低溫甲醇洗工藝流程模擬與優(yōu)化研究

曹威（中電投伊犁能源化工有限責(zé)任公司霍城煤制氣分公司，新疆　伊寧　835200）

低溫甲醇洗工藝流程模擬與優(yōu)化研究

曹威（中電投伊犁能源化工有限責(zé)任公司霍城煤制氣分公司，新疆伊寧835200）

優(yōu)化低溫甲醇洗工藝流程，能夠使企業(yè)的生產(chǎn)成本得到降低，從而為企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟效益?；谶@種認(rèn)識，本文利用Aspen Plus軟件對低溫甲醇洗工藝流程進行了模擬，從而得到了與設(shè)計數(shù)據(jù)相吻合的模擬結(jié)果。在此基礎(chǔ)上，則提出了工藝流程的優(yōu)化方案，并且通過模擬分析確認(rèn)了方案的有效性。

低溫甲醇洗；工藝流程；模擬優(yōu)化

作為酸性氣體凈化技術(shù)，低溫甲醇洗具有選擇性好和凈化度高的特點，所以在很多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。而對該工藝流程進行模擬分析，并且提出相應(yīng)的優(yōu)化改造方案，則能夠進一步提升工藝生產(chǎn)的凈化度，同時降低工藝生產(chǎn)的成本。因此，有必要對低溫甲醇洗工藝流程模擬與優(yōu)化問題展開研究，以便更好的促進該種工藝技術(shù)的推廣應(yīng)用。

1　低溫甲醇洗工藝流程概述

從工藝流程上來看，低溫甲醇洗流程由變換氣冷卻、二氧化碳/硫化氫吸收、閃蒸再生與硫化氫提濃、熱再生、甲醇水分離、尾氣洗滌這幾個環(huán)節(jié)構(gòu)成。40℃的變換氣在與凈化變換氣、尾氣和甲醇等物質(zhì)融合后，會被換熱器冷卻至-6℃。經(jīng)過氣液分離，變換氣將進入到吸收塔，從而使氣體中的二氧化碳和硫化氫等物質(zhì)被脫除［1］。經(jīng)過凈化，粗氫氣將從吸收塔頂部流程，二氧化碳和硫化氫將進入到閃蒸系統(tǒng)，從而使溶解的二氧化碳得到脫除，并且使硫化氫得到富集。經(jīng)過換熱升溫后，來自富集塔的富甲醇將進入熱再生塔，從而使其中的二氧化碳和硫化氫得到脫除，并且最終成為精洗甲醇。

2　低溫甲醇洗工藝流程模擬分析

2.1模擬分析過程

在對低溫甲醇洗工藝流程進行模擬分析時，需要明確工況的進料條件，即明確原料氣、氣提氮、鍋爐給水和脫鹽水的溫度、壓力和流量。為確保數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性，還要選擇有物性方法的分析軟件。為此，本文選用了Aspen Plus流程模擬軟件對180萬t/a低溫甲醇洗裝置進行了分析，建立了相應(yīng)的過程模型。在操作單元選擇方面，則為甲醇洗塔、產(chǎn)品塔、濃縮塔、氣提塔和熱再生塔分別選用了操作模型［2］。其中，甲醇洗滌塔由4 個Radfrac串聯(lián)實現(xiàn)，其中3個對洗滌塔的上段進行模擬，主要吸收二氧化碳，塔底富液在經(jīng)過換熱冷卻后會進入到下一塔塔頂。而剩下一個Radfrac對洗滌塔的下段進行模擬，可以吸收二氧化碳和硫化氫。為準(zhǔn)確分析洗滌塔塔板效率，分別對二氧化碳和硫化氫設(shè)置了不同的Murphree效率。硫化氫濃縮塔的模擬需要利用2個Radfrac實現(xiàn)，分別需要對吸收塔的上塔和下塔進行模擬，而其余幾個塔可以利用1個Radfrac實現(xiàn)。在模擬的過程中，選用了PSRK這一建立在SRK狀態(tài)方程基礎(chǔ)上的模型。利用該模型，能夠?qū)Ω邷亍⒏邏汉团R界點等操作條件下的混合物及輕氣體的工藝生產(chǎn)流程進行分析。

2.2模擬分析結(jié)果

分析模擬結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，出工段氣體的硫化氫含量不低于25%，出主洗塔凈化其中的二氧化碳含量不高于3%，所以模擬結(jié)果都達到了工藝控制指標(biāo)要求。而模擬結(jié)果與設(shè)計值較為符合，壓力和溫度的偏差都較小，溫度最大相差0.5℃，摩爾流量相對誤差最大為2.48%。因此，可以認(rèn)為該模型能夠?qū)φ麄€工藝流程進行準(zhǔn)確描述，所以可以利用該模型進行低溫甲醇洗工藝流程的優(yōu)化。

3　低溫甲醇洗工藝流程的優(yōu)化

3.1工藝流程優(yōu)化方案

從整個工藝流程來看，系統(tǒng)存在酸性氣體中硫含量低和系統(tǒng)水含量高的問題。通過分析發(fā)現(xiàn)，酸性氣體中主要的成份為二氧化碳和硫化氫。其中，硫化氫基本全部通過酸性氣體排除，所以無法改變硫化氫在氣體中的含量。因此，想要提升酸性氣體中硫含量，就要降低二氧化碳的含量。為解決酸性氣體中硫含量低的問題，還要使進入到吸收塔中的預(yù)洗段二氧化碳流量得到減少。因為，通過減少預(yù)洗段的二氧化碳流量，就能使熱再生塔中的二氧化碳量得到減少，因此能夠使酸性氣體中的硫化氫濃度得到提升。而系統(tǒng)中水含量之所以偏高，是由于水沒能在甲醇水分離塔中得到高效分離。所以，為降低系統(tǒng)水含量，可以在吸收塔前增設(shè)一個閃蒸分離罐，從而在原料氣進入吸收塔前使部分甲醇水得到分離。

3.2工藝流程優(yōu)化結(jié)果

完成工藝流程優(yōu)化設(shè)計后，在模擬工藝流程時需要使各個塔和換熱器保持原來的設(shè)計工況，然后使用數(shù)學(xué)模型進行工藝流程的模擬計算。經(jīng)過優(yōu)化改造，凈化氣中的硫化氫和二氧化碳含量仍然能夠達到工藝生產(chǎn)要求。而與此同時，酸性氣體中硫含量則由原來的32%提升到37%。此外，甲醇水洗塔塔底再沸器的熱負(fù)荷由3228kW降低至2722kW。而正是由于系統(tǒng)水含量的降低，才使得一部分熱負(fù)荷得到了節(jié)省。因此，通過對低溫甲醇洗流程工藝進行優(yōu)化，將能使該工藝的生產(chǎn)性能得到優(yōu)化。

4　結(jié)語

總之，利用Aspen Plus軟件對低溫甲醇洗工藝流程進行分析，能夠得到與設(shè)計結(jié)果相吻合的模擬結(jié)果。所以，利用該軟件能夠進行整個工藝流程的模擬，并且也能夠為工藝流程的優(yōu)化提供技術(shù)支持。而通過研究發(fā)現(xiàn)，通過降低預(yù)洗段的二氧化碳流量和增設(shè)閃蒸分離罐，將能取得更好的工藝生產(chǎn)效果。

［1］陳權(quán)，薛振欣，王曉雷等.副產(chǎn)二氧化碳的低溫甲醇洗流程模擬與優(yōu)化［J］.現(xiàn)代化工，2014，05：150-153.

［2］秦莉，史賢林，李玉安等.低溫甲醇洗吸收塔工藝模擬與過程參數(shù)優(yōu)化［J］.安徽化工，2010，03：51-53.

［3］劉春梅.低溫甲醇洗工藝及其裝置設(shè)計工況全流程模擬［J］.科技視界，2013，35：419-420.

曹威（1988年05月－），男，漢族，吉林省四平人，大學(xué)本科學(xué)歷，助理工程師，研究方向：煤化工。