基于Aspen Plus的磨煤廢氣吸收塔設計

孟 雪，張蒙恩，曹真真

(河南心連心化學工業集團股份有限公司， 河南新鄉 453731)

氣化磨煤系統需消耗難處理的有機廢水，因此原料煤在磨機內研磨的過程中，會產生有機廢氣及氨，影響現場人員的操作安全，并引發環保問題。因此，如何高效、安全處理煤漿制備系統產生的廢氣，已成為行業內亟待解決的問題。

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方面得到廣泛應用?，F利用Aspen plus軟件對吸收裝置進行模擬計算，得到詳細的技術參數[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場工況為模擬依據，磨煤系統處理甲醇洗廢水、低溫變換廢液以及糠醇廢水后產生的廢氣，其成分主要為H2S、CH3OH、NH3等。廢氣成分參數見表1。

表1 磨煤抽引風機廢氣組分表 %

1.2 基本假設

為了簡化工藝模擬過程，假設不考慮廢氣中攜帶的微量粉塵對系統的影響，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，在塔內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循環使用，另一部分外排后循環使用。

現選用Aspen Plus中的Rad Frac模塊進行吸收塔設計計算。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，均能實現良好的模擬結果。廢氣吸收塔模型見圖1。

2 模擬計算結果與分析

2.1 吸收劑用量對吸收效果的影響

為了保證系統平衡及吸收效果，工藝水的用量是至關重要的操作條件。保持其他操作條件不變，設定工藝補水量為操作變量，分析補水量對系統的影響，結果見圖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量流量均呈現降低趨勢。隨著工藝水補水質量流量增加至5 400 kg/h時，吸收塔塔頂排氣中甲醇質量流量趨于平穩，不再明顯下降；而氣相出口氨質量流量隨著工藝水流量增加仍呈現較快下降趨勢。當工藝水流量增加至7 560 kg/h時，塔頂氣相出口氨質量流量已經低于0.51×10-3kg/h，達到吸收要求。此時，繼續增加工藝水流量反而增加系統的能耗，降低系統的經濟效益。因此，在滿足系統吸收效率的情況下應選擇合適的補水量。在本工況中，工藝水的質量流量保持在7 560 kg/h時，系統可滿足吸收效率。

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量流量的關系

2.2 補水溫度對吸收效果的影響

為了保證吸收效果，需要不斷向系統中補充工藝水。保持其他工藝條件不變，設定工藝補水溫度為操作變量，分析補水溫度對系統的影響，結果見圖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量流量均呈現上升趨勢，即低溫利于吸收。進一步觀察，補水溫度由15 ℃上升至40 ℃時，塔頂氣相中氨質量流量由0.46×10-3kg/h上升至0.59×10-3kg/h，甲醇質量流量由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系

2.3 塔釜循環量對吸收效果的影響

因尾氣中甲醇及氨的質量流量較低，導致吸收后吸收劑內含有的甲醇及氨質量流量也相對較低?？紤]對吸收液進行部分循環，分析其循環量對吸收效果的影響，結果見圖4。

圖4 吸收塔頂氣相組分含量與吸收液循環比的關系

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

3 結語

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

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