硫磺回收工艺的模拟与优化

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石油、石化工业,天然气工业和煤工业的硫磺回收是我国硫磺生产的主要来源。原油经加氢处理,脱除的硫以H2S的形式存在,天然气中,H2S也是主要的杂质,以煤为原料的合成氨、炼焦、以及煤制合成天然气等工艺都涉及到H2S的回收处理问题。且H2S对下游装置运行、环境保护、设备腐蚀和产品质量都有不利的影响,因此必须对H2S进行脱除。常用的气体脱硫方法是醇胺法,该法以醇胺溶液作为吸收剂,通过化学吸收脱除原料气中的H2S。溶剂再生得到含较高浓度H2S的酸性气,如果直接排到大气中不仅污染环境,也浪费了其中的硫资源。工业上,采用克劳斯法回收H2S中的硫,克劳斯法回收的硫磺质量高于其他途径生产的硫磺。对醇胺法脱硫和硫磺回收工艺过程的模拟对其工艺的开发、设计、生产操作的控制和节能优化、技术改造有着重要的意义。本文使用流程模拟软件PRO/Ⅱ的AMSIM模块,对以MDEA为吸收剂的脱硫工艺过程进行了模拟,考察了过程的主要操作参数对分离过程的影响,并在保证H2S回收率的条件下,能耗最低为优化目标,优化了工艺过程参数。克劳斯工艺中既有复杂的燃烧反应又有硫单质各种形式的转化。利用流程模拟软件Aspen Plus对该过程的模拟存在燃烧炉出口烟气组成偏离实际值和无法计算硫磺回收率的问题。本文利用Fortran语言开发了克劳斯燃烧炉和硫冷凝器单元模型。对于克劳斯燃烧炉模型,采用最小自由能法计算炉内反应产物的平衡组成,并结合动力学关联式修正了COS、CS2、CO、H2组分的摩尔分数;对于硫冷凝器,采用硫蒸气组成图计算冷凝器出口过程气中的硫组成。将建立的燃烧炉和硫冷凝器单元模型作为Aspen Plus软件的用户模型,编译链接到Aspen Plus中以供使用。分别使用Aspen Plus用户模型和Aspen Plus内置模型对非常规分流法的克劳斯工艺过程进行模拟。计算结果表明:通过对克劳斯燃烧炉中副产物的修正,用户模型的计算温度更接近实际温度,并且在Aspen Plus中可以计算硫回收率。此法属于软件的二次开发,即充分利用了Aspen Plus软件的应用广泛,界面友好,提供丰富的组分库,以及建立的模型可以自动检测物料守恒,容易和其它工段集成等诸多优点,又扩展了Aspen Plus的应用。
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