低温甲醇洗尾气洗涤塔冷量回收可行性分析
王荣陈，余汪炎，孙玉亮
［新能凤凰（滕州）能源有限公司，山东 滕州277527］
［摘 要］结合实际生产工况，探讨甲醇装置低温甲醇洗系统尾气洗涤塔冷量回收利用的方法，采用Aspen Plus软件进行模拟计算，确定了相关设备的规格。模拟计算结果表明，本回收方案具备可行性，对CO2尾气携带的冷量进行回收用于空分装置冷水机组，可实现较好的节电效益。
［关键词］ 低温甲醇洗系统；尾气洗涤塔；冷量回收；可行性分析；Aspen Plus；模拟计算
［中图分类号］ TQ 223.12+1 ［文献标志码］ A ［文章编号］ 1004-9932（2016）06-0056-02
新能凤凰（滕州）能源有限公司是一家以煤为原料，采用多喷嘴对置式水煤浆加压气化装置制取水煤气合成甲醇的化工企业，产能为2×360 kt/a。净化工序采用的是低温甲醇洗工艺，尾气排放量约为80 000 m3/h。尾气进入洗涤塔前的温度约22 ℃，主要成分为CO2，残留甲醇含量为 0.02%左右，经尾气洗涤塔吸收甲醇后，尾气温度降至12 ℃，部分喷淋水蒸发被尾气带走的同时带走了大量热量，使得塔底洗涤水温度明显下降，但目前尚未达到温降极限，大量的冷量随放空尾气白白浪费了。为此，设想通过加大洗涤水的流量使尾气带走更多水蒸气，并利用喷淋水的蒸发潜热使塔底洗涤水的温度进一步降低，然后将其作为冷介质与循环水换热，提供冷量供其他操作单元利用。
1 装置运行情况
低温甲醇洗系统尾气洗涤塔工况是依据设计院提供的工艺包确定的，8 m3/h、28 ℃的脱盐水自洗涤塔塔顶喷淋，洗涤80 000 m3/h、22 ℃主要含CO2的尾气，以除去尾气中残留的甲醇。
尾气洗涤塔工况如下：入塔气体的组成为CO2 88%、N2 11.98%、CH3OH 0.02%及少量水蒸气，温度为22.7 ℃，压力为0.02 MPa，流量为4 000 kmol/h，密度为2.09 kg/m3；脱盐水温度为30 ℃，压力为0.70 MPa，密度为980 kg/m3，流量为8 m3/h。
尾气洗涤塔规格：塔径4.8 m，塔高20 m，塔板数16块，板间距45 mm。
尾气进入洗涤塔经洗涤后，现场测得出洗涤塔尾气温度为12 ℃，塔底洗涤水温度为11 ℃，此工况虽然已经满足洗涤尾气中残留甲醇的目的，却未考虑冷量的充分回收。因此，有必要探讨在满足提高尾气温度并保证尾气中残留甲醇不超标的前提下，通过增大喷淋量增加塔内传热负荷，以获取更多的冷洗涤水作为冷介质，实现冷量回收的可能性。
2 冷量回收流程模拟
2.1 模型设计
冷量回收流程模型设计：在现有流程的基础上增加一股回流管线（见图1），依靠回流泵使洗涤水返回洗涤塔顶部，同时，回流洗涤水入塔前与循环水进行换热，从而达到冷量回收的目的。拟定通过冷量回收流程使120 m3/h的循环水由30 ℃降至20 ℃，衡量冷量回收的价值。
图1带回流管线的尾气洗涤塔模型
2.2 模拟计算
采用Aspen Plus软件进行模拟计算，据循环水所需的冷量，设定循环水换热器换热条件为：循环上水流量120 m3/h 、温度30 ℃、压力0.4 MPa；循环回水流量120 m3/h 、温度20 ℃、压力0.39 MPa。
循环水换热器采用HeatX换热器模型，选用PENG-ROB物性方法；洗涤塔选用填料塔模型RadFrac中的ABSBR1，物性方法选择NRTL。按上述换热条件建立模拟流程，如图2。
2.3 模拟计算结果
带回流管线的尾气洗涤塔模型模拟过程设定脱盐水及CO2尾气流量同原装置设计数据，洗涤水回流量设定为180 m3/h，洗涤塔模型主要物料工艺参数及洗涤塔、换热器主要计算数据分别见表1、表2、表3。
更多内容详见《中氮肥》2016年第6期