基于ASPEN PLUS的酸水汽提模拟研究

近些年来，环保法规越发严格，随着煤化工行业环保政策“零排放”的要求，对很多工厂在处理高硫原料提出了更高的要求。为了满足环保法规的要求，回收化工资源，合理高效的利用水资源，并且减少污染物排放，酸水处理回用的重要性日益突出。目前，酸水汽提工艺主要有单塔加压侧线抽出汽提、单塔低压汽提、双塔加压汽提和双塔高低压汽提四种工艺流程。

单塔低压汽提工艺，由煤气化而来的合成气，在一氧化碳变换工段产生含酸性气的废水，经过酸水气提装置进行处理，通过对酸水汽提工艺的模拟，并且对比分析不同操作工况下的结果，为酸水汽提工艺的优化提供参考。

1.酸水气提工艺流程及原理

一般情况下，采用单塔低压汽提工艺。此工艺具有流程简单、技术可靠、操作方便、投资和占地面积小、蒸汽用量少、净化水质好的特点。单塔低压汽提工艺是在约为0.1~0.2MPa压力下单塔处理酸性水，硫化氢和氨同时在塔顶被汽提出来。酸性气是二氧化碳、硫化氢和氨的混合气体，送到硫磺回收装置回收硫磺，氨在酸性气反应炉内氧化分解成为氮气。

1.1 酸水汽提的基本原理

虽然单塔低压汽提工艺流程比较简单，但是其反应原理比较复杂，是一个化学平衡、电离平衡和相平衡共存的辅助体系。

1.2 汽提塔模型

汽提塔采用精馏塔模型，在每一个塔板上进行气液分离，从而达到物料高度提纯的模型，精馏塔模型在化工应用上也十分广泛。在精馏塔的每一个塔板上的两相分离过程都与平衡闪蒸模型类似，因此精馏塔的精馏过程可以看做是多级的平衡闪蒸过程，经过逐级的平衡闪蒸过程计算，可以得到精馏塔模型的最终结果。具体等同于闪蒸模型的数量与程度是按照精馏塔的高度以及塔板数来决定。此单元操作的理论模型如图1所示。

图1 酸水气提塔单元模型

1.3 酸水汽提工艺流程

单塔低压汽提工艺流程如图2所示。

图2 酸水气提工艺流程图

酸性水首先进入酸水缓冲罐，其中易挥发气体由罐顶导出进入酸性气管网送至硫回收装置。液相经过低温冷凝液预热器进行预热后进入汽提塔，汽提用低压蒸汽由侧线进入汽提塔，蒸出的酸性气由塔顶逸出，依次经过低温冷凝液预热器和汽提废气冷却器进行冷却，最后进入酸性气分离器。其中酸性气由分离器顶部进入酸性气管网送入硫回收装置，凝液则同汽提塔底部产出凝液一同送至灰水处理装置。

2.流程模拟

2.1 酸水汽提流程

根据酸水汽提工艺流程，在ASPEN PLUS中搭建酸水汽提模拟流程如图3所示。

图3 酸水气提模拟流程图

用闪蒸罐模型Flash2模块来表达酸水缓冲罐与酸性气分离器，用严格精馏模型RadFrac模块表达汽提塔。

2.2 物性方法选择

在ASPEN PLUS中，ELECNRTL是最通用的电解质物性方法，能处理很低的或很高浓度的电解质溶液。该物性方法，采用NRTL电解质模型计算液相参数，如活度系数、焓和吉布斯能；气相参数，如密度、焓、熵和吉布斯能，采用Redlich-Kwong状态方程计算，它适用于从低压到中压（最大压力为10atm）范围且气相非理想程度较低的系统。

2.3 基础数据

模拟采用的基础数据取自于国内某大型石化企业。

3计算结果及分析

3.1 模拟结果

通过对比数据结果可以看出，模拟结果与设计值数据基本吻合，说明该模型的建立能比较好的表达酸水汽提工艺，也可利用此流程对酸水汽提工艺进行进一步研究。同时模拟结果也表明，模型选用的ELECNRTL电解质模型比较符合反应机理。

3.2 模拟结果优化与讨论

由对比结果可以看出，当进料物流不经过低温冷凝液预热器进行预热时，挥发性物质中NH₃的比例有所上升而CO₂的比例有所下降，主要是因为在蒸汽条件不变的情况下，热量传递的总量不变，NH₃更容易挥发出来，所以在酸性气中的比例稍有增高。另一方面，从热量充分利用的角度考虑，使用低温冷凝液预热器进行预热是十分有必要的。

保证其他条件不变，改变进料酸性水中的NH₃含量，最终得到酸性气组成与之前对比可知当进料氨浓度提高时，从塔顶产出气一直到最终送入硫磺回收装置的酸性气中氨含量都有所上升，所以在实际生产中需要严格控制氨浓度。

4.结论

通过对酸水气提工艺的模拟，将模拟结果与设计数据进行对比分析可以得出，采用ASPEN PLUS严格精馏模块RadFrac模块以及ELECNRTL悟性方面可以很好的模拟酸性水汽提塔；合理使用预热器将酸性水物料进行提前预热，有利于汽提出较难分离的物质，并且可以充分利用热量；实际生产过程中，必须严格控制进料酸性水中的氨浓度变化，否则在氨浓度提高时，导致最终产出的酸性气中氨浓度含量过高，以至于对后续的硫磺回收工艺产生较大影响。

撰稿人：解娅男

审稿人：高星