0前言
胺液简称MDEA,即N-甲基二乙醇胺(N-Methyldiethanolamine),分子式:C H3-N(CH2CH2OH)2。富胺液是指吸收了H2S的胺液。
胺液再生是将吸收了H2S、CO2的胺液在再生塔内用重沸器加热,受热后的胺盐解吸出酸性气、CO2。
Rad Frac模块是Aspen Plus软件中一个用于模拟多级气-液精馏操作的模型,既可用于设计,也可用于核算,是最常用的一个模型[1]。
本文利用Rad Frac模块对胺液再生塔进行模拟,目标是通过调整相关参数使得贫胺液中H2S指标分别在1.09g/L和4.17g/L工况下的理论能耗。
再根据山东某地炼260t/h胺液再生装置(贫胺液H2S指标为1.09g/L)和安庆石化220t/h溶剂再生装置(贫胺液H2S指标为1.09g/L)的综合能耗,将理论能耗的能耗比和综合能耗的能耗比进行对比分析。为我们的装置生产节能降耗找到参考数据。
1 模拟模型的建立
1.1 建立模型
本文流程见图1:富胺液换热至95℃后进入再生塔,塔顶气体出料冷却至50℃后由气液分液罐分成酸性气和塔顶回流液。酸性气出装置,塔顶回流液由泵打入再生塔顶,塔底即获得贫胺液,贫胺液经配置后重复使用。
1.2 物性方法的选择
物性方法的选择是决定模拟过程的精确度和准确性的关键步骤。用户在进行选择时可以根据物系特点和操作温度、压力进行选择,本文中N-甲基二乙醇胺(MDEA)、H2S等主要物质均为电解质,因此物性方法选择ENRTL(常见化工系统推荐使用的物性方法详见Aspen plus帮助系统)。
1.3 进料物流工况
全局信息、组分信息、进料条件等见表1、表2,这里不赘述。表1、表2为进料物流工况1详情、工况2详情,其中富胺液H2S含量为19.21g/L。
1.4 输入模块参数及设计规定
1.4.1 主要操作条件
胺液再生是一个成熟的工艺过程[2],根据以往项目及相关文献[3,4]、经验:
1.4.2 设计规定
由精馏原理可知,本文中要使塔底贫胺液中H2S达到指标要求,可通过调节塔底再沸器热负荷,增大回流量来实现。在Aspen Plus中可使用Design Specs/Vary功能。指定目标函数(Design Specs)为塔底物流W中H2S质量与W体积流量的比值不大于1,单位为kg/m3,即g/L。指定变量(Vary)为再沸器热负荷,并规定变化区间。
1.4.3 数据包获得
再生塔中存在化学反应,需提供相关平衡常数及动力学参数,本次模拟通过导入Aspen Plus软件自带的数据包KEMDEA获得各数据。
2理论运行结果
(1)工况1运行结果可知解吸的H2S几乎全部以酸性气形式送出装置,塔底贫胺液中H2S含量为1.09g/L,满足指标要求,此时再沸器热负荷约为19000kW。
(2)工况3运行结果可知解吸的H2S几乎全部以酸性气形式送出装置,塔底贫胺液中H2S含量为4.17g/L,满足指标要求,此时再沸器热负荷约为9398kW。
(3)理论能耗
①工况1的计算处理能力为259600kg/h,贫胺液指标为1.09g/L,再沸器热负荷约为19000kW。
取标定时间为1h,得到每1kg贫胺液,再生塔的理论负荷为:
19000kW/259600kg=73.19W/kg
②工况2的计算处理能力为220000kg/h,贫胺液指标为4.17g/L,再沸器热负荷约为9389kW。
取标定时间为1h,得到每1kg贫胺液,再生塔的理论负荷为:
9389kW/220000kg=42.68W/kg
(3)理论能耗对比
两种工况下,每1kg贫胺液再生所需要的理论能耗比为:
因标定时间为1小时,故再生塔的理论负荷比等于理论能耗比。
3 实际计算结果
3.1 胺液再生装置流程示意图(见图2)
3.2 实际综合能耗[5]
(1)工况1,山东某地炼260t/h胺液再生装置(贫胺液中H2S指标为1.09g/L)装置综合能耗见表3。
由表3可知,260t/h胺液再生装置(贫胺液中H2S指标为1.09g/L)能耗为77020.64×104MJ/a。
取标定时间为1h,得到每1kg贫胺液,胺液再生装置平均综合能耗为
(2)工况2,安庆石化220t/h溶剂再生装置(贫胺液中H2S指标为,4.17g/L),见表4。
由表4可知,260t/h胺液再生装置(贫胺液中H2S指标为4.17g/L)能耗为35395.15×104MJ/a。
取标定时间为1h,得到每1kg贫胺液,胺液再生装置平均综合能耗为:
注:装置年开工时间为8000h。
3.2 实际综合能耗对比
在贫胺液指标为1.09g/L和4.17g/L的工况下,每1kg贫胺液再生所需要的实际综合能耗对比:
4 结论
4.1 两种工况能耗对比表
由上述2.3.3条和3.2条计算得出,260t/h胺液再生装置和220t/h胺液再生装置在贫胺液指标分别为1.09g/L和4.17g/L的工况下,每1kg贫胺液再生所需要的理论能耗比为1.71。
相同工况下,每1kg贫胺液再生所需要的实际综合能耗对比为1.84。
4.2 指导意义
由上表可见,贫胺液中H2S指标对胺液再生装置的能耗影响很大。
石油化工各生产装置脱硫系统对贫胺液中H2S指标要求各不相同,如硫磺回收装置通常要求贫胺液中H2S指标为1g/L。加氢装置仅仅是为了降低循环氢中H2S的浓度。其他装置中干气的H2S指标一般为小于20ppmm即可,因此贫胺液中H2S指标5g/L就能满足生产要求。
从企业运行成本的角度考虑,硫磺回收装置可独立设置一套小规模的胺液再生装置,其贫胺液H2S指标为1g/L,其他装置共用一套贫胺液H2S指标为5g/L的胺液再生装置,这样能很好的降低能耗,降低生产成本。
摘要：胺液再生装置广泛应用于石油化工行业,其主要原理是将富胺液经过闪蒸、换热后进入再生塔,在再生塔内H2S的胺液受热解吸出酸性气,胺液得到再生。本文先利用Aspen Plus软件中的RadFrac模块对此过程进行模拟,以再沸器热负荷为变量(Vary),通过设计规定(Design Specs)规定塔底产品贫胺液中H2S中的含量不大于1.09g/L和4.17g/L,运行得到再生的理论能耗,将两组工况进行能耗对比。再结合两组工况下相近规模的胺液再生装置的实际综合能耗,得出实际综合能耗的对比,以此为装置生产节能降耗提供数据参考。
关键词：RadFrac模块,胺液再生,模拟,综合能耗
参考文献
[1] 孙兰义.化工流程模拟实训—Aspen Plus教程[M].北京:化学工业出版社,2012.
[2] 沈春红,夏道宏.国内外脱硫技术进展[J].石化技术,1999,01:46-49+55.
[3] 党玉坤.溶剂再生系统的流程模拟与优化[J].能源化工,2015,06:48-51.
[4] 汪优华,孙学锋.溶剂再生装置的流程模拟与优化[J].中外能源.2011(09).
[5] GB/T 50441-2007.石油化工设计能耗计算标准[S].