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        基于Aspen Plus的磨煤廢氣吸收塔設(shè)計

        2022-07-07 03:53:36張蒙恩曹真真
        氮肥與合成氣 2022年7期
        關(guān)鍵詞:工藝質(zhì)量

        孟 雪,張蒙恩,曹真真

        (河南心連心化學(xué)工業(yè)集團股份有限公司, 河南新鄉(xiāng) 453731)

        氣化磨煤系統(tǒng)需消耗難處理的有機廢水,因此原料煤在磨機內(nèi)研磨的過程中,會產(chǎn)生有機廢氣及氨,影響現(xiàn)場人員的操作安全,并引發(fā)環(huán)保問題。因此,如何高效、安全處理煤漿制備系統(tǒng)產(chǎn)生的廢氣,已成為行業(yè)內(nèi)亟待解決的問題。

        針對不同的廢氣組分,可采用吸收法、吸附法、冷凝法、燃燒法等不同廢氣治理措施[1]。吸附法中,吸附材料因具有一定的吸附飽和度,需定期進行更換和固廢處理。冷凝法及燃燒法適用于處理高濃度廢氣。針對組分復(fù)雜且濃度相對不高的廢氣,可以利用不同組分在溶劑中溶解度不同的特性,采用吸收法[2]。

        目前,計算機模擬計算在化工工藝開發(fā)方面得到廣泛應(yīng)用。現(xiàn)利用Aspen plus軟件對吸收裝置進行模擬計算,得到詳細的技術(shù)參數(shù)[3]。

        1 模擬工況及模型建立

        1.1 模擬工況

        以某氣化車間磨煤現(xiàn)場工況為模擬依據(jù),磨煤系統(tǒng)處理甲醇洗廢水、低溫變換廢液以及糠醇廢水后產(chǎn)生的廢氣,其成分主要為H2S、CH3OH、NH3等。廢氣成分參數(shù)見表1。

        表1 磨煤抽引風(fēng)機廢氣組分表 %

        1.2 基本假設(shè)

        為了簡化工藝模擬過程,假設(shè)不考慮廢氣中攜帶的微量粉塵對系統(tǒng)的影響,以及廢氣成分和含量無較大波動。

        1.3 模型建立

        廢氣由塔底進入吸收塔內(nèi),在塔內(nèi)與吸收劑進行充分接觸,廢氣中的有害組分溶解于吸收劑中,經(jīng)過吸收處理后的廢氣符合排放標準后由塔頂排出;塔底溶液一部分直接回吸收塔內(nèi)循環(huán)使用,另一部分外排后循環(huán)使用。

        現(xiàn)選用Aspen Plus中的Rad Frac模塊進行吸收塔設(shè)計計算。Rad Frac可用于模擬吸收、精餾、汽提、萃取等過程的計算[4],對氣液兩相存在強非理想性物系和理想物系,均能實現(xiàn)良好的模擬結(jié)果。廢氣吸收塔模型見圖1。

        2 模擬計算結(jié)果與分析

        2.1 吸收劑用量對吸收效果的影響

        為了保證系統(tǒng)平衡及吸收效果,工藝水的用量是至關(guān)重要的操作條件。保持其他操作條件不變,設(shè)定工藝補水量為操作變量,分析補水量對系統(tǒng)的影響,結(jié)果見圖2。

        由圖2可知:隨著吸收劑用量的增加,增加工藝水補水流量,吸收塔出口甲醇及氨的質(zhì)量流量均呈現(xiàn)降低趨勢。隨著工藝水補水質(zhì)量流量增加至5 400 kg/h時,吸收塔塔頂排氣中甲醇質(zhì)量流量趨于平穩(wěn),不再明顯下降;而氣相出口氨質(zhì)量流量隨著工藝水流量增加仍呈現(xiàn)較快下降趨勢。當工藝水流量增加至7 560 kg/h時,塔頂氣相出口氨質(zhì)量流量已經(jīng)低于0.51×10-3kg/h,達到吸收要求。此時,繼續(xù)增加工藝水流量反而增加系統(tǒng)的能耗,降低系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。因此,在滿足系統(tǒng)吸收效率的情況下應(yīng)選擇合適的補水量。在本工況中,工藝水的質(zhì)量流量保持在7 560 kg/h時,系統(tǒng)可滿足吸收效率。

        GAS—進入吸收塔的磨煤廢氣;H2O—為洗滌所用工藝水;OUT—吸收塔塔釜液;REC—吸收塔塔釜循環(huán)液;OUT1—吸收塔塔頂排氣;OUT2—吸收塔塔釜外排液。

        圖2 吸收塔頂氣相組分含量與工藝水質(zhì)量流量的關(guān)系

        2.2 補水溫度對吸收效果的影響

        為了保證吸收效果,需要不斷向系統(tǒng)中補充工藝水。保持其他工藝條件不變,設(shè)定工藝補水溫度為操作變量,分析補水溫度對系統(tǒng)的影響,結(jié)果見圖3。

        由圖3可知:在保持同樣工藝水補水量的情況下,隨著工藝水補水溫度的上升,吸收塔出口氣相中甲醇及氨的質(zhì)量流量均呈現(xiàn)上升趨勢,即低溫利于吸收。進一步觀察,補水溫度由15 ℃上升至40 ℃時,塔頂氣相中氨質(zhì)量流量由0.46×10-3kg/h上升至0.59×10-3kg/h,甲醇質(zhì)量流量由3.54×10-7kg/h上升至5.27×10-7kg/h,對吸收效果影響不大。因此在實際工況中,考慮到工藝的經(jīng)濟性,采用常溫補水方式即可。

        圖3 吸收塔頂氣相組分含量與工藝水溫度的關(guān)系

        2.3 塔釜循環(huán)量對吸收效果的影響

        因尾氣中甲醇及氨的質(zhì)量流量較低,導(dǎo)致吸收后吸收劑內(nèi)含有的甲醇及氨質(zhì)量流量也相對較低。考慮對吸收液進行部分循環(huán),分析其循環(huán)量對吸收效果的影響,結(jié)果見圖4。

        圖4 吸收塔頂氣相組分含量與吸收液循環(huán)比的關(guān)系

        由圖4可知:吸收液進行循環(huán)時,塔頂氣相出口中的甲醇及氨質(zhì)量流量均呈現(xiàn)上升趨勢;當循環(huán)比上升至0.2后,塔頂氣相出口氨質(zhì)量流量升至0.65×10-3kg/h;當循環(huán)比上升至0.4后,塔頂排氣中的甲醇及氨質(zhì)量流量上升幅度減緩。因此在本工況中,保持吸收液循環(huán)比在0.2左右,可保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

        3 結(jié)語

        針對廢氣工況,應(yīng)保持吸收塔在運行過程中工藝水補水質(zhì)量流量為7 560 kg/h、工藝補水為常溫、塔釜循環(huán)比為0.2條件下運行。

        環(huán)保成為決定化工行業(yè)發(fā)展的限制因素,對磨煤廢氣進行處理,不僅可以消除現(xiàn)場異味,大幅降低環(huán)境中危險物質(zhì)的濃度,為現(xiàn)場工人提供安全、可靠的工作環(huán)境,而且也為企業(yè)打造“綠色工廠”增磚添瓦。

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