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煤气化废水酚氨回收装置的节能研究

作　者: 杨富翔
导　师: 盖恒军
学　校: 青岛科技大学
专　业: 化学工程
关键词: 酚氨回收模拟计算节能效果差压式热耦合蒸汽压缩
分类号: X784
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

煤炭作为我国的基础化工原料,对其的清洁转化关系到我国经济和环境的双重利益。煤气化的方法以其独有的特点,广泛被煤化工企业使用。在煤气化的过程中,产生大量的废水,这些废水中含有很多可以再次利用的物质,需要进行回收利用。酚氨回收装置即是对鲁奇煤气化废水中的酚类、氨类、酸性气体类污染物进行回收的。酚氨回收工艺中,主要用汽提工艺对废水中的氨类、酸性气体类物质进行脱除,是酚氨回收装置中能耗最高的环节。本文即是对脱氨、脱酸汽提工艺进行节能的研究。本文首先对原有流程进行了模拟。模拟时,对体系的组成及其热力学特征进行了分析,构建了相应的模拟体系。模拟结果与实际工况数据吻合较好。在准确模拟的基础上,对有关的数据进行了标定。从模拟计算结果可以分析出原工艺流程存在热量利用不充分的缺点,节能效率不高。然后,本文根据该废水体系的特点,引入差压式热耦合技术对脱酸脱氨工艺进行改进。以脱氨塔为高压塔、脱酸塔为低压塔,用脱氨塔塔顶的气体中携带的热量作为脱酸塔塔底热源。应用模拟软件,确定了差压式热耦合脱氨、脱酸精馏汽提工艺的工艺参数。结果显示,采取差压式热耦合技术可以满足处理要求,并且吨水耗蒸汽量减少53kg左右,能耗降低22.3%。最后,本文还尝试了将蒸汽压缩技术应用到原脱氨、脱酸工艺流程中。把脱氨塔塔顶气体压缩升温后,对脱氨塔塔底供热。通过对模拟计算结果的分析,且与前两种流程进行比较,得出蒸汽压缩脱氨、脱酸汽提精馏流程的节能效果好于前两种流程,吨水耗蒸汽减少101kg左右,能耗降低43%。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-11
引言  11-13
第一章绪论  13-33
  1.1 工业背景  13
  1.2 煤气化废水的来源  13-15
    1.2.1 煤化工废水的来源及主要组成  13-14
    1.2.2 煤化工废水的危害  14-15
    1.2.3 国内外处理煤化工废水的主要方法  15
  1.3 酚氨回收装置脱氨脱酸的主要方法  15-18
    1.3.1 双塔加压汽提  15-16
    1.3.2 单塔高压侧线汽提  16-17
    1.3.3 空气氧化法  17-18
  1.4 精馏过程不改变流程的节能技术  18-19
    1.4.1 预热进料  18
    1.4.2 适宜的回流比  18
    1.4.3 适宜的进料位置  18-19
    1.4.4 增加中间换热器  19
  1.5 精馏过程改变流程的节能技术  19-29
    1.5.1 热泵精馏塔  19-24
    1.5.2 热耦精馏塔  24-26
    1.5.3 多效精馏塔  26-27
    1.5.4 内部热集成精馏塔  27-28
    1.5.5 带有中间换热器精馏塔  28-29
  1.6 挥发性弱电解质水溶液理论  29-30
    1.6.1 煤化工废水的体系  29
    1.6.2 挥发性弱电解质溶液模型  29-30
  1.7 Aspen Plus软件概述  30-31
    1.7.1 简介  30-31
    1.7.2 基础物性数据库  31
    1.7.3 Aspen Plus软件的特点及其应用  31
  1.8 论文选题的意义与主要研究内容  31-33
    1.8.1 论文选题背景  31-32
    1.8.2 论文主要研究内容  32-33
第二章工艺过程的数学模型  33-43
  2.1 汽提塔的数学模型  33-37
  2.2 挥发性弱电解质的热力学方程  37-40
    2.2.1 汽液平衡  37-38
    2.2.2 化学平衡  38-39
    2.2.3 质量平衡  39
    2.2.4 电荷平衡  39
    2.2.5 泡点计算  39
    2.2.6 物系逸度系数的计算  39-40
  2.3 Aspen Plus模拟软件的模拟  40-43
    2.3.1 Aspen Plus适用的电解质模型  41
    2.3.2 Aspen Plus模拟时的具体步骤  41-43
第三章原酚氨回收装置脱氨脱酸汽提工艺的模拟与问题分析  43-61
  3.1 原有酚氨回收脱氨脱酸工艺流程简介  43-44
  3.2 Aspen plus中的分析方法  44-45
    3.2.1 灵敏度分析法  44
    3.2.2 设计变量  44
    3.2.3 Aspen plus模拟软件中模块的优化  44-45
  3.3 Aspen模拟软件模块的选定  45-46
    3.3.1 RadFrac模块  45
    3.3.2 Flash2模块  45
    3.3.3 Heater模型  45
    3.3.4 HeaterX模型  45
    3.3.5 Pump模块  45-46
    3.3.6 Compr模块  46
  3.4 物性方法的选择  46-47
  3.5 热进料温度的选取  47
  3.6 组分的选择  47-48
  3.7 初始数据选取  48-55
    3.7.1 脱酸塔塔板数的选取  48-49
    3.7.2 脱酸塔冷热进料比的选取  49
    3.7.3 脱酸塔热进料位置的选取  49-50
    3.7.4 脱酸塔塔顶采出量的选取  50-51
    3.7.5 脱酸塔塔顶压力的选取  51-52
    3.7.6 脱氨塔理论塔板数的选取  52-53
    3.7.7 脱氨塔进料位置的选取  53
    3.7.8 脱氨塔塔顶压力的选取  53-54
    3.7.9 脱氨塔塔顶采出量的选择  54-55
  3.8 原酚氨回收脱氨脱酸汽提工艺的模拟  55-59
  3.9 原脱氨脱酸工艺模拟结果的分析  59-60
  3.10 本章小结  60-61
第四章差压式热耦合脱氨脱酸汽提塔的模拟研究  61-69
  4.1 差压式热耦合精馏塔与常规精馏塔的比较  61
  4.2 差压式热耦合脱氨脱酸工艺简介  61-62
  4.3 差压式热耦合脱氨脱酸汽提塔模拟  62-64
  4.4 模拟结果的比较  64-66
  4.5 节能和经济评价  66-68
    4.5.1 换热器的经济衡算  66-67
    4.5.2 差压式热耦合脱氨脱酸汽提与原脱氨脱酸汽提节能与经济性分析  67-68
  4.6 本章小结  68-69
第五章蒸汽压缩脱氨脱酸汽提塔的模拟研究  69-81
  5.1 蒸汽压缩精馏塔特点  69
  5.2 蒸汽压缩精馏塔的特性分析  69
  5.3 蒸汽压缩精馏的压缩过程分析  69-70
  5.4 蒸汽压缩系统的热力学特性  70-71
    5.4.1 压缩机的供热系数  70
    5.4.2 压缩机的理论供热系数  70
    5.4.3 压缩机实际的供热系数  70-71
    5.4.4 压缩机的最小节能系数  71
  5.5 蒸汽压缩机的压缩比  71-72
  5.6 蒸汽压缩精馏工艺的主要设备  72-73
    5.6.1 压缩机  72
    5.6.2 辅助再沸器  72
    5.6.3 节流部件  72-73
  5.7 蒸汽压缩系统的数学模型  73-74
    5.7.1 精馏塔的数学模型建立  73
    5.7.2 蒸汽压缩端数学模型建立  73-74
  5.8 原脱氨脱酸工艺引入蒸汽压缩技术工艺流程简介  74-75
  5.9 蒸汽压缩脱氨脱酸汽提模拟结果  75-77
  5.10 模拟结果比较  77-78
  5.11 三种流程的节能与经济性分析  78-79
  5.12 本章小结  79-81
第六章结论与展望  81-83
参考文献  83-87
致谢  87-88
攻读硕士学位期间发表的论文目录  88-89

煤气化废水酚氨回收装置的节能研究

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