山東化工12SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY015年第44卷低溫甲醇洗吸收塔模擬及內(nèi)件優(yōu)化設(shè)計(jì)蔣燕,馬炯(中石化南京工程有限公司,江蘇南京211100要:吸收塔是低溫甲醇洗工藝中的核心設(shè)備,內(nèi)件對(duì)吸收塔性能至關(guān)重要。本文采用規(guī)整填料替代以往設(shè)計(jì)中四溢流塔盤降低塔徑和塔高以優(yōu)化設(shè)計(jì)、節(jié)省投資;采用 Aspen Plug和DRP軟件分別對(duì)低溫甲醇洗吸收塔工藝參數(shù)和塔內(nèi)件進(jìn)行模擬和對(duì)比在流程工藝模擬基礎(chǔ)上對(duì)吸收塔進(jìn)行水力學(xué)計(jì)算。模擬計(jì)算結(jié)果表明,采用規(guī)整填料比四溢流塔盤具有優(yōu)勢(shì)。關(guān)鍵詞:低溫甲醇洗;塔內(nèi)件; ASPEN;過程模擬;吸收塔;規(guī)整填料中圖分類號(hào):TQ015.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1008-021X(2015)11-0122-03Simulation of Rectisol Aabsorber and Internals Optimal DesignJiang Yan, Ma jiongSINOPEC Nanjing Engineering Construction Inc ., Nanjing 211100, China)Abstract: The absorber is the key equipment and the column intemals is important for the absorber performance. The paperintroduce that use the structured packing to substitute the four low tray, to decrease the column diameter and the height, tooptimize deign and save investment. With the aid of software Aspen Plus and DRP, the rectisol unit was simulatedaccording to the process and the column intemals. The hydraulic performance of the absorber was calculated base onprocess simulation result. The simulation results indicated that, the structured packing is better than four flow tray.ey words: rectisol; column internals; ASPEN; process simulation; absorber; structured packing低溫甲醇洗( Rectisol)能夠有效脫除原料氣的H2S、CO2方程為基礎(chǔ)物性方法進(jìn)行計(jì)算,SRK方程描述如下:和C0s等組分,與其它吸收技術(shù)相比有一定的優(yōu)越性RT采用低溫甲醇洗技術(shù),凈化氣中總的硫含量可脫至1.0-b v(v+b)10-以下,CO2可脫至10×10-3以下。其中:a=+B1本文通過工藝模擬和內(nèi)件水力學(xué)計(jì)算,分析采用規(guī)整填是標(biāo)準(zhǔn)態(tài)混合二次函數(shù)立阿(4料后的優(yōu)勢(shì)和設(shè)計(jì)中需注意的問題,為吸收塔內(nèi)件工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。1吸收塔工藝模擬B1是極性附加函數(shù),1.1樸擬模型b=∑功本文采用 Aspen Plus軟件中的嚴(yán)格精餾模塊 RadFrac對(duì)a=fen(T, T, Pa, D,)低溫甲醇洗吸收塔進(jìn)行工藝模擬,因低溫甲醇洗吸收塔是脫b=知n(T,p)碳和脫硫分段吸收,雖采用一個(gè)塔殼體,但內(nèi)件設(shè)計(jì)時(shí)采用集液箱對(duì)各段液相進(jìn)行隔離,氣相通過升氣管進(jìn)行連通,模=+9+HT+R/T擬時(shí)其每段可以視作獨(dú)立的吸收塔,每段均為獨(dú)立的傳質(zhì)和氣液平衡過程。V=4+T+4/T在模擬過程中,為順利模擬并貼合吸收塔實(shí)際操作過通常:4=ln:b=l=0,程,吸收塔共采用4個(gè)模擬塔進(jìn)行計(jì)算,對(duì)低溫甲醇洗吸收其中RK狀態(tài)方程中純物質(zhì)的性質(zhì)系數(shù)a、b1根據(jù)下列塔模擬的現(xiàn)有文獻(xiàn)也均采用此種方法2-3。方程由軟件給定參數(shù)進(jìn)行計(jì)算得出:1.2基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)(熱力學(xué)方法和氣液相平衡)低溫甲醇洗物系主要含有CH3OH、CO、CO2、H2、H2S、q=a,0.42747-,H2O、CH4和N2等,該物系為極性物系,同時(shí)又含有非極性b=008664和極性締合組分的體系,如完全采用活度系數(shù)方程N(yùn)RTL,其模擬計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況會(huì)有較大的偏離,本系統(tǒng)采用狀態(tài)在采用狀態(tài)方程法計(jì)算此體系的相平衡時(shí),組分極性和方程作為基礎(chǔ)物性進(jìn)行模擬計(jì)算較為合適,系統(tǒng)模擬以SRK體積大小差別很大,采用常用線性混合規(guī)則就不適合。體系收稿日期:2015-04-17作者簡(jiǎn)介:蔣燕(1981—),女,江蘇宜興人,碩士,工程師從事化學(xué)工程與工藝設(shè)計(jì)第11期蔣燕等:低溫甲醇洗吸收塔模擬及內(nèi)件優(yōu)化設(shè)計(jì)123中甲醇和水都是強(qiáng)極性組分,另有CO2、H2等輕組分必須采方法。CO2在甲醇液中的溶解熱是模擬正確與否的重要參用更為精確的超額自由能CE型混合規(guī)則,Huon-idl混數(shù),對(duì)甲醇循環(huán)量有重要影響;另外甲醇液在高壓低溫下的合規(guī)則是考慮了組分間強(qiáng)烈的非理想性的混合規(guī)則,如下述熱焓也是吸收塔熱量平衡計(jì)算的重要基礎(chǔ)參數(shù);因高壓低溫方程所示:甲醇洗體系的特殊性,軟件模擬有一定的偏離,這就需要參GF=Rln-∑xRTl考文獻(xiàn)數(shù)據(jù)-5),對(duì)軟件中的物性進(jìn)行回歸、修正,其中調(diào)整計(jì)算CO2蒸發(fā)焙值公式中的 DHVVLWT(汽化熱)參數(shù)之第Aspen Plus中的FSRK模型是經(jīng)Hurn- Vidal混合規(guī)則項(xiàng),以使模擬結(jié)果更貼近實(shí)測(cè)結(jié)果。修正的純物質(zhì)物性基于SRK方程描述的狀態(tài)方程物性方1.3模擬結(jié)果分析法,該模型可用于計(jì)算高溫高壓、接近臨界點(diǎn)等操作條件下粗原料氣輸人參數(shù)凈化氣計(jì)算結(jié)果具體參數(shù)如表1。的極性和非極性混合物。本文模擬以PSRK為基礎(chǔ)的物性表1粗原料氣輸入及凈化氣計(jì)算結(jié)果參數(shù)氣體種類操作壓力操作溫流量組分MPa BU/c (kmol/h) H, N CO AR CH CO2 H,s cos H,0 NH, HCN CH40粗原料氣4.22-23.810477.4255.430.220.40906×10-250×10-243.420.153.0×1040.2495×10-5凈化氣4.057-48.65827.75986750.3820.7030.15384×10-23.00x1029×10-31.4吸收塔計(jì)算根據(jù)低溫甲醇洗吸收塔的操作工況特點(diǎn),上段液相負(fù)荷以流程平衡模擬數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)采用 ASPEN軟件對(duì)塔的大,為解決溢流強(qiáng)度和降液管液泛?jiǎn)栴},采用四溢流塔盤。水力學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬,以 ASPEN模擬數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)采用DRP四溢流塔盤因有4個(gè)溢流堰溢流堰長(zhǎng)增大,降低溢流強(qiáng)度;軟件對(duì)吸收塔上段進(jìn)行內(nèi)件性能計(jì)算,以判斷不同內(nèi)件型同時(shí)降液管增多(2-3個(gè)),降液管內(nèi)清液層高度下降。圖式吸收塔設(shè)計(jì)的影響。1~2為四溢流塔盤示意圖。Column DiameterF..DTDC- WTOPDC. WTOPIR.HTPanel A BHIDC.WBOTOC- WB0TeArtSIDE DCA Panel A BCTRDC圖1四溢流塔盤平面示意圖圖2四溢流塔盤剖面圖現(xiàn)為提高吸收塔上段氣液相交換效率縮小塔徑和塔高優(yōu)化設(shè)計(jì)吸收塔上段采用高效規(guī)整填料。圖3為規(guī)整填料示意圖及等板高度曲線。23分圖3規(guī)整填料示意圖及等板高度曲線山東化工124SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY015年第44卷表2塔水力學(xué)計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)比表吸收塔水力學(xué)模擬結(jié)果,就理論板兩段塔內(nèi)件計(jì)算數(shù)據(jù)工藝模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,數(shù)據(jù)見表2。塔盤數(shù)從表2可以看出因吸收塔主洗甲醇在39塊塔盤進(jìn)人,所以38塊與39塊塔盤的數(shù)據(jù)有較大差別;另,此吸收段氣液相從塔盤/(kg/hr)3089195447196382614液負(fù)荷最大在底部,底部塔盤53塊板是塔徑及內(nèi)件規(guī)格的liquid from/(m/hr) 478. 45812.84912.12確定性參數(shù)內(nèi)件設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)此段進(jìn)行四溢流塔盤和規(guī)整填料氣相到塔盤/(kg/hm)285812801224.6的對(duì)比,對(duì)塔盤間距( tray spacing)取450mm值時(shí)進(jìn)行計(jì)算,vapor to/(m/hr)802984.994282.02規(guī)整填料取M250X型塔徑等相關(guān)設(shè)計(jì)結(jié)果見表3。表3規(guī)整填料與塔盤設(shè)計(jì)結(jié)果對(duì)比(塔盤間距450m)結(jié)合表23中的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析,可知(1)吸收塔此段以液相負(fù)荷決定塔徑等水力學(xué)計(jì)算結(jié)參數(shù)規(guī)整填料(M250X)塔盤(四溢流)果。第53塊塔盤氣相負(fù)荷428202m3/hx,液相負(fù)荷9212理論塔盤數(shù)39m3/h,采用四溢流浮閥塔盤進(jìn)行塔徑模擬計(jì)算得出第53塔直徑/m2.842.583.23塊塔盤處所需塔徑363m(450mm塔盤間距),塔徑的大小塔盤(填料)趨勢(shì)與液相負(fù)荷大小趨勢(shì)相同液相負(fù)荷為此段塔操作的限5.248.1910.32截面積/m2制條件。(2)塔盤間距對(duì)塔徑有明顯影響增大間距可縮小塔徑比表面積/(m2/m3)256在工程設(shè)計(jì)時(shí)要綜合評(píng)價(jià)塔高與塔徑的相對(duì)關(guān)系對(duì)設(shè)備造有效面積/m20.570.791.17價(jià)的影響。原因是,液相負(fù)荷作為操作的限制條件,增大塔側(cè)降液管面積m20.370.630.70盤間距可提高操作時(shí)降液管中的存液高度,在同樣的溢流強(qiáng)填料高度/m度條件下,就可降低降液管面積進(jìn)而可以縮小塔徑。塔盤塔盤高度/m6.75間距與系統(tǒng)噴射液泛和降液管液泛的關(guān)系見圖5。907060000480510540570600630660690720750780810840870900LIquid: Volumetric Rate, mc% of System umit圖4液相流量與液泛關(guān)系圖元∞EE下00040041042043044045046047048049000Tray Spacing, mm一snUm圖5塔盤間距與系統(tǒng)噴射液泛和降液管液泛的關(guān)系(3)采用規(guī)整填料比四溢流塔盤更優(yōu)化。采用規(guī)整填料1.5規(guī)整填料設(shè)計(jì)計(jì)算所需塔徑為284m塔盤計(jì)算所需塔徑為363m(450在 ASPEN模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行圓整因要求塔的操mm塔盤間距),差距明顯;另規(guī)整填料高度為6m,按照450作彈性范圍為50%-110%,塔徑取29m進(jìn)行半貧液流程mm的塔盤間距塔盤塔高為675m,差距也明顯。經(jīng)對(duì)比,填料水力學(xué)詳細(xì)校核計(jì)算計(jì)算結(jié)果如表4所示。采用規(guī)整填料具有明顯優(yōu)勢(shì)。(下轉(zhuǎn)第127頁(yè))第11期逢永健,等:石油化工企業(yè)廠區(qū)內(nèi)道路設(shè)計(jì)研究127·度應(yīng)≥15m,半徑應(yīng)≥100m并且應(yīng)該保持交叉點(diǎn)處鐵軌頂面與道路路面的標(biāo)高一致3.1.4豎向標(biāo)高的確定5結(jié)論通常按照廠區(qū)出人口的標(biāo)高與廠外公路的標(biāo)高、坡度以本文探討了石油化工企業(yè)廠區(qū)內(nèi)道路設(shè)計(jì)的一些重要及平整場(chǎng)地的標(biāo)高綜合確定。一般情況下按照廠區(qū)內(nèi)路面問題?？傊?石油化工企業(yè)廠內(nèi)道路應(yīng)根據(jù)工藝需求及不同設(shè)計(jì)標(biāo)高高于廠外道路路面標(biāo)高為原則,如果廠區(qū)內(nèi)的路面的功能分區(qū)進(jìn)行布置并結(jié)合廠區(qū)周邊的市政路網(wǎng)情況合理標(biāo)高低于廠外道路標(biāo)高可采用在廠區(qū)大門處增設(shè)雨水篦子確定人員及貨物進(jìn)出口位置同時(shí)考慮廠區(qū)的豎向進(jìn)行綜板避免廠外道路上的雨水倒灌至廠區(qū)內(nèi)部。合分析使道路設(shè)計(jì)更加科學(xué)合理最大方便企業(yè)使用,為企3.2廠內(nèi)道路橫斷面設(shè)計(jì)業(yè)創(chuàng)造更多的效益。廠區(qū)內(nèi)道路橫斷面有城市型和公路型兩種。參考文獻(xiàn)城市型道路需設(shè)路緣石雨水口,通過雨水管或雨水溝[1]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.cB50220-199城市道路交通排水橫向坡度一般為1.5%-2%。這類橫斷面一般設(shè)在行規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范[S]北京中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,199人較多的地方和對(duì)整潔美觀要求較高的生產(chǎn)區(qū)或辦公場(chǎng)所。[2]中華人民共和國(guó)交通部.cB2-87廠礦道路設(shè)計(jì)規(guī)范公路型橫斷面沒有路緣石,采用道路兩側(cè)的明溝排水,[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,1988橫向坡度一般采用1%-2%。雨水量較大地區(qū)經(jīng)常采用,通[3]中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)化工分會(huì)CB50489-20化常設(shè)在人員較少的裝置區(qū),會(huì)加設(shè)透水蓋板或在路邊設(shè)置欄工企業(yè)總圖運(yùn)輸設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,桿。而在廠區(qū)邊緣和靠近山體地段的道路可不設(shè)蓋板。20094石油化工企業(yè)廠內(nèi)道路交叉口設(shè)計(jì)[4]中華人民共和住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部GB0160-2008石油廠內(nèi)道路交叉口主要有道路道路和道路鐵路交叉兩種?；て髽I(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S]北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,4.1道路道路交叉口的設(shè)計(jì)廠區(qū)內(nèi)的道路道路交叉一般采用正交形式如需要斜交[5]雷明工業(yè)企業(yè)總平面設(shè)計(jì)[M]西安陜西科學(xué)技術(shù)出交叉角宜大于45°。且主要道路交叉口處應(yīng)考慮停車視距,版社,1998距離不宜小于20m,視距范圍內(nèi)不能設(shè)妨礙視線的建構(gòu)筑[6]井生瑞總圖設(shè)計(jì)[M]北京:冶金工業(yè)出版社,1988物樹木等。道路交叉口的縱坡一般小于2%,而且應(yīng)保持主[7]張琦.工業(yè)企業(yè)總圖運(yùn)輸優(yōu)化設(shè)計(jì)理論方法與應(yīng)用研道路在交叉處坡度不變。究[D]西安西安建筑科技大學(xué),20084.2道路鐵路交叉口的設(shè)計(jì)[8]龔建奎特大型工業(yè)區(qū)道路規(guī)劃設(shè)計(jì)探討[冂]鋼鐵技術(shù)廠區(qū)內(nèi)道路鐵路應(yīng)盡量避免交叉過多。如有兩處交叉2009(6):9-10間距不宜小于一列火車的長(zhǎng)度或廠區(qū)內(nèi)最長(zhǎng)列車長(zhǎng)度,避免在緊急情況時(shí)列車擋住道路救援車輛無(wú)法進(jìn)出。道路鐵路(本文文獻(xiàn)格式:違永健,呂學(xué)昌劉園園石油化工企業(yè)廠區(qū)交叉一般采用正交。當(dāng)采用斜交時(shí),交叉角不宜小于45°。內(nèi)道路設(shè)計(jì)研究[J]山東化工,2015,44(1:125-127.)≯》》》》》》》》》2》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》2》》》2D》》》2》》》身》≯》》》身身》》》》》》》》(上接第124頁(yè))表4填料計(jì)算結(jié)果結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算結(jié)果塔直徑/mm填料高度/m填料類型液體噴淋密度/每米壓降泛點(diǎn)率%F因子/Pa5氣液流動(dòng)參數(shù)持液量名床層壓降(m3/(m2·h)(Pa/m)6M250X640.25711.1按上述水力學(xué)計(jì)算結(jié)果,選擇的M250X填料可滿足設(shè)藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比[J].化工技術(shù)與開發(fā),200,36計(jì)要求。塔徑縮小塔高降低,可使吸收塔整體優(yōu)化。(4):35-42結(jié)論[2]孫津生,李燕低溫甲醇洗工藝流程模擬--甲醇洗滌根據(jù)流程模擬、塔盤及填料計(jì)算結(jié)果得出以下結(jié)論:塔的模擬[門]甘肅科學(xué)學(xué)報(bào),2007,19(2):50-53(1)液相負(fù)荷是吸收塔設(shè)計(jì)的決定因素,此吸收塔塔徑[3]張述偉曲平,胡乃平,等人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在低溫甲醇洗取決于液相負(fù)荷大小,塔內(nèi)件設(shè)計(jì)要考慮解決大液量負(fù)荷;系統(tǒng)優(yōu)化中的應(yīng)用[J].大連理工大學(xué)學(xué)報(bào),2001,41(2)塔盤間距與塔徑成反向關(guān)系,在設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮(1):50-55塔高與塔徑關(guān)系,合理設(shè)計(jì)吸收塔;[4]皮銀安低溫甲醇洗相平衡模型和氣液平衡計(jì)算(1)(3)吸收塔上段采用規(guī)整填料可有效縮小塔徑和降低塔高;相平衡模型[J].湖南化工,1997,27(4):1-54)為更全面的了解規(guī)整填料的適用性下一步將對(duì)不[5]皮銀安低溫甲醇洗相平衡模型和氣液平衡計(jì)算(2)同原料氣組分和不同壓力原料氣使用狀況進(jìn)行跟蹤分析,以氣液平衡計(jì)算[J]湖南化工,1998,28(1):15-18.確定規(guī)整填料在高壓吸收體系中實(shí)際運(yùn)行效果。參考文獻(xiàn)本文文獻(xiàn)格式:蔣燕,馬炯.低溫甲醇洗吸收塔梴擬及[]秦旭東宋洪強(qiáng)吳錫章等淺談低溫甲醇洗和NHD工內(nèi)件優(yōu)化設(shè)計(jì)[門山東化工,2015,44(11):122-124,127.)