与异径管的数量,优化管道走向减少激社,2003振力;③计算共振管长,避开气柱共振;④加设4石油化工压力管道设计审批人员考核培训教材[M].北支架或增大管道直径或厚度(必须保证强度与工京:中国石化出版社艺要求)等方法来改变机械振动频率,避开机械蔡尔辅.石油化工管道设计[M].北京:化学工业出共振;⑤在小管道与大管道连接处增加筋板提高修改回稿2012-03-18)强度,避免振动裂纹;⑥管道布置尽可能贴近地