低温甲醇洗脱碳塔系统模拟与改造方案的研究

2010年8月去氨Aug.2010第33卷第4期Large Scale Nitrogenous Fertilizer IndustryVol 33 No, 4低温甲醇洗脱碳塔系统模拟与改造方案的研究张双双1王东岩2杨亭1常虹1于金贵3李海波3张述伟(1.大连理工大学化工学院,辽宁大连,116012;2.陕西延长石油集团榆林煤化公司,陕西榆林,7190003.本溪北方煤化工有限公司,辽宁本溪,117000)摘要阐述低温甲醇洗脱碳塔系统在焦炉气合成氨的工艺流程中气体净化工段的应用以及改造方案的研究。改造后的流程在原脱磯工艺基础上增加了脱碳塔的塔底循环,即脱碳塔塔底液相部分经氨冷器冷却后重新进入脱碳塔下塔再吸收CO2,提高了系统CO2在甲醇溶液中的饱和度。本文用通用流程模拟软件对脱碳塔系统进行了模拟分析解决了实际生产中冷量不足的问题,并使生产达到了满负荷关键词低温甲醇洗脱碳塔模拟改造方案焦炉气是制取焦炭时产生的副产品,是煤焦解度和吸收速度。这些优点使低温甲醇洗不仅降化过程得到的可燃气体。我国目前的焦炭产量位低了H2、N2损失,又得到高纯度的CO2以满足合居世界首位,而大规模的焦炭生产将面临一个十成氨工艺⑤58的要求,也能满足克劳斯硫回收装置分重要的焦炉气出路问题。焦炉气的主要成分是的富硫气体9的要求。因此该工艺适用于以煤、重氢气、甲烷和一氧化碳,如果将大量的焦炉气排放油、沥青等重质烃类为原料的合成氨、羰基合成气、到空气中,必将造成大气的严重污染,而且浪费宝甲醇合成气、城市煤气等过程的气体净化0。贵的化工资源。在这种背景下,结合市场经济、环某厂装置是以引进国外低温甲醇洗脱硫、脱境等因素,采用焦炉气来生产市场前景良好的氨碳装置为基础,为适应原料气改为焦炉气这一特产品,可以使焦化工程成为既环保又能取得较佳点改造而成的,属于“两步法”低温甲醇洗工艺,即经济效益的项目。所以焦炉气合成氨项目具有十焦炉气先进行脱硫,脱硫后去变换,变换后的变换分明显的环保意义和经济意义13。本文采用通用气再进行脱碳流程软件进行流程模拟,软件中含有大量的物质12脱碳塔系统流程性质参数和混合物数据与表征方法、以及热力学脱碳塔系统流程见图1。进人甲醇洗净化系统模型,能够保证模拟的准确性。的变换气在进人脱碳塔之前,先进行氨冷及分离,再进入脱碳塔进行CO2的吸收。1工艺介绍脱碳塔为浮阀塔,分为上、中、下三部分。上部11低温甲醇洗工艺为精洗段,中部为主洗段,下部为初洗段。塔顶部由德国林德公司和鲁奇公司开发的低温甲醇进入洗涤甲醇(130),中部主洗段加入汽提塔脱除洗净化法,是一种利用物理吸收净化气体中酸性CO2后送来的循环甲醇(127),吸收过程中,由于组分的方法。甲醇在低温下黏度比较小,具有良好CO2溶解放热,溶液的温度会升高直至接近平衡,的传热和传质性能,对HS、CO2等气体的吸收量因此,主洗段后要及时地将溶液(104)引出进行冷大选择性高能够使溶液循环量小,能耗较低,从却,使CO2吸收过程能够继续进行。脱除CO2后的而很好地净化原料气;甲醇具有较好的热稳定性和化学稳定性,吸收酸性气体后不会发生降解;同收稿日期:201001-27;收到修改稿H期:2010-05-19作者简介:张双双,女,1985年出生,2010年毕业于大连条件下,CO2在甲醇中的溶解度比H2N2等惰性大学化工学院化学工艺专业,在读研究生。电话:13591793962气体大得多,同时甲醇中H2S比CO2有更大的溶mail:zhangss.hnan@@yahoo.com.cn222去五」2010年第33卷净化气(101)从塔顶部引出直接送往液氮洗。留3)塔底增加一部分回流经氨冷到-29℃重新回到脱碳塔下部,通过增加系统甲醇溶液中二氧化碳的饱和度来达到满负荷。本文采用这种方法进行改造,改造后流程在图1上增加了虚线部分。3脱碳塔系统核算分析114在原流程核算准确的前提下,保持设备数据和结构参数不变进行了一系列的模拟和分析。图2显示的是在原设计流程的基础上,当变换气为满图1脱碳塔系统改造前后流程负荷流量时,不加循环,仅改变洗涤甲醇流量对脱C1一二氧化碳吸收塔;C—一汽提塔;Ⅴ一闪蒸罐;Ⅴ:闪蒸鱷;碳塔塔顶出口净化气CO2含量的影响。Ⅴ」一闪燕罐;Ⅴ←真空闪蒸罐;V真空闪蒸罐;Ⅴ闪蒸罐0.014富含CO2的甲醇富液从脱碳塔的底部出来r0.n12经氨冷器冷却,减压闪蒸后在分离罐分离,气相中新.10含有H2等有用气体,减压后经回收冷量后送往原0料气压缩机二段入口。液相经减压、闪蒸、分离后,气相作为CO2产品气的第一部分。液相经换热升温再闪蒸分离后,气相作为CO2产品气的第二部035004000400500055006000洗涤甲醇(130)量/kmol·h分。液相用泵送往两级真空闪蒸,两股闪蒸气汇合图2洗涤甲醇流量对脱碳塔塔顶作为CO2产品气的第三部分。为了使半贫液中CO2出口净化气CO2含量的影响含量进一步降低,液相送往汽提塔经N2汽提,从从图2中可以看出,在塔结构参数和洗涤甲塔底出来的液相,部分作为半贫液送到脱碳塔。醇温度一定的情况下,洗涤甲醇流量越多,脱碳塔塔顶净化气中CO2含量越低,但随着洗涤甲醇流2脱碳塔系统改造方案量的增加,净化气中CO2含量已经满足净化要求本装置是国外引进的设备,能够保证在满负不需要再增加洗涤甲醇的流量,否则只会增加能荷情况下正常运行。目前工厂的脱碳塔工序负荷耗。从图3中可以看出洗涤甲醇流量在4500kmol/h72%-75%,出脱碳塔的净化气中CO2含量在3×106左右时,塔顶CO2含量已经小于3×106,因此洗涤以下。为了使脱碳塔系统保证净化气中CO2含量,甲醇比较合适的值在4500kmo/h左右。且能够满负荷运行,本文进行详细的核算和分析,并提出改造方案和优化措施。在现有原料气中CO2含量为18.39%,无法保证净化气指标合格的基础上进一步提高负荷的情况下,解决系统瓶颈问题,可能的措施有三项。1)尽可能补冷,将原流程的中间换热器(E01)换00.20.40.60.81.01.2为氨冷器。通过分析发现现场氨冷器氨冷后的物C塔底循环分率,%流温度在-29℃,而现场(104)已经低于-30℃,因此图3脱碳塔底循环量分率对塔顶出口冷量无法补充进去,此方案不可行。净化气CO2含量的影响2)取消冷物流闪蒸分离液相(112)过早在中图3是在70%负荷下,不改变其他参数,即在间换热器中回收冷量,不换热,直接送入下一级闪洗涤甲醇流量和温度及塔结构参数保持不变时蒸,尽量使最后一级真空闪蒸后的温度维持在最分析增加脱碳塔塔底循环量分率对塔顶出口净化低温。该法合理,但系统中没有更合适的冷源来冷气CO2含量的影响。从图3中可以看出,脱碳塔底却,因此综合考虑各种因素,中间换热器仍然保增加循环量对塔顶出口CO2含量影响较大,随着第4期张双双等,低温甲醇洗脱碳塔系统模拟与改造方案的研究223塔底循环量(循环分率)的增加,塔顶岀口净化气塔底循环量分率和洗涤甲醇流量,即脱碳塔底循CO2含量越来越小,说明增加塔底循环的方法是有环量分率为0162,汽提塔底循环量分率为0.35和效的。考虑循环量增加对塔结构及能耗的影响,塔洗涤甲醇流量3879kmol/h后,对全流程进行了最底循环量应该在保证塔顶出口净化气指标合格的优化模拟。表1、表2分别为现场70%负荷、改造后基础上取合适的值100%时全流程关键流股的数据。从表中的模拟结综合考虑实际因素,优化调整洗涤甲醇和脱果可以看出,变换气由原来的3971kmol/h变为改碳塔底循环量分率使脱碳塔能够在满负荷下正常造后的5650 kmol/h,脱碳塔塔顶净化气中CO2含运转。在洗涤甲醇和脱碳塔底循环量分率一定的量也在273×10,满足了设计要求。情况下,分析汽提塔底循环量分率对脱碳塔塔顶0.07出口净化气CO2含量的影响,使参数得到优化,见图4。从图4可以看出,在洗涤甲醇流量和脱碳塔王0.004量003底循环量分率一定的情况下,汽提塔底循环量分率在大于0.2时,脱碳塔塔顶出口净化气CO2含量基本上变化不大,在循环量分率大于0.34时,塔顶0.20.40.6D.8出口CO2含量小于3×10图4汽提塔底循环量分率对脱碳塔塔顶在确定了最佳的脱碳塔底循环量分率、汽提出口净化气CO2含量的影响表170%负荷时全流程关键流股的数据物流号101130温度A℃45.840.2压力/MPa流量/ kmolh摩尔分数H20.754800254H82m0H20000000.004600050N20004100278000170.00000.000108273099502.4×100.14200.0050000000.00000.0000000000.0000表2改造后100%负荷时全流程关键流股的数据物流号10313温度/℃42.5压力/MPa4.53气相分率流量/ kmolh21919摩尔分数00228980.0045500E-034.10E-03N200285003620001300014128E030.00180.0000CHA00000094780.9950.18392.73×106739E04000000.00000.00000.00000224瓦2010年第33卷结论应该避免含有其他杂质,要脱除贫液中的有机硫通过模拟分析工厂实际生产流程中的工况条和苯等杂质,同时含水量应尽可能少。件,提出了符合工厂实际条件的合适的低温甲醇参考文献洗脱碳塔系统工艺流程的改造方案,并通过对全1唐宏青,碳一化工的宝贵原料一一焦炉气.媒化工,2005流程的模拟分析,确定了最优的工艺参数。从模拟(114):1-72王育红.利用焦炉气生产甲醇的探讨.煤气与热力,2005,25分析中可以得出以下结论。(10):54-551)低温甲醇洗是一种节能型的成熟可靠的酸3石安平,郑建南焦炉气联产粗醇的探讨与实施,中氮肥,200性气体净化工艺,具有吸收能力大、选择性好、净化度高、操作弹性大等特点,是一种值得推广的气王静康.化工设计.北京:化学工业出版社,1995.276-290体净化方法。5 JW Sweny et al. Physical Solvent Stars in Gas Treatment/purifi2)本文提出的改造方案中整个工艺流程装置cation, Chemical Engineering, 1970, 77(19): 54-566 H Wesis. Rectisol wash purification of partial oxidation gases.变动小,经济实用,不仅可以满足实际生产的工艺Gas Separation and Purification, 1988, 2(12): 174要求,而且能够保证满负荷正常运转。7汪家铭.低温甲醇洗净化工艺的技术进展及应用概况.化肥设3)低温甲醇洗脱碳塔系统中冷量不足,可以2008,4(1):25-26通过提高二氧化碳的饱和度来增加系统解吸制冷8徐承德等17MPa碳酸丙烯酯脱碳改为NHD脱碳技术总结小能力来补充冷量,即甲醇循环量应该控制在合适氮肥设计技术,1998,19(1):35-379郭建民.低温甲醇洗工艺探讨.内蒙古石油化工,1999,25(2)的范围内,在保证净化气达标的基础上,尽量减少5-57系统中的甲醇循环量。10朱世勇.环境与工业气体净化技术.北京:化学工业出版社,20014)尽可能提高甲醇的吸收能力,即甲醇贫液SIMULATION OF DECARBURIZATION TOWER SYSTEM IN RECTISOLAND STUDY ON TRANSFORMATION SCHEMEZhang Shuangshuang, Yang Ting, Chang Hong, Zhang Shuwei(School of Chemical Engineering, Dalian University of Technology, Dalian, 116012)Wang Dongyan(Yulin coal-Chemical Co., Shaanxi Yanchang Oil Group, Yulin, 719000)Yu Jingui, Li HaiboBenxi Northern Coal-Chemical Corp . Ltd, Benxi, 117000)Abstract The application and study on the retrofit scheme of decarburization tower systemto Rectisol Process in the gas purification section of the process from coke oven gas to ammoniaare described. The retrofitted process, based on the original de-C process, has added a de-Ctower bottom circulation, i. e. the liquid phase from the tower bottom, being cooled down in ammonia cooler, re-enters the lower portion of de-C tower for re-absorption of CO2 to have theCO2 saturation in methanol solution. A simulated analysis using general-purpose process simulation software of de-C tower system is carried out and the problem of insufficient refrigeration capacity in actual production is solved to bring the production to be at a full loadKey words: Rectisol, de-C tower, simulation, retrofit scheme欢迎投稿、欢迎订阅、欢迎刊登广告!