低温甲醇洗工艺流程模拟与优化研究

2016-03-14曹威中电投伊犁能源化工有限责任公司霍城煤制气分公司新疆伊宁835200

化工管理 2016年21期

曹威（中电投伊犁能源化工有限责任公司霍城煤制气分公司，新疆　伊宁　835200）

低温甲醇洗工艺流程模拟与优化研究

曹威（中电投伊犁能源化工有限责任公司霍城煤制气分公司，新疆伊宁835200）

优化低温甲醇洗工艺流程，能够使企业的生产成本得到降低，从而为企业带来更多的经济效益。基于这种认识，本文利用Aspen Plus软件对低温甲醇洗工艺流程进行了模拟，从而得到了与设计数据相吻合的模拟结果。在此基础上，则提出了工艺流程的优化方案，并且通过模拟分析确认了方案的有效性。

低温甲醇洗；工艺流程；模拟优化

作为酸性气体净化技术，低温甲醇洗具有选择性好和净化度高的特点，所以在很多领域得到了应用。而对该工艺流程进行模拟分析，并且提出相应的优化改造方案，则能够进一步提升工艺生产的净化度，同时降低工艺生产的成本。因此，有必要对低温甲醇洗工艺流程模拟与优化问题展开研究，以便更好的促进该种工艺技术的推广应用。

1　低温甲醇洗工艺流程概述

从工艺流程上来看，低温甲醇洗流程由变换气冷却、二氧化碳/硫化氢吸收、闪蒸再生与硫化氢提浓、热再生、甲醇水分离、尾气洗涤这几个环节构成。40℃的变换气在与净化变换气、尾气和甲醇等物质融合后，会被换热器冷却至-6℃。经过气液分离，变换气将进入到吸收塔，从而使气体中的二氧化碳和硫化氢等物质被脱除［1］。经过净化，粗氢气将从吸收塔顶部流程，二氧化碳和硫化氢将进入到闪蒸系统，从而使溶解的二氧化碳得到脱除，并且使硫化氢得到富集。经过换热升温后，来自富集塔的富甲醇将进入热再生塔，从而使其中的二氧化碳和硫化氢得到脱除，并且最终成为精洗甲醇。

2　低温甲醇洗工艺流程模拟分析

2.1模拟分析过程

在对低温甲醇洗工艺流程进行模拟分析时，需要明确工况的进料条件，即明确原料气、气提氮、锅炉给水和脱盐水的温度、压力和流量。为确保数学模型的准确性，还要选择有物性方法的分析软件。为此，本文选用了Aspen Plus流程模拟软件对180万t/a低温甲醇洗装置进行了分析，建立了相应的过程模型。在操作单元选择方面，则为甲醇洗塔、产品塔、浓缩塔、气提塔和热再生塔分别选用了操作模型［2］。其中，甲醇洗涤塔由4 个Radfrac串联实现，其中3个对洗涤塔的上段进行模拟，主要吸收二氧化碳，塔底富液在经过换热冷却后会进入到下一塔塔顶。而剩下一个Radfrac对洗涤塔的下段进行模拟，可以吸收二氧化碳和硫化氢。为准确分析洗涤塔塔板效率，分别对二氧化碳和硫化氢设置了不同的Murphree效率。硫化氢浓缩塔的模拟需要利用2个Radfrac实现，分别需要对吸收塔的上塔和下塔进行模拟，而其余几个塔可以利用1个Radfrac实现。在模拟的过程中，选用了PSRK这一建立在SRK状态方程基础上的模型。利用该模型，能够对高温、高压和临界点等操作条件下的混合物及轻气体的工艺生产流程进行分析。

2.2模拟分析结果

分析模拟结果可以发现，出工段气体的硫化氢含量不低于25%，出主洗塔净化其中的二氧化碳含量不高于3%，所以模拟结果都达到了工艺控制指标要求。而模拟结果与设计值较为符合，压力和温度的偏差都较小，温度最大相差0.5℃，摩尔流量相对误差最大为2.48%。因此，可以认为该模型能够对整个工艺流程进行准确描述，所以可以利用该模型进行低温甲醇洗工艺流程的优化。

3　低温甲醇洗工艺流程的优化

3.1工艺流程优化方案

从整个工艺流程来看，系统存在酸性气体中硫含量低和系统水含量高的问题。通过分析发现，酸性气体中主要的成份为二氧化碳和硫化氢。其中，硫化氢基本全部通过酸性气体排除，所以无法改变硫化氢在气体中的含量。因此，想要提升酸性气体中硫含量，就要降低二氧化碳的含量。为解决酸性气体中硫含量低的问题，还要使进入到吸收塔中的预洗段二氧化碳流量得到减少。因为，通过减少预洗段的二氧化碳流量，就能使热再生塔中的二氧化碳量得到减少，因此能够使酸性气体中的硫化氢浓度得到提升。而系统中水含量之所以偏高，是由于水没能在甲醇水分离塔中得到高效分离。所以，为降低系统水含量，可以在吸收塔前增设一个闪蒸分离罐，从而在原料气进入吸收塔前使部分甲醇水得到分离。

3.2工艺流程优化结果

完成工艺流程优化设计后，在模拟工艺流程时需要使各个塔和换热器保持原来的设计工况，然后使用数学模型进行工艺流程的模拟计算。经过优化改造，净化气中的硫化氢和二氧化碳含量仍然能够达到工艺生产要求。而与此同时，酸性气体中硫含量则由原来的32%提升到37%。此外，甲醇水洗塔塔底再沸器的热负荷由3228kW降低至2722kW。而正是由于系统水含量的降低，才使得一部分热负荷得到了节省。因此，通过对低温甲醇洗流程工艺进行优化，将能使该工艺的生产性能得到优化。