導(dǎo)語：汽提氣回收甲醇工藝設(shè)計(jì)研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:利用某工藝流程模擬軟件模擬4600Nm3/h的汽提氣回收甲醇的最佳工藝條件，考察了蒸汽用量、塔頂溫度、二級冷凝器出口溫度對回收甲醇濃度和甲醇回收率的影響，確認(rèn)最佳工藝條件為蒸汽用量1400kg/h，塔頂冷凝器出口70℃，二級冷凝器出口溫度45℃。結(jié)合工廠的實(shí)際情況，分析了汽提氣回收甲醇的特點(diǎn)，考慮到提升回收甲醇的品質(zhì)，我們開發(fā)了全新的高純度甲醇回收工藝。

關(guān)鍵詞:甲醇;流程模擬;優(yōu)化;高純度;最佳條件

硫酸鹽漿廠由于在生產(chǎn)中使用大量的化學(xué)藥劑(硫酸鹽)，生產(chǎn)中也了大量的含硫廢氣［1］。例如堿回收工段的黑液蒸發(fā)車間，產(chǎn)生了臭味極濃的高濃臭氣(主要成為含硫氣體)和汽提氣(主要成分為水蒸氣、甲醇及少量TRS物質(zhì))，簡稱SOG?，F(xiàn)有的技術(shù)承包商將SOG氣體中的甲醇提取出來單獨(dú)作為燃料，甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以達(dá)到80%以上，以替代堿回收爐或石灰窯的常規(guī)性化石燃料(柴油、重油、天然氣)，更加有效的同時(shí)解決節(jié)能和減排問題。

1SOG的性質(zhì)

漿紙廠的原料為木片、竹片或棉花等，這些原料在蒸煮的過程中，蒸煮液中的HS－和OH－與植物纖維原料中的木素大分子反應(yīng)，木素結(jié)構(gòu)上甲氧基部分降解形成了甲醇［2］。原料中的半纖維素、纖維素及果膠等也會降解形成甲醇，不同木種的產(chǎn)量亦有不同，最后這些甲醇后進(jìn)入蒸煮形成的黑液，最終富集在蒸發(fā)工段的污水中，污水汽提后塔頂出來介質(zhì)即為汽提氣(SOG)。汽提氣(SOG)主要成分為水蒸氣、甲醇(≥35%)、硫化氫、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫醚等，還包含150多種不同的有機(jī)“雜質(zhì)”，包括各種脂肪族醇和酮，萜烯以及硫和氮化合物。通常溫度為90～110℃，壓力為5～25kPa(g)，pH值在8～9，性質(zhì)可燃、有毒、腐蝕性很強(qiáng)，有較大的臭雞蛋味道。該股氣流中甲醇含量較高，甲醇熱值為4650kcal/kg，是極好的化學(xué)燃料［3－5］。

2SOG提取甲醇的原理及工藝

2．1分離的原理

精餾就是利用液體混合物在一定壓力下各組分揮發(fā)度不同的性質(zhì)，在塔內(nèi)經(jīng)過多次部分汽化與多次部分冷凝，使各組分得以完全分離的過程。將氣體混合物經(jīng)多次部分冷凝，在氣相中得到高純度的易揮發(fā)組分;將液體混合物經(jīng)多次部分汽化，在液相中得到高純度的難揮發(fā)組分。精餾通常在精餾塔中進(jìn)行，氣液兩相通過逆流接觸，進(jìn)行相際傳熱傳質(zhì)。液相中的易揮發(fā)組分進(jìn)入氣相，氣相中的難揮發(fā)組分轉(zhuǎn)入液相，于是在塔頂可得到幾乎純的易揮發(fā)組分，塔底可得到幾乎純的難揮發(fā)組分。料液從塔的中部加入，進(jìn)料口以上的塔段，把上升蒸氣中易揮發(fā)組分進(jìn)一步增濃，稱為精餾段;進(jìn)料口以下的塔段，從下降液體中提取易揮發(fā)組分，稱為提餾段。從塔頂引出的蒸氣經(jīng)冷凝，一部分凝液作為回流液從塔頂返回精餾塔，其余餾出液即為塔頂產(chǎn)品。塔底引出的液體經(jīng)再沸器部分氣化，蒸氣沿塔上升，余下的液體作為塔底產(chǎn)品。塔頂回流入塔的液體量與塔頂產(chǎn)品量之比稱為回流比，其大小會影響精餾操作的分離效果和能耗。

2．2工藝流程模擬簡述

SOG提取80%甲醇采用汽提工藝，95℃的SOG從汽提塔的中上部進(jìn)入汽提塔，0．4MPa(g)蒸汽從汽提塔底部進(jìn)入汽提塔(STRIPPER)，兩種介質(zhì)在塔板上逆流接觸，逐級分離。塔底出來的污水COD≤800，塔頂冷凝器出來的介質(zhì)為79℃的氣液兩相的混合物，該介質(zhì)再經(jīng)過二級冷凝器(EX－02)冷卻至45℃，然后氣液分離，氣液分離罐(FLASH)頂部出來的不凝氣為高濃臭氣(CNCG)直接并入現(xiàn)有的高濃臭氣系統(tǒng)，氣液分離罐底部出來的液體為質(zhì)量分?jǐn)?shù)80%的甲醇溶液，采用某流程軟件模擬的界面(以4600Nm3/h汽提氣為例)見圖1。

2．3汽提蒸汽量對回收甲醇濃度的影響及甲醇回收率的影響

針對一股汽提氣，選取不同的蒸汽耗量，進(jìn)行流程模擬，以探索最佳的蒸汽耗量，模擬結(jié)果如表1所示。從表1中可以看出隨著蒸汽耗量的增加，產(chǎn)品甲醇濃度不斷的下降，而甲醇的回收率卻不斷的升高。當(dāng)蒸汽耗量為1100kg/h時(shí)，產(chǎn)品甲醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到了80%，甲醇回收率為99．41%?？梢?，蒸汽耗量1100kg/h是最佳操作條件。

2．4汽提蒸汽溫度對回收甲醇濃度的影響及甲醇回收率的影響

針對一股汽提氣，選取不同的飽和蒸汽溫度，進(jìn)行流程模擬，以探索最佳的飽和蒸汽溫度，模擬結(jié)果如表2所示。從表2中可以看出隨著蒸汽溫度的變化，產(chǎn)品甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)和甲醇的回收率均無明顯變化。可見，汽提蒸汽的溫度對系統(tǒng)影響不大，汽提蒸汽可以選擇的空間比較大，可以結(jié)合工廠的實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

2．5塔頂冷凝器出口溫度對回收甲醇濃度的影響及甲醇回收率的影響

針對一股汽提氣，選取不同的塔頂冷凝器出口溫度，進(jìn)行流程模擬，以探索最佳的塔頂冷凝器出口溫度，模擬結(jié)果如表3所示。從表3中可以看出隨著塔頂冷凝器出口溫度的升高，產(chǎn)品甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)不斷地下降，而甲醇的回收率不斷的升高。當(dāng)塔頂冷凝器出口溫度為70℃時(shí)，產(chǎn)品甲醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到了82%，甲醇回收率為99．58%。可見，塔頂冷凝器出口溫度70℃是最佳操作條件。

2．6二級冷凝器出口溫度對回收甲醇濃度的影響

針對一股汽提氣，選取不同的二級冷凝器出口溫度，進(jìn)行流程模擬，以探索最佳的二級冷凝器出口溫度，模擬結(jié)果如表4所示。從表4中可以看出隨著二級冷凝器出口溫度的升高，產(chǎn)品甲醇濃度不斷地下降。當(dāng)塔頂冷凝器出口溫度為45℃時(shí)，產(chǎn)品甲醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到了80．60%。可見，塔頂冷凝器出口溫度45℃是最佳操作條件。

3高純度甲醇回收工藝

目前，甲醇工藝回收的純度有限，只能當(dāng)做燃料，如何提升甲醇的品質(zhì)，更加高品質(zhì)的利用甲醇是現(xiàn)在需要解決的問題。通過對國內(nèi)漿廠的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，當(dāng)甲醇濃度大于99%，就可以當(dāng)做漿廠二氧化氯車間的原料。通過對蒸發(fā)工段的重污冷凝水中回收的甲醇的研究，我們發(fā)現(xiàn)了回收的甲醇具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

3．1pH值對系統(tǒng)的影響

汽提汽成分復(fù)雜，汽提汽的冷凝液中包括可電離的硫化合物，硫化氫和甲硫醇(MM)。若通過蒸餾除去這些化合物，必須考慮到液相的pH值。例如，在高于約6的pH值下，硫化氫開始離解，而在高于約9的pH值下，這是與甲硫醇發(fā)生的(見圖2)。冷凝的SOG的pH值通常為約8至9的弱堿性。為確保除去可電離的硫化合物，需要加入硫酸調(diào)整系統(tǒng)的pH值。考慮到冷凝液中存在氨，不能將酸簡單地添加到塔的液體進(jìn)料中，因?yàn)樗鼤c氨反應(yīng)生成硫酸銨。硫酸銨極易溶于水(在25℃的溶解度0．7kg/kg水，在100℃的溶解度1kg/kg水)，但完全不溶于甲醇。為了確保不會形成硫酸銨，在工藝流程設(shè)計(jì)的時(shí)候必須在合適的位置加入硫酸，且用量合適。

3．2萜烯的分離

天然存在于木材中的萜烯是在制漿過程中提取的，由于其極高的相對揮發(fā)性，它們會積聚在冷凝水中。那些未在松節(jié)油回收系統(tǒng)中傾析出的物料將進(jìn)入汽提系統(tǒng)，然后進(jìn)入汽提汽。萜烯化合物的混合物也被稱為松節(jié)油或粗硫酸鹽松節(jié)油，或者由于其獨(dú)特的紅色稱為“紅油”。萜烯幾乎完全不溶于甲醇溶液，需要使用紅色的層析器，分層出來的紅油被泵送到松節(jié)油回收系統(tǒng)中。

3．3影響甲醇的精餾分離的其他因素

(1)甲醇和與某些有機(jī)污染物的共沸物;(2)萜類的不溶混性;(3)硫化氫和甲硫醇的離解;(4)氨反應(yīng)生成硫酸銨(結(jié)垢)。根據(jù)這些特征，我們開發(fā)了高純度甲醇(99．8%)回收系統(tǒng)，并對工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。如圖3所示，該工藝流程由兩個(gè)塔構(gòu)成，第一個(gè)塔為初分塔，拔出比甲醇揮發(fā)性更強(qiáng)的雜質(zhì)(如H2、氨氣等)而甲醇、水和其他揮發(fā)性較小的化合物則保留在塔底。第二個(gè)“精分”階段，從塔頂附近回收純化的甲醇，同時(shí)從塔底除去水和其他揮發(fā)性較小的化合物。

4結(jié)論

采用流程模擬的方法對以4600Nm3/h汽提氣回收甲醇進(jìn)行了研究，汽提氣回收甲醇最佳的工藝條件為:蒸汽用量1400kg/h，塔頂冷凝器出口70℃，二級冷凝器出口溫度45℃，汽提蒸汽的溫度壓力對甲醇回收的影響不大，可以根據(jù)工廠實(shí)際情況進(jìn)行選擇。本次模擬的結(jié)果應(yīng)該用于汽提氣回收甲醇項(xiàng)目的工程設(shè)計(jì)。對模擬和實(shí)際運(yùn)行的數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比驗(yàn)證，模擬與實(shí)際運(yùn)行的數(shù)據(jù)有一定偏差，但是各項(xiàng)數(shù)據(jù)非常接近，這樣印證了模擬結(jié)果的合理性?？紤]到提升回收甲醇的品質(zhì)，我們開發(fā)了全新的高純度甲醇回收工藝，正在設(shè)計(jì)之中。

作者：高川 鄭皓元 郭靖 趙靜 單位：武漢凱比思電力設(shè)備有限公司