基于Aspen Plus的磨煤廢氣吸收塔設(shè)計(jì)

孟 雪，張蒙恩，曹真真

(河南心連心化學(xué)工業(yè)集團(tuán)股份有限公司， 河南新鄉(xiāng) 453731)

氣化磨煤系統(tǒng)需消耗難處理的有機(jī)廢水，因此原料煤在磨機(jī)內(nèi)研磨的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生有機(jī)廢氣及氨，影響現(xiàn)場(chǎng)人員的操作安全，并引發(fā)環(huán)保問(wèn)題。因此，如何高效、安全處理煤漿制備系統(tǒng)產(chǎn)生的廢氣，已成為行業(yè)內(nèi)亟待解決的問(wèn)題。

針對(duì)不同的廢氣組分，可采用吸收法、吸附法、冷凝法、燃燒法等不同廢氣治理措施[1]。吸附法中，吸附材料因具有一定的吸附飽和度，需定期進(jìn)行更換和固廢處理。冷凝法及燃燒法適用于處理高濃度廢氣。針對(duì)組分復(fù)雜且濃度相對(duì)不高的廢氣，可以利用不同組分在溶劑中溶解度不同的特性，采用吸收法[2]。

目前，計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算在化工工藝開(kāi)發(fā)方面得到廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)利用Aspen plus軟件對(duì)吸收裝置進(jìn)行模擬計(jì)算，得到詳細(xì)的技術(shù)參數(shù)[3]。

1 模擬工況及模型建立

1.1 模擬工況

以某氣化車間磨煤現(xiàn)場(chǎng)工況為模擬依據(jù)，磨煤系統(tǒng)處理甲醇洗廢水、低溫變換廢液以及糠醇廢水后產(chǎn)生的廢氣，其成分主要為H2S、CH3OH、NH3等。廢氣成分參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 磨煤抽引風(fēng)機(jī)廢氣組分表 %

1.2 基本假設(shè)

為了簡(jiǎn)化工藝模擬過(guò)程，假設(shè)不考慮廢氣中攜帶的微量粉塵對(duì)系統(tǒng)的影響，以及廢氣成分和含量無(wú)較大波動(dòng)。

1.3 模型建立

廢氣由塔底進(jìn)入吸收塔內(nèi)，在塔內(nèi)與吸收劑進(jìn)行充分接觸，廢氣中的有害組分溶解于吸收劑中，經(jīng)過(guò)吸收處理后的廢氣符合排放標(biāo)準(zhǔn)后由塔頂排出；塔底溶液一部分直接回吸收塔內(nèi)循環(huán)使用，另一部分外排后循環(huán)使用。

現(xiàn)選用Aspen Plus中的Rad Frac模塊進(jìn)行吸收塔設(shè)計(jì)計(jì)算。Rad Frac可用于模擬吸收、精餾、汽提、萃取等過(guò)程的計(jì)算[4]，對(duì)氣液兩相存在強(qiáng)非理想性物系和理想物系，均能實(shí)現(xiàn)良好的模擬結(jié)果。廢氣吸收塔模型見(jiàn)圖1。

2 模擬計(jì)算結(jié)果與分析

2.1 吸收劑用量對(duì)吸收效果的影響

為了保證系統(tǒng)平衡及吸收效果，工藝水的用量是至關(guān)重要的操作條件。保持其他操作條件不變，設(shè)定工藝補(bǔ)水量為操作變量，分析補(bǔ)水量對(duì)系統(tǒng)的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。

由圖2可知:隨著吸收劑用量的增加，增加工藝水補(bǔ)水流量，吸收塔出口甲醇及氨的質(zhì)量流量均呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。隨著工藝水補(bǔ)水質(zhì)量流量增加至5 400 kg/h時(shí)，吸收塔塔頂排氣中甲醇質(zhì)量流量趨于平穩(wěn)，不再明顯下降；而氣相出口氨質(zhì)量流量隨著工藝水流量增加仍呈現(xiàn)較快下降趨勢(shì)。當(dāng)工藝水流量增加至7 560 kg/h時(shí)，塔頂氣相出口氨質(zhì)量流量已經(jīng)低于0.51×10-3kg/h，達(dá)到吸收要求。此時(shí)，繼續(xù)增加工藝水流量反而增加系統(tǒng)的能耗，降低系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，在滿足系統(tǒng)吸收效率的情況下應(yīng)選擇合適的補(bǔ)水量。在本工況中，工藝水的質(zhì)量流量保持在7 560 kg/h時(shí)，系統(tǒng)可滿足吸收效率。

GAS—進(jìn)入吸收塔的磨煤廢氣；H2O—為洗滌所用工藝水；OUT—吸收塔塔釜液；REC—吸收塔塔釜循環(huán)液；OUT1—吸收塔塔頂排氣；OUT2—吸收塔塔釜外排液。

圖2 吸收塔頂氣相組分含量與工藝水質(zhì)量流量的關(guān)系

2.2 補(bǔ)水溫度對(duì)吸收效果的影響

為了保證吸收效果，需要不斷向系統(tǒng)中補(bǔ)充工藝水。保持其他工藝條件不變，設(shè)定工藝補(bǔ)水溫度為操作變量，分析補(bǔ)水溫度對(duì)系統(tǒng)的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。

由圖3可知：在保持同樣工藝水補(bǔ)水量的情況下，隨著工藝水補(bǔ)水溫度的上升，吸收塔出口氣相中甲醇及氨的質(zhì)量流量均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，即低溫利于吸收。進(jìn)一步觀察，補(bǔ)水溫度由15 ℃上升至40 ℃時(shí)，塔頂氣相中氨質(zhì)量流量由0.46×10-3kg/h上升至0.59×10-3kg/h，甲醇質(zhì)量流量由3.54×10-7kg/h上升至5.27×10-7kg/h，對(duì)吸收效果影響不大。因此在實(shí)際工況中，考慮到工藝的經(jīng)濟(jì)性，采用常溫補(bǔ)水方式即可。

圖3 吸收塔頂氣相組分含量與工藝水溫度的關(guān)系

2.3 塔釜循環(huán)量對(duì)吸收效果的影響

因尾氣中甲醇及氨的質(zhì)量流量較低，導(dǎo)致吸收后吸收劑內(nèi)含有的甲醇及氨質(zhì)量流量也相對(duì)較低?？紤]對(duì)吸收液進(jìn)行部分循環(huán)，分析其循環(huán)量對(duì)吸收效果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 吸收塔頂氣相組分含量與吸收液循環(huán)比的關(guān)系

由圖4可知：吸收液進(jìn)行循環(huán)時(shí)，塔頂氣相出口中的甲醇及氨質(zhì)量流量均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；當(dāng)循環(huán)比上升至0.2后，塔頂氣相出口氨質(zhì)量流量升至0.65×10-3kg/h；當(dāng)循環(huán)比上升至0.4后，塔頂排氣中的甲醇及氨質(zhì)量流量上升幅度減緩。因此在本工況中，保持吸收液循環(huán)比在0.2左右，可保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)廢氣工況，應(yīng)保持吸收塔在運(yùn)行過(guò)程中工藝水補(bǔ)水質(zhì)量流量為7 560 kg/h、工藝補(bǔ)水為常溫、塔釜循環(huán)比為0.2條件下運(yùn)行。

環(huán)保成為決定化工行業(yè)發(fā)展的限制因素，對(duì)磨煤廢氣進(jìn)行處理，不僅可以消除現(xiàn)場(chǎng)異味，大幅降低環(huán)境中危險(xiǎn)物質(zhì)的濃度，為現(xiàn)場(chǎng)工人提供安全、可靠的工作環(huán)境，而且也為企業(yè)打造“綠色工廠”增磚添瓦。