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        乙二醇再生與回收的再生工藝參數(shù)優(yōu)化

        2020-08-12 10:44:10張陸軍王文濤何佳偉
        云南化工 2020年7期
        關(guān)鍵詞:富液沸器乙二醇

        張陸軍,李 原,王文濤,趙 磊,何佳偉,張 杰

        (1.重慶前衛(wèi)科技集團(tuán)有限公司,重慶 401121;2.江蘇科技大學(xué),江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

        關(guān)鍵字:MRU;再生;Plus;再生塔

        2020年2月至3月,中國(guó)海域天然氣水合物第二輪試采成功[1]。在開(kāi)采時(shí)管道內(nèi)易形成水合物,造成管線凍堵,降低管線輸氣量,影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行。乙二醇(MEG)作為水合物抑制劑可防止管道內(nèi)水合物的生成,通常在海底管道入口和油嘴處注入MEG溶液從而保證水下產(chǎn)出順利輸送到水面。乙二醇回收及再生系統(tǒng)(MRU)可除去MEG富液中的烴、酸氣、水和鹽雜質(zhì),從而得到滿(mǎn)足往入純度要求的MEG貧液,實(shí)現(xiàn)MEG的循環(huán)使用[1-2]。

        本文重點(diǎn)研究MRU中的再生脫水流程,對(duì)MRU中再生脫水單元的工作流程進(jìn)行了簡(jiǎn)介,采用Aspen Plus對(duì)其進(jìn)行參數(shù)優(yōu)選,,采用Plus中的DSTWU進(jìn)行簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)并確定了相關(guān)參數(shù),然后使用RadFrac對(duì)再生脫水進(jìn)行嚴(yán)格模擬與優(yōu)化,本研究為MRU中再生脫水中再生塔設(shè)計(jì)奠定一定基礎(chǔ)。

        1 MRU再生單元設(shè)計(jì)

        1.1 MRU再生單元的工作原理

        經(jīng)預(yù)處理后的MEG富液需進(jìn)行脫水以實(shí)現(xiàn)再生。MEG再生采用精餾的原理,其流程圖如圖1所示。主要設(shè)備包括再生塔,立式熱虹吸式再沸器,冷凝器,貧富液換熱器,等等。經(jīng)預(yù)處理后的MEG富液進(jìn)入貧富液換熱器換熱,換熱后富液從再生塔的中上部進(jìn)入,富液與向上流動(dòng)的熱蒸汽不斷接觸與傳熱,當(dāng)富液的溫度值達(dá)到一定,富液中的重組分(MEG)和輕組分(水蒸氣)分離,重組分向下流入到塔釜,輕組分上升塔頂,經(jīng)冷凝后進(jìn)入回流罐,不冷凝氣體通過(guò)回流罐放空排出。富液流入塔釜后,輸送到再沸器內(nèi),采用熱載體對(duì)富液加熱將輕組分和重組分分離,產(chǎn)出的熱蒸汽由氣相進(jìn)料管道進(jìn)入到再生塔下部,與向下富料液進(jìn)行換熱,合格的貧液通過(guò)塔釜排出進(jìn)入貧富液換熱器與富液進(jìn)行換熱,最后進(jìn)入脫鹽流程。

        圖1 再生單元流程圖

        1.2 工藝參數(shù)及物性方法

        經(jīng)預(yù)處理后MEG富液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55%,乙二醇在作為水合物抑制劑時(shí),貧液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)要求達(dá)到80%~90%。再生工藝參數(shù)如表1所示,要求塔頂乙二醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.001%,塔釜水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.001%。塔頂冷凝器為全凝器,回流比為最小回流比的2.5倍。

        表1 再生工藝主要參數(shù)

        由于物系僅含有乙二醇、水和一價(jià)鹽,該物系為極性物系,因此采用NRTL方程作為物性方法[2]。

        2 設(shè)計(jì)結(jié)果

        2.1 簡(jiǎn)捷計(jì)算結(jié)果

        DSTWU是多組分精餾的簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)模塊,其計(jì)算結(jié)果可作為嚴(yán)格精餾計(jì)算提供合適的初始值。塔頂冷凝器設(shè)置為全凝器[3]。

        簡(jiǎn)捷計(jì)算結(jié)果為,最小回流比為0.0207,實(shí)際回流比為0.05,實(shí)際塔板數(shù)為30,最小塔板數(shù)為7,進(jìn)料塔板數(shù)為13,再沸器熱負(fù)荷為1527kW,冷凝器熱負(fù)荷為1469.6kW,塔頂產(chǎn)品與進(jìn)料物質(zhì)的量比為0.7132,塔釜乙二醇含量94.83%,塔底溫度134℃,塔底溫度45℃,符合設(shè)計(jì)要求。

        2.2 嚴(yán)格計(jì)算及結(jié)果

        將簡(jiǎn)捷運(yùn)算結(jié)果輸入到RadFrac模塊中進(jìn)行嚴(yán)格計(jì)算,再沸器設(shè)置為熱虹吸式再沸器,再沸器出口溫度設(shè)為134℃,再沸器壓力為10KPa。其計(jì)算結(jié)果為塔釜溫度128℃,塔底溫度45℃,再沸器熱負(fù)荷15KW,冷凝器熱負(fù)荷1490kW,塔釜乙二醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為94.51%,塔釜水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.27%,塔頂乙二醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.3%,塔頂水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98.69%。塔頂中乙二醇含量和塔底水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)設(shè)計(jì)要求,需對(duì)其優(yōu)化。

        3 設(shè)計(jì)結(jié)果優(yōu)化

        3.1 回流比優(yōu)化

        根據(jù)文獻(xiàn),再沸器和冷凝器的熱負(fù)荷隨著回流比(MOLE-RR)的增大而增大,從而加熱劑和冷卻劑的耗量也會(huì)按比例增加,操作費(fèi)用也隨之增加。但隨著回流比的增大,塔板數(shù)會(huì)隨之減小,設(shè)備費(fèi)用會(huì)降低,因此需要最適宜的回流比[3-5]。在Plus中將塔底產(chǎn)品的質(zhì)量純度(PURITY)設(shè)定,將塔釜乙二醇的目標(biāo)值設(shè)為0.9483,回流比下限為0.05,上限為0.1。結(jié)果顯示回流比為0.0707時(shí),塔釜乙二醇的質(zhì)量純度為0.9483。在Plus中對(duì)回流比進(jìn)行靈敏度分析,分析回流比大小對(duì)塔釜乙二醇純度的影響。如圖2所示,隨著回流比的增加,塔釜乙二醇的純度也隨著上升,當(dāng)回流比的值達(dá)到0.0706左右時(shí),乙二醇的純度保持不變,純度值保持在0.9483,故回流比最佳值為0.0707。

        圖2 回流比對(duì)塔釜乙二醇純度的影響

        在精餾塔不同的位置進(jìn)料時(shí),再沸器和冷凝器的熱負(fù)荷也會(huì)受之影響,最佳回流比確定后,需對(duì)進(jìn)料板數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。將原回流比改為最佳回流比后,分析進(jìn)料位置對(duì)再沸器熱負(fù)荷(REB-DUTY)和冷凝器熱負(fù)荷(COND-DUTY)的影響,進(jìn)料位置范圍為2到29,分析結(jié)果如圖3所示。

        圖3 熱負(fù)荷隨進(jìn)料位置的變化

        3.2 進(jìn)料塔板數(shù)優(yōu)化

        冷凝器熱負(fù)荷隨著進(jìn)料位置的增大而減小,當(dāng)進(jìn)料板位置低于6時(shí),冷凝器熱負(fù)荷值保持平穩(wěn),當(dāng)進(jìn)料板位置大于26時(shí),冷凝器熱負(fù)荷值上升,當(dāng)進(jìn)料板位置為29時(shí),冷凝器熱負(fù)荷值最大。再沸器熱負(fù)荷值如圖3所示,當(dāng)進(jìn)料板位置為2到14時(shí),再沸器熱負(fù)荷先上升然后下降,進(jìn)料板位置為14時(shí),再沸器的熱負(fù)荷值最?。划?dāng)進(jìn)料板位置為15到28時(shí),再沸器熱負(fù)荷繼續(xù)上升,當(dāng)進(jìn)料板位置為29時(shí),再沸器熱負(fù)荷值最小。綜上當(dāng)進(jìn)料板位置為14時(shí),冷凝器熱負(fù)荷和再沸器熱負(fù)荷最小,故進(jìn)料位置選擇14。

        3.3 塔參數(shù)結(jié)果

        塔器分為填料塔與板式塔,真空和常壓工況選填料塔居多;易堵、含顆粒和加壓工況下選擇板式塔較多;填料塔分率效率高,壓降小,持液量小,操作彈性大,生產(chǎn)能力大等優(yōu)點(diǎn),再考慮到板式塔一般使用金屬材料容易被富液中的鹽腐蝕,故選擇填料塔作為MRU中的再生塔。

        進(jìn)入到Pack Sizing中,對(duì)填料塔參數(shù)進(jìn)行設(shè)定,從第2塊板開(kāi)始直到第29塊板,填料型號(hào)為MELLAPAK,廠商 SULZER,材料為 STANDARD型,尺寸為250Y,等板高度根據(jù)文獻(xiàn)[4]所知為0.5m。塔徑設(shè)計(jì)結(jié)果為1.36m,經(jīng)過(guò)圓整后為塔徑為1.4m。填料層高度為13.5m,根據(jù)文獻(xiàn)[3],塔高通常為填料層高度的130%,即塔高為13.5×1.3=17.55m。

        3.4 優(yōu)化結(jié)果

        采用Aspen Plus軟件對(duì)MRU再生脫水流程進(jìn)行嚴(yán)格設(shè)計(jì),最終得到再生塔主要參數(shù),再生塔板數(shù)選為30塊,回流比為0.0707,進(jìn)料位置為14,塔徑為 1.4m,塔高為 17.55m,操作壓力為100kPa,冷凝器壓力10kPa,再沸器選擇熱虹吸式再沸器,出口溫度為134℃,壓力為10kPa,塔釜乙二醇含量為94.873%,塔釜水含量接近于0,塔底乙二醇含量接近于0,滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

        4 結(jié)論

        對(duì)MRU中的再生脫水進(jìn)行了介紹,通過(guò)使用Aspen Plus對(duì)再生流程進(jìn)行了模擬,對(duì)再生塔內(nèi)各個(gè)參數(shù)的調(diào)節(jié)來(lái)判斷對(duì)再生效果的影響,設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足要求且能耗最優(yōu)的再生塔。本研究為MRU中的再生塔設(shè)計(jì)奠定一定基礎(chǔ)??晒┫嚓P(guān)人員使用設(shè)計(jì)精餾塔時(shí)作為參考。

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