低温甲醇洗工艺酸性气体吸收流程的模拟计算
低温甲醇洗系统酸性气提浓改造
这样 ，克劳斯气体 中的 Ｃ Ｏ 量明显减少 ，而 Ｈ ｓ
量 没有 变化 ，因此 ，克 劳斯 气 体 总 量减 少 ，Ｈ， ｓ 含 量提 高 。
３ ２ 方法 ２ ．
余的水分 ，尾气洗涤塔用于洗涤尾气中夹带的甲
醇 ，减少 甲醇 损失 。 ２ 存在 的 问题
在 主洗塔 的 底 部 有 １股 从 主 洗 塔 三 段 （ 脱 碳 段 ）来 的预洗 甲醇液 ，富 含 Ｃ Ｏ 。这 股 甲醇液
塔 热再 生段 的 Ｃ 量 ，大 约减少 １ ３ ｈ Ｏ ９ｉ ／ 。原 ３ ｎ
［ 收稿 日期 ］２ １ ８ ０ １ ３ ［ 者 简 介 ］余 涛 （ ９ ４ ） 男 ， 东济 宁人 ， 理 经 作 １ ８一 ， 山 助
济 师。
设计 变换 气 中含有 的 ＨＣ Ｎ和 Ｎ 由主 洗塔 倒 数 Ｈ 第一 段脱 除 ，如此 改造后 ，变 换 气 中 的 Ｈ Ｎ和 Ｃ
第 ２期
２１ ０ ２年 ３月
中 氮
肥
Ｎｏ ２ ．ｚ ｒＰｒ ｇｅ ｓ Ｓ ｚ ｄ Ｎｉ ｇ ｎ ｕｓＦｅ ｔ ｉｅ ｏ ｒ ｓ ｒ ｌ
尿 素 造粒 塔 粉 尘 回收 装 置 应 用 概 述
李 洪涛 。王世 平 。沈华 民
为克劳 斯气体 。压 力为 ０ ０ Ｐ 、温度 为 ２ ｃ ．８Ｍ ａ ５ｃ 的克劳 斯气体 被送 往硫 回收 工序 。 在 克劳斯 气体 去硫 回收 的管线 上 配 １ 管线 根 到再 吸收塔 的再 吸收段 ，将 克劳斯 气体 送人再 吸 收塔再 吸收段 ，使 其 中 的 Ｈ Ｓ Ｏ 等 气 体被 甲 、Ｃ
３ 改 造方 法
如果 能 降低 克 劳斯 气 体 中 的 Ｃ ：量 ，这 样 Ｏ 就能减 少去硫 回收 的克 劳斯 气体 量 ，相 应地 提高 了 Ｈ Ｓ在其 中的 比例 。
低温甲醇洗吸收塔的计算机模拟
析塔顶 部 ， 确 保 离 开 塔 的 产 品 中 总 硫 含 量 ≤ ５× １ ０ ． 上 塔 又分 为 三段 ： 顶段 为精 吸 段 ， 用 低 温 甲醇
（ 流股 ２ ４ ） 吸收 气体 中尚存 的 Ｃ Ｏ 和 Ｈ Ｓ ， 确保 下 游
低温 甲醇 洗 酸性气 体 吸收 塔流 程见 图 １ ．
第 ３ ６卷 第 １期 ２ ０ １ ３ 年 １ 月
煤 炭 转 化
Ｃ ＯＡＬ ＣＯＮＶＥＲＳ １ ０Ｎ
Ｖ０ １ ． ３ ６ Ｎｏ ． １
Ｊ ａ ｎ ． ２ ０ １ ３
低温 甲醇洗吸收塔的计算机模拟
郭 欣 ” 李金 来 ’ 李 士 雨。 韩艳 霞
摘 要 应 用 Ｐ ＲＯ ／ Ｉ Ｉ 工程 模 拟软件 对 某 ６ Ｏ万 ｔ ／ ａ煤 气化制 甲醇项 目低 温 甲醇 洗酸 性 气体吸
９ ０
煤
炭ห้องสมุดไป่ตู้
转
化
数ｄ ０ ． １ ｘ１ ０ ； 中间两段 为 Ｃ Ｏ 主 吸段 和 粗 吸段 ，
性 和非 极性混 合 物 以及 轻 气 体． 图 ２为低 温 甲醇洗 酸性气 体 吸收塔 模拟 流程 ．
甲醇吸 收 Ｃ Ｏ 需要 放 出大量 的热 ， 为 了移 除这 部 分 溶解热 ， 在 上 塔 中部 抽 出 甲 醇 富 液 （ 流股 ３ Ｏ ， 流 股 ３ １ ） ， 经 过 甲醇激冷 器 Ｅ Ｉ Ｏ ０和循 环 甲醇冷 却器 Ｅ ｌ ０ ８ 进 行换 热 和氨冷 ， 使 甲醇维 持较 大 的吸收 能力 ．
收塔 进 行 了模 拟 ， 通 过对 比 不 同热 力 学模 型 的模 拟 结果 ， 明确 了 Ｈ ～ Ｃ Ｏ 。 一 Ｃ Ｈ。 ＯＨ 三 元体 系偏 离高
低温甲醇洗工艺计算
Tg2 , K
-7531.077227 -203058.5195 -1020940.69
⑺全塔气体的溶解热QS , KJ/h,塔内操作条件:-50℃,3.4MPa
CO2的溶解
热 qco2,KJ/Kmo
16945
l
H2S的溶解 热 qH2S,KJ/Kmo l
19264
QSCO2=GCO2*q
co2
7913861.965
H2 34.00
0.00 0.01
26.00
0.01 0.16 -23219.16
对上塔进 行热量衡 算
由上塔热平衡式：Q下+Q3+QCO2溶+Q换=Q2+Q4+Q损上
取Q换=7417890.4 9取Q损=5%*Q出
得Q4
-2008331.79
对全塔进 行热量衡 算
由全塔热平衡式：Q1+Q3+Q5+Q7+Q换=Q2+Q4+Q6+Q损
7913861.965
⑼进入上塔原料气体带入的热Qg上 , KJ/h,条件:-54℃,3.4MPa
Tg1
219.15
T0
CP1=∑ CPi1*yi1
0.32
CO2
CO
CPi1 KJ/(Kmol*
43.20
k)
yi1 mol/mol
0.00
0.15 进入上塔原料气带出热量Q9=G9*CP9*（Tg9-T0）
取Q损
-95750.19
进
检验热量 守衡
-2008109.73
T0
-18922.46 -6687.47 -25609.93 -1583336.01
低温甲醇洗工艺
煤为原料的低温甲醇洗
三、关于能耗：
（1）酸气的溶解热要取出,以确保吸收温度要求.(闪蒸回 收能量约60~70%) （2）动力消耗:泵; （3）热再生耗汽. （4）冷损的补偿.(低温操作,保冷严格)
煤为原料的低温甲醇洗
四、关于设备选材考虑：
（1）羰基铁问题:原料气中有一氧化碳,它同钢铁作用,生
成羰基铁,当有硫化氢气体时,更易生成. （2）羰基铁的生成,造成腐蚀,羰基铁和硫化氢作用,生成含 硫的中间羰基产物,该产物发生热解,生成硫\硫化亚铁,造 成堵塞.
低温甲醇洗----基本理论
四、硫化氢在甲醇中的溶解度：
1、硫化氢和甲醇都是极性物质,从而溶解能力大. 2、低压下，在甲醇中，溶解度同温度的关系是： ①PH2S<400mmHg,符合Herry定律PH2S= kx,(500#,总压26.5, YH2S=0.38% PH2S=76mmHg) ②当二氧化碳存在时,硫化氢溶解度降低,温度越低,影响越明显. ③在0~-78℃, PH2S= 15-400mmHg条件下,硫化氢的溶解度可进行计算: S=692PH2S/(1.9P0H2S-PH2S) 而 lgP0H2S=7.453-973.5/T ④温度低,溶解度大,且随着温度的降低,温度对溶解度的影响更明显. ⑤在甲醇体系中,溶解度同温度的关系能进行定量计算lgS=C/T-D.
低温甲醇洗
工艺基础知识
低温甲醇洗----概述
• 低温甲醇洗是由德国林德公司和鲁奇公司共同 开发的，采用冷甲醇作为吸收溶剂，世界上第 一套低温甲醇洗工业化装置于1954年建于南非 萨索尔，1964年林德公司又设计了低温甲醇洗 串液氮洗装置。70年代以来，国外所建的以煤 和重油为原料的大型氨厂，大部分采用该法， 低温甲醇洗工艺技术成熟，使用业绩多，我国 已有多套大型合成氨装置采用这一技术。
低温甲醇洗
低温甲醇洗工艺流程低温甲醇洗工艺(RectisolProcess)是德国林德(Linde)公司和鲁奇(Lurgi)公司共同开发的采用物理吸收法的1种酸性气体净化工艺，该工艺使用冷甲醇作为酸性气体吸收液，利用甲醇在一6O℃左右的低温下对酸性气体溶解度极大的物理特性，同时分段选择性地吸收原料气中的Hs、一c0。
及各种有机硫等杂质。
在以渣油和煤为原料的大型合成氨装置上，大多采用这种净化工艺。
此外，该工艺还广泛应用于甲醇合成、羟基合成、工业制氢、城市煤气和天然气脱硫等生产装置的净化工艺中。
目前，国内外已有百余套大中型工业化装置的酸性气体脱除采用了该净化工艺。
国内进展我国对低温甲醇洗工艺的研究始于20世纪70年代，中石化兰州设计院、南化集团研究院、浙江大学、上海化工研究院、大连理工大学等单位在该工艺的基础理论研究方面都取得了一定的成果。
上海化工研究院和浙江大学在工艺计算方面，南化研究院在热力学和基础数据测定方面，兰州设计院在气液平衡计算数学模型及北京化工大学在气液相平衡方面都做了大量的工作。
大连理工大学在化工工艺模拟计算方面取得了较大的进展。
国内目前已有多套大型酸性气体净化装置采用了低温甲醇洗工艺，有的装置已运行近20 a，在设计、施工、安装、操作等方面都积累了丰富的经验。
大连理工大学从1983年开始进行低温甲醇洗工艺过程研究，在中石化公司和浙江大学的协助下，1999年该项研究通过了中石化的鉴定，并且获得了国内2项专利申请。
经改进后的该工艺采用6塔流程，与林德工艺相似，据介绍，该工艺的冷负荷和设备投资比林德工艺要低10 左右。
兰州设计院在参与鲁奇和林德2个不同的低温甲醇洗工艺流程的设计中积累了一定的设计经验，在中石化湖北化肥分公司的低温甲醇洗设计中，鲁奇公司仅提供了工艺软件包，由兰州设计院自行完成了基础设计和详细设计。
该工艺的热交换器均采用标准的TEMA型换热器，所有塔盘采用普通标准设计，提高了低温甲醇洗装置的国产化率，降低了投资费用。
低温甲醇洗工艺及其装置设计工况全流程模拟
Science &Technology Vision 科技视界0引言从粗煤气中脱除酸性气体的方法种类很多,其基本特点都是利用气体中各种组分在溶液中溶解度不同这一性质,一般都采用吸收剂封闭循环过程,吸收时使过程按有关组分在吸收剂中溶解度增加方向进行,而吸收剂再生时又使过程向有关组分溶解度减小方向转变。
脱除气体中大量CO 2以及H 2S 等气体的方法很多,根据吸收过程基本特点,基本上可分为三大类:物理吸收法、化学吸收法及物理化学吸收法。
1低温甲醇洗工艺原理与技术特点1.1低温甲醇洗工艺原理低温甲醇洗法是利用低温下(-50℃-70℃)甲醇的优良特性脱除原料气中的轻质油、二氧化碳、硫化氢、硫的有机化合物和氰化物等的物理吸收法。
低温甲醇洗法的吸收能力大,气体净化度高,出口气中二氧化碳可脱除至10-20ppm,能将无机硫和有机硫脱除干净(总硫小于0.lppm),作为吸收剂的甲醇易得,价格低廉,不仅可以同时脱除COS,还可以兼脱能够引起后系统触媒中毒的拨基铁和碳基镍。
该法专利成熟,我国已于1979年向德国林德公司购买了专利许可证,可以在我国使用。
低温甲醇洗是一种典型的物理吸收过程。
物理吸收和化学吸收的根本不同点在于吸收剂与气体溶质分子间的作用力不同。
物理吸收中,各分子间的作用力为范德华力;而化学吸收中为化学键力。
这二者的区别构成它们在吸收平衡曲线、吸收热效应、温度对吸收的影响、吸收选择性以及溶液再生等方面的不同。
物理吸收中,气液平衡关系开始时符合亨利定律,溶液中被吸收组分的含量基本上与其在气相中的平衡分压成正比。
在化学吸收中,当溶液的活性组分与被吸收组分间的反应达到平衡以后,被吸收组分在溶液中的进一步溶解只能靠物理吸收。
物理吸收中,吸收剂的吸收容量随酸性组分分压的提高而增加,溶液循环量与原料气量及操作条件有关。
操作压力提高,温度降低,溶液循环量减少;在化学吸收中,吸收剂的吸收容量与吸收剂中活性组分的含量有关。
低温甲醇洗吸收塔工艺模拟与过程参数优化
0.177
0.174
0.002
0.00115
0.812
0.817
0.004
0.00411
塔顶贫甲醇
实际值
模拟值
2671.662
2678.446
- 49.7
- 46.411
0.733
0.733
0.244
0.245
0.004
0.00427
0.018
0.0173
0
1.34e- 07
0
4.58e- 20
0
5.17e- 05
图 4 甲醇流量对塔顶 H2S 摩尔分率的影响
4 优化模拟结果
在保证塔的分离要求的情况下，以降低能耗为目 标，推荐的甲醇流量范围为 4639~5139kmol/hr，换算成 液气摩尔比为 1.20~1.33，甲醇温度范围为 - 46~- 41℃。 将以上优化方案应用到吸收塔的模拟计算中，最终得到 优化工况的模拟计算结果。
参考文献
[1] 张诩人.低温甲醇洗及其改进型工艺[J].煤化工，1992（3）：3843.
[2] Ferell J.K，Rousseau R.W，Matange J.N. Solubilities of acid gases and nitrogen in methanol ,1980，PB80-212236.
表 2 吸收塔模拟结果与设计值的比较
项目
摩尔流率（kmol/hr） 温度（℃） H2 N2 CO AR CO2 H2S CH4O H2O
塔底出口气
实际值
模拟值
3306.743 3302.517
- 22.2
- 21.3
0.003
0.00280
0.001
低温甲醇洗净化天然气过程的气液平衡计算
010012 t2
即 : K = (812380 + 011929 t + 010012 t2) / p (1)
212 实测平衡数据
在文献 [ 2 - 7 ]中都引用了 Щендерей(苏) 和赖
实正弘 ( 日) 测得 的 CO2 平 衡 浓 度 xco2 ( mol %) 与
CO2 气相压力
p 的关系 。根据
第2期
牛刚等 :低温甲醇洗净化天然气过程的气液平衡计算
4 9
装置的设计即是使用该方程进行工艺模拟计算 。对 于低温甲醇洗的汽液平衡 ,气相为天然气组成 ,即
气体溶于甲醇后 CO2 在甲醇中的溶解量减少了 。 从设计角度来看 ,也就更保险 。在没有实测数据值
CH4 、C2 H6 、C3 H8 、N2 、CO2 、H2O 加上甲醇共 7 个组
出吸收塔后还有分子筛进一步吸附脱除 。所以在设
计中以 CO2 为关键组分 。
2 CO2 在甲醇中的平衡数据
煤化工工艺中低温甲醇洗对酸性气回收技术研究
煤化工工艺中低温甲醇洗对酸性气回收技术研究发布时间：2023-02-07T03:09:31.408Z 来源：《工程建设标准化》2022年第9月第18期作者：王环宇[导读] 低温甲醇洗酸性气采用络合铁硫磺回收工艺，酸性尾气中H2S浓度＜5x10%满足《恶臭污染物排放标准》的排放要求；回收后的粗硫膏经熔硫精制可达到工业级硫磺品质，是低潜硫量酸性气硫磺回收的合适工艺选择。
王环宇2109041997****2520摘要：低温甲醇洗酸性气采用络合铁硫磺回收工艺，酸性尾气中H2S浓度＜5x10%满足《恶臭污染物排放标准》的排放要求；回收后的粗硫膏经熔硫精制可达到工业级硫磺品质，是低潜硫量酸性气硫磺回收的合适工艺选择。
关键词：络合铁硫化氢硫磺回收问题改进某化工企业生产合成气采用低温甲醇洗净化工艺，甲醇洗再生解析出来酸性气流量为1500Nm3/h,H2S浓度为4.5%(V),二氧化碳浓度为94%(V)。
该酸性气处理原设计采用克劳斯硫磺工艺，因潜硫量仅有2.3t/d无法运行。
后改用生物法脱硫，因出现堵塔以及副盐高导致系统无法运行。
后经考察论证，采用络合铁硫磺回收工艺处理低温甲醇洗酸性气。
络合铁工艺是一种湿法氧化法硫磺回收技术，其特点是硫化氢脱除效率高达99.9%以上，高硫容、催化剂无毒，对硫化氢的氧化选择性高，可避免传统湿法氧化法(如PDS,ADA等脱硫化氢催化剂)脱硫催化剂出现的产生副盐,排放废液问题。
因此，络合铁硫磺回收工艺具有经济、节能、运行稳定、脱硫效率高等优点心。
1工艺原理络合铁硫磺回收(或络合铁脱硫)是一种湿法氧化法硫磺回收工艺。
其化学反应原理是在络合铁催化剂条件下，利用空气中的氧气氧化气相中的硫化氢，使硫化氢转化为单质硫。
其反应过程包含吸收和再生两个过程，首先是碱性的络合铁溶液吸收了气体中的H2S,使压S溶解在碱洗溶液中生成HS-后与络合铁中的三价铁反应生成单质硫，三价铁被还原成二价铁;然后向二价铁溶液中通入空气，使其与空气中的氧气反应生成三价铁而重新具有氧化能力，实现络合铁的循环使用。
低温甲醇洗工艺及其装置设计工况全流程模拟
低温甲醇洗工艺及其装置设计工况全流程模拟【摘要】合成气净化处理过程包括冷凝冷却、排送、脱焦油雾、脱氨、脱苯、脱硫和脱蔡等工序。
在煤气生产过程中，还可回收数百种化工副产品。
煤气净化方法有气液吸收、气固相催化转化、固体吸附、分子筛分离、膜分离等，但是用得最为广泛的还是气液吸收。
因CO2和H2S溶于水，其溶液都呈酸性反应，一般称其为酸性气体。
目前从粗煤气中脱除酸性气体的方法，主要采用吸收法。
【关键词】低温甲醇洗；工况模拟；副产品回收；酸性气体；物理吸收法；环境保护0 引言从粗煤气中脱除酸性气体的方法种类很多，其基本特点都是利用气体中各种组分在溶液中溶解度不同这一性质，一般都采用吸收剂封闭循环过程，吸收时使过程按有关组分在吸收剂中溶解度增加方向进行，而吸收剂再生时又使过程向有关组分溶解度减小方向转变。
脱除气体中大量CO2以及H2S等气体的方法很多，根据吸收过程基本特点，基本上可分为三大类：物理吸收法、化学吸收法及物理化学吸收法。
1 低温甲醇洗工艺原理与技术特点1.1 低温甲醇洗工艺原理低温甲醇洗法是利用低温下（-50℃-70℃）甲醇的优良特性脱除原料气中的轻质油、二氧化碳、硫化氢、硫的有机化合物和氰化物等的物理吸收法。
低温甲醇洗法的吸收能力大，气体净化度高，出口气中二氧化碳可脱除至10-20ppm，能将无机硫和有机硫脱除干净（总硫小于0.lppm），作为吸收剂的甲醇易得，价格低廉，不仅可以同时脱除COS，还可以兼脱能够引起后系统触媒中毒的拨基铁和碳基镍。
该法专利成熟，我国已于1979年向德国林德公司购买了专利许可证，可以在我国使用。
低温甲醇洗是一种典型的物理吸收过程。
物理吸收和化学吸收的根本不同点在于吸收剂与气体溶质分子间的作用力不同。
物理吸收中，各分子间的作用力为范德华力；而化学吸收中为化学键力。
这二者的区别构成它们在吸收平衡曲线、吸收热效应、温度对吸收的影响、吸收选择性以及溶液再生等方面的不同。
物理吸收中，气液平衡关系开始时符合亨利定律，溶液中被吸收组分的含量基本上与其在气相中的平衡分压成正比。
低温甲醇洗技术的研究与应用
低温甲醇洗技术的研究与应用摘要：低温甲醇洗工艺由于溶剂吸收能力大，循环溶液量小，设备与管道尺寸小，且在大型煤气化中由于合成气气量大，所用系列较少，能节省装置用地和操作费用。
由于低温甲醇在吸收能力、溶剂循环动力消耗、再生能耗、稳定性、有效气损失等性能指标方面都远优于NHD和MDEA溶剂，虽然一次性投资比较高，但操作费用相对较低，从长远利益看，经济效益明显。
关键字：MDEA工艺；低温甲醇洗；煤化工0引言脱碳尾气工艺简易流程：焦炉煤气经净化后进入MDEA脱碳单元进行处理，即来自变换单元的变换气进入吸收塔，吸收气体中的CO2气（R2NCH3+CO2+H2O=R2CH3NH+HCO3-），经洗涤后的净化气通过冷却、分离、干燥送往PSA装置制氢；富胺液进入闪蒸塔释放有效气（CO，H2，少量CO2气）后进入热再生塔；在热再生塔顶部减压释放CO2尾气去后续的尾气处理系统排入大气，从塔中部抽出贫液作为吸收塔的吸收剂，完成整个循环。
自MDEA工艺被开发后，就一直是化工工艺尾气处理的主要工艺，但在整条煤气加工工艺生产线上，为了控制油品合成尾气中的CO2含量，增加此处理工艺，同时也增加了人力、设备、物料、电耗、水耗等大量的投资，以及后续的生产运营管理和检维修费用。
为此，增加了整个煤制油工艺技术配置的复杂性和工厂的投资费用。
1低温甲醇洗集成工艺流程目前，焦炉煤气制LNG联产合成氨项目中，为了使得焦炉煤气达到指标，煤气的净化气处理工艺基本都采用低温甲醇洗工艺，若果再加入脱碳工艺，可控制原料煤气中的CO2含量，进而控制产品比例，以获得利润最大化，将MDEA尾气脱碳装置与低温甲醇洗装置进行集成提供了可能。
低温甲醇洗集成工艺方案（见图1），与传统的煤制油项目中尾气处理工艺相比，此方案去掉了一套MDEA装置，只需要在低温甲醇洗装置内增加很少的设备，用的吸收剂也是低温甲醇洗装置中的甲醇，不需要消耗其他的物料，即油品合成尾气经变换、冷却后进入增加的吸收塔，净化后的净化气送去PSA装置（不用进行干燥）；富甲醇送去净化装置固有的中压闪蒸系统，释放有效气（CO，H2，少量CO2气）经压缩机送往系统中循环利用；后续的解析、热再生完全依托固有的低温甲醇洗装置处理，完全可以满足油品合成尾气工艺指标。
煤制气低温甲醇洗酸性气体吸收模拟与优化
煤制气低温甲醇洗酸性气体吸收模拟与优化季冬;叶枫;王成【摘要】采用Aspen Plus软件，在非平衡级模型的前提下，分别使用不同的物性方法对两酸性气吸收塔进行模拟计算，建立能够较好反映实际状况的酸性气吸收的过程模拟，并在此基础上对酸性气吸收过程进行分析和甲醇流量优化，得到更合理的工艺参数。
%With the aid of software Aspen Plus, the rectisol acidic gas absorption column was simulated and analyzed under the non-equilibrium stage model,the simulation result could fit the design value. On this basis, the absorption process was analyzed, and the methanol flow was optimized, more reasonable operation parameters were obtained.【期刊名称】《当代化工》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】3页(P756-758)【关键词】低温甲醇洗;物性方法;过程模拟;优化【作者】季冬;叶枫;王成【作者单位】新疆大学，新疆乌鲁木齐 830046;新疆大学，新疆乌鲁木齐830046;新疆大学，新疆乌鲁木齐 830046【正文语种】中文【中图分类】TQ018低温甲醇洗采用的吸收剂为低温的甲醇，利用低温的甲醇对酸性气体具有较大溶解度物理特性，脱除粗煤气中的酸性气体(H2S、CO2),具有吸收能力强、选择性好、再生能耗低和气体净化度高等特点[1]。
为了更准确地模拟煤制气酸性气的吸收，更为准确地估计温度、流量和浓度沿塔的分布，本文以速率控制的非平衡级模型为前提，并没有没有引入级效率、等板高度等量[2]。
低温甲醇洗工艺气体溶解度的计算
低温甲醇洗工艺气体溶解度的计算第月期计算机与应用化学低温甲醇洗工艺气体溶解度的计算戴文斌唐宏青兰州。
中国石油化工总公司兰州石油化工设计院摘要本文从统计力学理论出发。
,采用定标粒子理论一,对气体在甲醇中的溶解度进行了计算,。
通过采用作者提出的计算溶质和溶剂的设计值符合较好关健词能量参数的公式使得计算结果与文献值及原因而可以在流程模拟系统及工程设计计算中采用这种简捷而又准确的方法,低温甲醇洗溶解度,定标粒子理论,统计力学,亨利系数低温甲醇洗工艺简介低温甲醇洗工艺是由德国化技术置中,公司和、公司在年代共同开发的一种气体低温净,。
由于甲醇是吸收二氧化碳,硫化氢、氧硫化碳等极性气体的良好溶剂。
尤其在低温下其溶解度更大因而该技术被广泛应用在以煤或重油为原料的大型合成氨厂和城市煤制气装用来脱除合成气或粗煤气中的二氧化碳和硫化氢一,该工艺中所涉及的气体的吸收与溶一解的温度范围为,压力范围为。
绝压,。
气体在甲醇中的溶解度的求取是低温甲醇洗工艺计算的关键径庭,然而这些数据在通用的手,册中却很难查到在某些文献中也只是给出了零星的几个点有时不同的文献给出的数值大相有的甚至连趋势都不一致。
低温下气体在甲醇中溶解的亨利系数和溶解度就更少了。
这给工程设计人员带来了很大的难题已经势在必行所以根据经典的理论,建立一种简便可靠的计算方法定标粒子理论定标粒子理论是由,,一等学者于年提出的一种根据统计力学理论和几何学原理。
来描述稀溶液行为的理论文献【对该理论做了详尽的介绍该理论在,,,等许多学者的不断发展下,逐渐成为一种比较成熟而又可靠的理论的硬核,,。
定标粒子理论的实质在于它认为要阻止分子的中心进入流体中任何指定的空间范围都需要做功,并且认为组成流体的球形对称分子都有一个直径为。
无论施加什么作用力。
都不会导致流体体积的改变根据溶液理论势能关系,,一种溶质分子溶解到一种溶剂中的过程。
可以看作两步进行第一步在溶剂中形成可以接纳溶质分子的合适尺寸的空穴进入空穴,。
低温甲醇洗工艺及其装置设计工况全流程模拟
低温甲醇洗工艺及其装置设计工况全流程模拟
刘 春梅 （ 神 华宁夏 煤业 集 团煤 炭化 学分公 司 烯烃公 司 ， 宁夏 灵武 ７ ５ ０ ０ １ １ ）
法
１ 低 温 甲醇洗 工 艺 原 理 与技 术 特 点
１ ． １ 低温 甲醇洗工艺原理 低温 甲醇洗 法是利用低 温下 （ 一 ５ Ｏ ℃一 ７ ０ ℃） 甲醇 的优 良特性脱 除 原料气中的轻质油 、 二氧化碳 、 硫化氢、 硫 的有机化合 物和氰化物等 的 物理吸收法。 低温甲醇洗法 的吸收能力大 ． 气体净化度高 ． 出口 气 中二 氧化碳可脱除至 １ ０ — ２ ０ ｐ ｐ ｍ． 能将无机硫 和有机硫脱 除干净 （ 总硫小 于 Ｏ ． １ ｐ ｐ ｍ） ， 作为吸收剂的甲醇易得 ， 价格低廉 ， 不仅可以 同时脱 除 Ｃ Ｏ Ｓ ， 还可 以兼脱能够 引起后系统触媒中毒的拨基铁和碳基镍 该法专利成 熟． 我 国已于 １ ９ ７ ９年 向德 国林德公 司购买 了专利许可证 ． 可 以在我 国 使用 。 低温 甲醇洗是一种典型的物理吸收过程 物理吸收和化学吸收的 根本不 同点在 于吸收剂与气体溶质分子间 的作用力 不同 物理吸 收 中， 各分子问的作用力为范德华力： 而化学吸收 中为化学键力 。 这二者 的区别构成它们在 吸收平衡曲线、 吸收热效应 、 温度对吸收 的影响 、 吸 收选择性 以及溶液再生等方面的不 同 物理吸收 中． 气液平衡 关系开始时符合亨利定律 ． 溶 液 中被吸收 组分的含量基本上与其在气相中的平衡分压成正 比 在化学吸收 中． 当溶液的活性组分与被吸收组分 间的反应达到平衡 以后 ． 被吸收组分 在溶液中的进一步溶解只能靠物理 吸收 物理吸收 中， 吸收剂的吸收 容量随酸性组分分压的提高而增加 ． 溶液循环量与原料气量及操作条 件有关。 操作压力提高 ， 温度降低 ． 溶液循环量减少 ： 在化学 吸收 中， 吸 收剂的吸收容量与吸收剂中活性组分 的含量有关 。因此 ． 在化学吸收 中． 溶液循环量与待脱 除的酸性组 分的量成正 比． 即与气 体中酸性组 分的含量关 系很大 ． 但与压力基本无关 低温 甲醇洗 中， Ｈ ２ Ｓ 、 Ｃ Ｏ Ｓ和 Ｃ Ｏ 等酸性气体的吸收 ．吸收后溶液 的再生以及 Ｈ 、 ｃ Ｏ等溶解度低 的有用气体的解吸 曲线 ，其 基础 就是 各种气体在 甲醇 中有不同的溶解度 低温下 。甲醇对酸性 气体的吸收是很有利 的 当温度从 ２ ０ ｃ 降 到一 ４ Ｏ ℃时， Ｃ Ｏ 的溶解度约增加 ６倍 ，吸收剂的用量也大约可减少 ６ 倍。 低温下 ， 例如一 ４ Ｏ 一 ５ ０ ℃时 ， Ｈ２ ｓ的溶解度又差不多比 Ｃ ０ 大 ６倍 ， 这 样 就有可能选择性 地从原料气 中脱除 Ｈ， ｓ ． 而在溶液再生 时先解 吸 回 收Ｃ Ｏ 。 低温下 ， Ｈ ２ ｓ 、 Ｃ Ｏ Ｓ和 Ｃ Ｏ 在 甲醇 中的溶解度与 Ｈ 、 Ｃ Ｏ相 比， 至 少要大 １ ０ ０ 倍， 与ｃ Ｈ ４ 相比 。 约大 ５ ０ 倍。 因此 ． 如果低温 甲醇洗装置是 按脱 除 Ｃ Ｏ 的要求设计 的， 则所有溶解度和 Ｃ Ｏ ： 相 当或溶解度 比 ＣＯ ： 大的气体 ， 例如 Ｃ Ｏ Ｓ 、 Ｈ ｚ Ｓ 、 Ｎ Ｈ ， 等 以及其他硫 化物都一起脱 除 ， 而Ｈ 、 Ｃ Ｏ、 ｃ Ｈ ４ 等有用气体则损失较少。 １ ． ２ 低温 甲醇洗工艺技术特点 低温 甲醇洗 工艺是五十年代初 由德 国林德 公司和鲁奇公 司联合 开发 的， 该工艺一般具有 以下三个任务 ： （ １ ） 净化原料气 将原料气 中的 Ｃ Ｏ 及 Ｓ 、 ｃ ｏ ｓ等硫化物脱 除至
低温甲醇洗H2S吸收塔和CO2吸收塔流程模拟
收稿日期：２０１９－０２－２０ 作者简介：刘华群（１９９１—），河南濮阳人，硕士研究生，主要从事化工传质与分离研究；通信作者：唐祁匀（１９８３—），湖南祁阳 人，工程师，主要从事化学原料药工艺开发及过程放大。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｒｅｃｔｉｓｏｌｐｒｏｃｅｓｓｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｐｒｏｃｅｓｓｅｓｆｏｒｔｈｅｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆａｃｉｄｉｃｆｅｅｄｓｔｏｃｋｇａｓ．Ｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒａｎｇｅｏｆＨ２ＳａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｔｏｗｅｒａｎｄＣＯ２ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｔｏｗｅｒｉｓ－５１．５°Ｃｔｏ －１８．０°Ｃａｎｄ２．８ｔｏ３．４ＭＰａ，ａｎｄａｎ ａｃｃｕｒａｔｅｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｅｑｕａｔｉｏｎｔｈａｔｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｉｓｐｒｏｃｅｓｓｉｓｓｔｒｉｃｔｌｙｒｅｑｕｉｒｅｄ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒｆｉｎｄｓｔｈａｔｔｈｅＰＳＲＫ ｅｑｕａｔｉｏｎｃａｎ ｂｅｔｔｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓ，ａｎｄｃｏｍｐｌｅｔｅｓｔｈｅｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｏｕｒ－ｃｏｌｕｍｎｓｅｒｉｅｓｂｙｓｅｔｔｉｎｇｔｈｅｔｅａｒｓｔｒｅａｍｓ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒｈａｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｅｘｉｓｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｅｓ，ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｏｗｅｒｉｎｔｅｒｎａｌｓａｎｄｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｓｏｆ ｎｅｗｐｒｏｃｅｓｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｅｃｔｉｓｏｌ；ＰＳＲＫｅｑｕａｔｉｏｎ；ｔｅａｒｓｔｒｅａｍｓ
低温甲醇洗工艺流程模拟
低温甲醇洗工艺流程模拟蒋晓伟;汪旭;刘莎;潘海敏;付强;孙恺【摘要】本文利用PROⅡ软件中的PSRK状态方程建立低温甲醇洗工艺的全流程模拟计算,通过PSRK热力学模型中回归的二元交互作用参数及对体系液体焓值计算的修正,得到的低温甲醇工艺中各流股的温度、流量、组分及比热等模拟数据与工艺包吻合良好,且绝大部分偏差在±2％以内.整个系统的冷量偏差也仅为0.7％,修正后的PSRK状态方程应用于低温甲醇洗模拟计算,具有较高的准确性.【期刊名称】《化工设计》【年(卷),期】2016(026)003【总页数】5页(P3-6,14)【关键词】低温甲醇洗;流程模拟;热力学模型【作者】蒋晓伟;汪旭;刘莎;潘海敏;付强;孙恺【作者单位】北京石油化工工程有限公司西安分公司西安710075;北京石油化工工程有限公司西安分公司西安710075;北京石油化工工程有限公司西安分公司西安710075;北京石油化工工程有限公司西安分公司西安710075;陕西延长石油延安能源化工有限责任公司榆林71900;陕西延长石油延安能源化工有限责任公司榆林71900【正文语种】中文设计技术甲醇吸收CO2、H2S等酸性气体是一个物理吸收过程。
即利用甲醇溶液对CO2、H2S等酸性气体能进行选择性吸收的特性来脱除合成气中的酸性气体。
甲醇在加压、低温条件下对CO2、H2S、COS等酸性气体的吸收能力极强，因此，经过一次净化就能将合成气中高浓度的酸性气体清除干净，净化气质量好，净化度高。
出口净化气中CO2浓度≤10ppm(v)、总硫≤0.1ppm(v)。
在低温条件下，H2S的溶解度比CO2大6倍，CO2、H2S、COS在甲醇中的溶解度与CO和H2相比，至少大100多倍，而与CH4相比要大50倍。
因此，H2、CO、CH4在甲醇中的溶解度都很低，再生过程中该部分有效气的损失很小[1]。
低温甲醇洗装置由于其工艺流程具有高压、低温的特点，导致气体偏离理想程度比较大，从而准确进行该工艺全流程的模拟计算具有较大难度。
低温甲醇洗涤法脱除酸性气体工艺流程
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低温甲醇洗工艺酸性气体吸收流程的模拟计算
低温甲醇洗工艺酸性气体吸收流程的模拟计算
宫万福;叶鑫;吕建宁
【期刊名称】《化工设计》
【年(卷),期】2010(020)005
【摘要】利用工艺流程模拟软件PRO/Ⅱ对低温甲醇洗工艺酸性气体的吸收流程进行模拟计算.通过对热力学方法的分析对比,选用误差相对较小的SRK-Simsci方法,将修正后的热力学方法用于酸性气体的吸收计算,并对甲醇流量进行灵敏度分析,结果表明,所建方法适用于低温甲醇洗工艺酸性气体的吸收计算.
【总页数】4页(P7-10)
【作者】宫万福;叶鑫;吕建宁
【作者单位】惠生工程(中国)有限公司,北京,100102;惠生工程(中国)有限公司,北京,100102;惠生工程(中国)有限公司,北京,100102
【正文语种】中文
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12 61 6 65E 03 7 18 7 22 5 54E 03
28 51 3 51E 03 8 29 8 20 1 10E 02
21 79 9 64E 03 5 91 5 96 8 39E 03
1685 03 2 08E 03 531 55 530 65 1 69E 03
6 7 6 54 5 20E 03
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CH EM ICAL ENG INEER ING DESIGN
化工设计 2010, 20( 5)
在工艺模拟过程中, 吸收塔的模拟计算难度 最大, 同时也是最重要的。为表述及分析方便并 使模拟过程易于收敛, 将吸收塔分为脱硫段、粗 吸段和主吸段 ( 精吸段 ) 分别进行模拟计算。
2 热力学方法的选择及修正
图 1 两台吸收塔酸性气体吸收流程
塔 1用来净化合成甲醇的原料气。来自变换 工段的原料气经冷却后进入分离罐 V1进行气液 分离。分离出液体 后的原料气进 入脱硫段 的底 部, 用低温贫甲醇洗涤。分离罐 V1底部的甲醇 和水的混合物送甲醇水分离塔分离。
原料气在吸收塔与低温贫甲醇逆流接触, 利 用 CO 2、H 2 S等酸性气体在低温甲醇中溶解度大 的特性达到净 化原料气 的目的。为了移 走 CO 2 在甲醇中的溶解热, 在吸收塔的段间要设置冷却 器, 将甲醇吸 收剂冷却到 最佳吸收 温度, 保证 CO2 的充分吸收。
求取气体在甲醇中溶解度是低温甲醇洗工艺 计算的关键, 然而这些数据在通用的手册中却很 难查到, 该体系的气液平衡数据作为林德和鲁奇 公司的专有技术未曾公开发表。高压低温下气体 在甲醇中溶解的亨 利系数和溶解度 系数报道更 少, 就目前公开发表的文献而言 [ 1 ~ 8 ] , 不能完全 满足低温甲醇洗工艺计算的需要。
选取流程中关键物流 103、 107、 115和 118 作为比对物流, 并选取各物流中的关键组分作比 较, 其模拟值、原数据及相对误差见表 2。
物流 103是原料气分 离罐 V1 上部的气 相, 液相主要是原料气中的水、喷淋甲醇及少量溶解 的 CO2。原料气体在原料气冷却器中被冷却到约 - 9 , 在 5 6MP a 高压下, 由于 分子间的 吸引 力, 使水分子不易被分离下来而进入底部的液相 中。原料气带水量高, 将会造成循环甲醇中水含 量增加, 影响吸收塔的计算。由表 2中 103物流 数据可知, 修正后的 SRK- Sim sci状态方程法适 合此处的低温含水极性体系。
在低温甲醇洗工艺酸性气体的吸收过程中, 存 在 一 个 H2 N 2 CO A r CH4 CO2 H2 S CO S CH 3OH H2 O 所组成的十元体系的气液平衡, 系 统组分 多, 各组分性 质差别较 大, 其 中既含缔 合、极性组分甲醇, 又存在量子气体氢, 非理想 性很强, 因而相平衡计算较为困难 [ 8 ] 。
从表 4可以看出, 随着甲醇流量的增大, 出 口气体中 CO 2 和 H2 S 的摩尔分率减少, 出口气 体温度逐渐降低。甲醇流量与出 口气体 CO 2 摩 尔分率关系见图 2。
由以上的分析可知, 采用修正的 SRK S im sci 状态方程可以很好地模拟低温甲醇洗工艺酸性气 体的吸收过程。
4 灵敏度分析
PRO / II软件提供多种用于流体 的气液平衡 常数、液液平衡常数、焓、熵、密度和其他传递 性能参数等热力学计算方法, 由于每种热力学方 法有一定的适用范围, 因此选择合适的热力学方 法是能否正确模拟该工艺的关键。气液平衡计算 常采用状态方程法 和活度系数法两 类热力学方 法, 其比较见表 1。
表 1 状态方程法与活度系数法的比较
出口气体 CO 2 (摩尔分率 ) 0 0926 0 0898 0 0871 0 0844 0 0817 0 0790 0 0764 0 0737 0 0711 0 0685
出口气体 H 2 S ( 摩尔分率 ) 6 02212E 12 5 05711E 12 4 41558E 12 3 85979E 12 3 37220E 12 2 93934E 12 2 56744E 12 2 24292E 12 1 95857E 12 1 70962E 12
低温、高压、轻烃或轻组分的非理想体系。对于
二元组分, 其混合规则及 方程表示为:
12 =
( 1 2 ) 1 /2
1- K 12 +
H 12G 12
2 2
T
1 + G12 2
H 12 = ( 21 - 12 ) /T
G12 = exp( - 12H 12 )
3 模拟计算结果与分析
将修正后的热力学模型用于酸性气体吸收过 程的模拟计算, 得到的结果与原始工艺包吻合得 很好, 尤其是未变换气体的吸收计算, 模拟结果 最为理想。变换气体与未变换气体的吸收流程类 似, 因此本文只讨论模拟误差相对较大的变换气 体吸收过程。
关键词 低温甲醇洗 PRO / II 热 力学模型
低温甲醇洗工艺是由德国林德 ( L inde) 公 司和鲁奇 ( L urg i) 公司在上世纪五 十年代共同 开发的一种酸性气体净化工艺, 是目前国内外公 认的最为经济且净化度高的气体净化技术, 具有 净化气质量好、净化度高、 CO2 < 10ppm、H 2 S< 0 1ppm、能选择性吸收 H 2S、 COS和 CO2, 可分 别脱除和再生、溶剂价廉易得、能耗和运转费用 低等其它脱硫、脱碳技术不能取代的特点。
3938 72 1 74E 06 1091 70 1093 51 1 66E 03
19 78 2 77E 05 5 68 5 69 9 32E 04
物流 115 和 118 是吸收塔 底部及 中部的液 相, 由表 2可知, 模拟结果很理想。本文对吸收 塔段间换热器的热负荷进行比较, 见表 3。
表 3 吸收塔段间换热器的热负荷
利用工艺流程模拟软件 PRO / II的化学组分 数据库和热 力学方法, 通 过对二元交 互作用参 数、溶解度系数等参数的修正, 建立了低温甲醇 洗工艺吸收流程的计算模型, 不仅可以对现有生 产装置进行模拟分析, 为生产提供改进建议、增 加经济效益, 还可满足新项目工程设计的需要。
1 流程简介
低温甲醇洗 工艺通 常由 吸收塔、 CO2 产品 塔、H2 S浓缩塔、热再生塔、甲醇 /水分离塔等 构成的五塔流程, 依下游产品的不同, 可设置成 一台或多台吸收塔。图 1为某项目采用两台吸收 塔吸收酸性气体的工艺流程。
9
表 2 酸性气体吸收过程关键流股主要成分的对比
(温度, ) ( kmo l/h)
模拟
103 原数据
误差
模拟
流量 2799 32 2799 25 2 50E 05 1693 17
温度 9 41 9 40 1 06E 03 29 94
H 2 1288 85 1287 66 9 24E 04 1271 04
状态方程法
活度系数法
描述非理想液相的能力有限 可描述高度非理想液相
要求二元交互作用参数少
要求大量二元交互作用参数
参数可合理随温度外推 可描述气液两相
参数不能外推, 高度依赖于温度 只能用于液相
临界区有一致性
临界区无一致性
可用于高压
只能用于低压
采用低温甲醇洗吸收酸性气体要在低温和高 压下进行, 超出了活度系数法应用范围, 文献中 也有类似的报道 [ 9 ] 。结合 PRO / II热力学方法选 择手册, 筛选如 PRP、 SRKM、 SRK S im sci等几 种适合预测低温和高压非理想系统的状态方程模 型用于吸收过程的模拟计算。经过对比计算的结 果发现, 各模型用于低温甲醇洗的计算均存在不 同程度的偏差。这是由于在低温下, 二元交互作 用参数及溶解度系数等参数与实际值之间的误差 较大, 造成状态方程法计算的结果有偏差。最终 选取 其中 偏差最 小的 SRK S im sc i热力 学模 型, 并参照 PRO / II输出报告中二元交互作用参数的 设定值, 利用原数据回归, 然后对组分间的二元 交互作用参数及溶解度系数等参数进行修正, 将 修正的模型用于低 温甲醇洗酸性气 体的吸收计 算。查看 PRO / II报告中二元交互作用参数的方
2010, 20( 5)
宫万 福等 低温甲醇洗工艺酸性气体吸收流程的模拟计算
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低温甲醇洗工艺酸性气体吸收流程的模拟计算
宫万福* 叶 鑫 吕建宁 惠生工程 (中国 ) 有限公司 北京 100102
摘要 利用工艺流程模拟软件 PRO / II对低温 甲醇洗工艺酸性气体的吸收流程 进行模拟 计算。通过对
热力学方法的分析对比, 选用误差相对较 小的 SRK Sim sci方法, 将修正后的 热力学方 法用于酸性 气体的吸 收计算, 并对甲醇流量进行灵敏 度分析, 结果表明, 所建方法适用于低温甲醇洗工艺酸性气体的吸收计算。
1270 77 2 12E 04
294 16 1 29E 03
116 86 6 46E 03
模拟 5690 64
12 69 28 61 21 58 1681 52
3938 71 19 78
115 原数据
误差
模拟
118 原数据
误差
5694 92 7 52E 04 1650 03 1650 86 5 05E 04
热力学方法中各组分间的二元交互作用参数。
SRK S im sc i热力学方法是英维思公司优化的
一种立方型状态方程, 它采用新的混合规则, 弥
补了 P R型状态方程混合规则的不足, 不仅适用
于极性 - 非极性组分, 而且适用多组分系统; 它
采用新的 方程, 可以更 好地预测纯组分 的气 相分压, 并可外推到超临界区域, 该方法适用于
绕管换热器 丙烯深冷器
模拟值 ( kW )
1112
410
设计值 ( kW )
1118
407
误差 (% )
- 0 54