低溫甲醇洗工藝流程模擬與優化研究

曹威（中電投伊犁能源化工有限責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化研究

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

優化低溫甲醇洗工藝流程，能夠使企業的生產成本得到降低，從而為企業帶來更多的經濟效益。基于這種認識，本文利用Aspen Plus軟件對低溫甲醇洗工藝流程進行了模擬，從而得到了與設計數據相吻合的模擬結果。在此基礎上，則提出了工藝流程的優化方案，并且通過模擬分析確認了方案的有效性。

低溫甲醇洗；工藝流程；模擬優化

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

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、尾氣洗滌這幾個環節構成。40℃的變換氣在與凈化變換氣、尾氣和甲醇等物質融合后，會被換熱器冷卻至-6℃。經過氣液分離，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被脫除［1］。經過凈化，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，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。為確保數學模型的準確性，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，建立了相應的過程模型。在操作單元選擇方面，則為甲醇洗塔、產品塔、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串聯實現，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。為準確分析洗滌塔塔板效率，分別對二氧化碳和硫化氫設置了不同的Murphree效率。硫化氫濃縮塔的模擬需要利用2個Radfrac實現，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。在模擬的過程中，選用了PSRK這一建立在SRK狀態方程基礎上的模型。利用該模型，能夠對高溫、高壓和臨界點等操作條件下的混合物及輕氣體的工藝生產流程進行分析。

2.2模擬分析結果

分析模擬結果可以發現，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%，所以模擬結果都達到了工藝控制指標要求。而模擬結果與設計值較為符合，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，可以認為該模型能夠對整個工藝流程進行準確描述，所以可以利用該模型進行低溫甲醇洗工藝流程的優化。

3　低溫甲醇洗工藝流程的優化

3.1工藝流程優化方案

從整個工藝流程來看，系統存在酸性氣體中硫含量低和系統水含量高的問題。通過分析發現，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洗段二氧化碳流量得到減少。因為，通過減少預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，為降低系統水含量，可以在吸收塔前增設一個閃蒸分離罐，從而在原料氣進入吸收塔前使部分甲醇水得到分離。

3.2工藝流程優化結果

完成工藝流程優化設計后，在模擬工藝流程時需要使各個塔和換熱器保持原來的設計工況，然后使用數學模型進行工藝流程的模擬計算。經過優化改造，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荷由3228kW降低至2722kW。而正是由于系統水含量的降低，才使得一部分熱負荷得到了節省。因此，通過對低溫甲醇洗流程工藝進行優化，將能使該工藝的生產性能得到優化。

4　結語

總之，利用Aspen Plus軟件對低溫甲醇洗工藝流程進行分析，能夠得到與設計結果相吻合的模擬結果。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化提供技術支持。而通過研究發現，通過降低預洗段的二氧化碳流量和增設閃蒸分離罐，將能取得更好的工藝生產效果。

［1］陳權，薛振欣，王曉雷等.副產二氧化碳的低溫甲醇洗流程模擬與優化［J］.現代化工，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優化［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，大學本科學歷，助理工程師，研究方向：煤化工。