利用Aspen Plus模擬液氮洗深冷工藝

蘇珊珊 王喬毅（. 中石油華東設(shè)計(jì)院有限公司，山東 青島66000；. 山東三維石化工程股份有限公司，山東 青島66000）

0 引言

Aspen Plus 是大型通用流程模擬系統(tǒng)，源于美國能源部七十年代后期在麻省理工學(xué)院（MIT）組織的會(huì)戰(zhàn)，開發(fā)新型第三代流程模擬軟件。該項(xiàng)目稱為“過程工程的先進(jìn)系統(tǒng)”（Advanced System for Process Engineering，簡稱ASPEN），并于1981年底完成。1982 年為了將其商品化，成立了AspenTech 公司，并稱之為Aspen Plus。該軟件經(jīng)過20多年來不斷地改進(jìn)、擴(kuò)充和提高，已先后推出了10多個(gè)版本，成為舉世公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)大型流程模擬軟件，應(yīng)用案例數(shù)以百萬計(jì)。合成氨工廠為防止氨合成裝置中毒，需運(yùn)用低溫液氮洗裝置將合成氣脫除CO。因此，液氮洗工藝在煤化工領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

1 液氮洗工藝流程

液氮洗工藝主要分為兩部分，一部分是分子篩脫附過程，另一部分是冷箱內(nèi)的液氮洗滌過程。通過分子篩脫除CO2以達(dá)到脫防止冷箱凍堵的目的。借助Aspen Plus可以完成冷箱的工藝流程。

圖1為典型的的液氮洗工藝流程，進(jìn)入冷箱內(nèi)的合成氣經(jīng)過降溫至-189℃后進(jìn)入液氮洗滌塔，脫除CO 后的合成氣再經(jīng)過換熱器組復(fù)熱并配氮?dú)夂筮M(jìn)入氨合成裝置。某項(xiàng)目進(jìn)料組成見表1。

2 模擬計(jì)算

低溫液氮洗所處理的氣體組分主要包括H2、N2、CO、AR、CH4等非極性分子，確定選取修正的PR 方程【1】進(jìn)行液氮洗工藝過程模擬計(jì)算。通過比對(duì)文獻(xiàn)【2】中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，修正PR方程相關(guān)物性，確認(rèn)該物性方法對(duì)液氮洗各組分的物性計(jì)算有較好的吻合度。通過Aspen中相應(yīng)的單元模塊組織建立模擬流程如圖1，模擬結(jié)果見表2.

從表2可以看出，模擬結(jié)果與設(shè)計(jì)值較為一致。由于氫氣與氮?dú)獾南嗥胶鈹?shù)據(jù)存在少量偏差，使得循環(huán)氫氣的模擬量比設(shè)計(jì)值稍小。

3 結(jié)語

文章在設(shè)計(jì)工況各操作單元模擬準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上，各操作設(shè)備逐步聯(lián)立，建立了全流程工藝模型，計(jì)算結(jié)果顯示模擬值與設(shè)計(jì)值符合良好，認(rèn)為該模型建立準(zhǔn)確，可以用來對(duì)液氮洗工藝的研究。

表1 液氮洗裝置100%工況進(jìn)氣組成

表2 Aspen Plus模擬結(jié)果與設(shè)計(jì)值對(duì)比

圖1 液氮洗模擬流程圖