Dc.2004化肥設(shè)計第42卷第6期52Chemical Fertilizer Design2004年12月合成氣脫二氧化碳的技術(shù)進步張振歐,黃潔,張學(xué)(博隆塔器新技術(shù)開發(fā)有限公司,天津300193)摘要:從塔內(nèi)件改造的角度討論脫碳系統(tǒng)的擴產(chǎn)改造,從填料、分布器的選用和再生塔結(jié)構(gòu)等方面分析了獲得最佳改造效果的方法,通過改造實例表明,改造后MDEA法產(chǎn)量提高122%,碳丙法產(chǎn)量提高112%,且凈化氣中OO2達標(biāo)。關(guān)鍵詞:脫碳系統(tǒng);填料;分布器;壁流;噴淋點數(shù)中圖分類號:TQ113.264文獻標(biāo)識碼:B文章編號:1004-8901(2004)06-0052-03Technical Improvement of Carbon Dioxide Removal in Synthetic gasesZHANG Zhen-ou, HUANG Jie, ZHANG XueBolong New Tower Internal Technology Development Company Ltd, Tianjing, 300193, ChinaAbstract: The capacity-expanding reformation in the de-carbon system was discussed from the point of view of reforming the internal of col-urn, the method obtaining the most optimal reformation effect was analyzed from aspects of selection of packing and distributor, and the struc-ture of regenerator etc, it is indicated through the example of reformation, that production capacity with MDEA method after reformation is increased by 122%, and by 112% with the method of propylene carbonate, moreover purified gas coh can reach the standard requirementKey words: de-carbon system; packing; distributor; wall flow; spraying point number我國合成氨廠脫碳技術(shù)一直都在發(fā)展、進洗,一是浪費氨,二是廢氨水無處排放,成為氮步。這種進步表現(xiàn)在2個方面。其一是脫碳方法肥廠又一污染源。有的企業(yè)片面地認(rèn)為規(guī)整填料的進步。從20世紀(jì)60年代的高壓水洗到現(xiàn)在的比表面積大,在銅洗等工序使用得較好,因此盲碳丙法、MDEA法、苯菲爾法、NHD法等,脫碳目地將塔改造成規(guī)整填料塔,結(jié)果效果并不理技術(shù)不斷進步,能耗逐漸降低,脫碳成本也在降想。應(yīng)當(dāng)怎樣考慮這些問題,筆者就此展開討論。低。其二是脫碳設(shè)備的進步,主要是改進脫碳塔1.1流動參數(shù)和再生塔的結(jié)構(gòu),即從開始的純散堆填料,老式規(guī)整填料有其適用范圍,在某一范圍內(nèi)可板管式分布器的填料結(jié)構(gòu)改進成新型填料并使用用,而超出此范圍效率反而降低,不太適用了新式分布器的新式填料塔。改造后塔效率會提高 Kister等在收集整理大量實驗和工業(yè)數(shù)據(jù)后認(rèn)很多。采用不同的脫碳方法,改造后增產(chǎn)的幅度為,規(guī)整填料和散堆填料性能的優(yōu)劣要依據(jù)流動也各不相同,其中MDEA法改造后提高產(chǎn)量參數(shù)ψ的大小而定122%,碳丙法提高112%。筆者擬從脫碳塔內(nèi)件p=(L/G)(e/e )0.3改造這一角度討論脫碳系統(tǒng)的擴產(chǎn)改造。式中:L為液相流量,kg/h;G為氣相流量,kg1脫碳塔填料的選用h;p4為氣相密度,kg/m3;p為液相密度,kgm3;ψ為流動參數(shù)。當(dāng)ψ>0.3~0.5時,規(guī)整填目前我國使用的脫碳塔大多是填料塔。最初料的量和個產(chǎn)效下摩很快,但規(guī)整填料設(shè)計的填料塔是散堆填料塔,塔的生產(chǎn)強度不大很難使凈化氣達標(biāo)。一些企業(yè)通過使用中壓氨洗CNMHG薊縣人,1965年畢業(yè)于使凈化氣達標(biāo),從而使這項技術(shù)很快得到推廣。河北師范學(xué)院,高級工程師,從事新型塔內(nèi)件的研究、設(shè)計及開但筆者認(rèn)為這只是一種權(quán)宜之計。使用中壓氨發(fā)工作。第6期振歐等合成氣脫二氧化碳的技術(shù)進步的效率仍較高。當(dāng)ψ>0.5時規(guī)整填料的性能已由于液相在填料層中呈不規(guī)則運動,都有向塔壁不及散堆填料{2)。實際生產(chǎn)中脫碳塔的流動參流動的趨勢,若不糾正,當(dāng)溶液到達塔壁并形成數(shù)φ>3.0,因此若單純換用規(guī)整填料而不增加壁流沿塔壁流下時,填料效率會大幅度降低。為任何其他措施來改造脫碳塔,這種改造很難成功,此必須確定每段填料的最大高度,當(dāng)超過該高度即使成功了也只能稱之為個案,不能加以推廣。時,要對液相進行再分布,即增加氣液再分布有的企業(yè)在改造脫碳塔時,使用了塑料規(guī)整器。對于類似于脫碳塔這樣的填料塔,使用的規(guī)填料,看起來比表面積比較大,效果應(yīng)當(dāng)很好,整填料最大可到250Y,每段填料最高可取6m。但實際使用效果并不好。據(jù)了解,使用塑料規(guī)整填料改造脫碳系統(tǒng)的工廠,凈化氣中O2都在2選擇新型分布器0.8%左右,達不到改造的目標(biāo)和要求。原因是塔器改造中,分布器是最不容易引起重視①脫碳塔內(nèi)流動參數(shù)φ>0.5,因此規(guī)整填料的而又是最重要的環(huán)節(jié)。分布器關(guān)系到各段填料的效率遠小于散堆填料;②由于塑料材料在介質(zhì)中初始分布,若分布不好,填料頂有部分干區(qū),就的穩(wěn)定性,導(dǎo)致塑料填料對介質(zhì)液相的浸潤性極會降低填料效率,從而使整個塔的傳質(zhì)效率降差,因而有效傳質(zhì)面積低。因此改造脫碳塔應(yīng)低。塔內(nèi)分布器的另一作用,就是保證填料上有盡量避免使用塑料規(guī)整填料。足夠的液體分布點。對于填料塔,特別是規(guī)整填1.2鞍環(huán)板波填料料塔,其分布點的多少是非常重要的。有資料建針對規(guī)整填料氣液通道平直,氣流擾動小的議以填料的比表面積來確定噴淋點數(shù)(見表1)。不足,天津博隆塔器新技術(shù)開發(fā)公司以孔板波紋表1噴淋點數(shù)與填料比表面積的關(guān)系填料和金屬環(huán)矩鞍填料為基礎(chǔ),開發(fā)了一種新型填料比表面積m2,m23125250300450700填料—一鞍環(huán)板波填料,并已申報專利(專利號每個噴淋點所需塔截ZL01278992)。新型填料吸收了板波填料規(guī)面秋a2100100806045~50整和比表面積大的特點,又在板波上形成許多環(huán)每可面積所噴10101516720-22狀凸起,具有金屬環(huán)矩鞍的某些特點。由于板上不沖孔,而是沖出反向波紋環(huán),因此和孔板波紋我公司使用的分布器的開孔要高于表1標(biāo)填料相比,比表面積增大約8%~12%。其優(yōu)點準(zhǔn)。對于250Y的填料,分布器開孔在140點左是傳質(zhì)比表面積大,氣液流路優(yōu)化,氣液槽向擴右使用效果較好。填料中間的槽盤式分布器可采散力大為改善,由于板上沖出反向波環(huán),氣體流用特殊結(jié)構(gòu),以阻止壁流并重新均勻分配氣、液動時擾動加強,從而提高傳質(zhì)效率。相,其效果較好。天津市騰飛化工總廠的∮24001.3“三明治”式裝填料方法mm,1.7MPa脫碳塔(原設(shè)計2.5萬ta)改換新在脫碳系統(tǒng)的改造中,由于規(guī)整填料使用時型分布器后,當(dāng)產(chǎn)量在53萬ta時,其凈化氣受流動參數(shù)的限制,散堆填料使用時因其壁流、中QO2由0.8%降到0.3%-0.4%。由此可以溝流較多,而且比表面積較小,因此這2種填料看出使用新型分布器的重要性。單獨使用時,效率都不高。為此,將其組合起來3再生塔的改造應(yīng)用,即每段填料的上、下部分使用規(guī)整填料,以使氣、液分布均勻,而中間則放置較多的散堆3.1增加真解段填料,以提高脫碳效果并節(jié)約投資。這種方法已老式脫碳系統(tǒng)的設(shè)計,往往只設(shè)1個常解在很多工廠使用,效果都不錯。如山西臨猗化工段,沒有真解段。富液自脫碳塔出來之后,經(jīng)過總廠的φ2400m脫碳塔改造中,由于規(guī)整填料閃蒸一常解一氣提而成為貧液。這樣的設(shè)計在原與散堆填料聯(lián)用,并配以新型分布器,改造后凈始設(shè)計設(shè)定的生產(chǎn)強度下尚能勉強維持,當(dāng)生產(chǎn)化氣中的CO2由改造前的0.9%降到0.4%強度中國煤化工夠。據(jù)一些工05%(冬季可達0.3%~0.4%)。廠介CNMH余QO2可以高1.4裝填高度達1.0gL以,而增那具群段后,貧液中殘余任何填料塔,當(dāng)每段填料裝到一定高度后,OO2可降到0.3g/L,甚至可降到0.1g/L以下?；试O(shè)計2004年第42卷如果脫碳塔、再生塔都按此方案進行改造,原設(shè)計生產(chǎn)能力4.5萬ta,改造后達10萬ta那么凈化氣中CO2含量在壓力2.7MPa時,可(3)碳丙法該法小氮肥廠使用較多,改造達03%以下;在1.7MPa時,可達0.5%以下。后,工作壓力為1.7MPa的系統(tǒng),凈化氣中OO3.2淋降板改為填料結(jié)構(gòu)達0.5%,好的在夏季達0.4%(如天津騰飛化工老式設(shè)計的常解段、真解段內(nèi)部結(jié)構(gòu)都是淋總廠、山西懷仁化肥廠、山東濰坊化肥廠等);工降板式,而改造后的內(nèi)件大多改成填料式。2種作壓力為2.7MPa的系統(tǒng),凈化氣中OO2多在內(nèi)件性能比較見表2。0.3%以下(如安徽宿州信誠化工公司)。改造后表2常解段、真解段內(nèi)件性能比較氣液比也有所提高,改造前后對比見表3。項目操作彈性閃蒸時間閃蒸面積表3改造前后氣液比(平均)淋降板型小低工作壓力改造前改造后填料型33.4-58.61.7MP2. 7 MPa由表2可見,改造后操作彈性增大了;閃蒸面積增大33倍以上;閃蒸時間雖然沒有公式計(4)NHD法我國NHD法脫碳設(shè)計得比較算,但從直觀上講,淋降板式的液體下落為“滴緊湊,一般按國際流行的慣例,只有10%的增下”,而填料型中液體下落為順填料流下,因此量,而經(jīng)我公司改造的脫碳塔可增產(chǎn)25%,甚至可以認(rèn)為,閃蒸時間也將大為增加。由于閃蒸時39%(如天津吉華化工有限公司)。間和閃蒸面積都增大,從而致使解吸效率提高。5應(yīng)注意的問題淋降板式的另1個缺點是孔小,易堵。當(dāng)負(fù)荷增大而液量增大時,或因長期使用造成一部分(1)對脫碳系統(tǒng)危害最大的是硫和沉淀物。淋降孔被堵死時,液體順板沿溢流,閃蒸面積更當(dāng)硫被脫碳液脫除后,產(chǎn)生的單質(zhì)硫或硫化鐵等小,從而使再生效率變壞。改造為填料式的常解雜質(zhì),不能分離,混在脫碳液中將使溶液性質(zhì)變段與真解段使用效果都很好。壞,產(chǎn)生堵塞,造成脫碳效率下降等。南方某廠3.3氣提段改造檢修MDEA法脫碳氣提塔,因塔內(nèi)空氣對流著老式設(shè)計的氣提段,只用1段填料,大約高火而將填料自下而上地?zé)?個大洞。13m,頂部放1個分布器。由于填料層太高,液(2)必須注意脫碳前的脫硫。雖然,脫碳液體在填料內(nèi)下行6m之后容易改變流向,轉(zhuǎn)而流體本身也可以脫硫,但是由于在脫碳液中H1S和向塔壁形成壁流,從而影響氣提效率。我們一般CO2的解吸條件不同,而再生條件大多只適用于將其分為2段,下段頂部再加1個槽盤式氣液再對O2的再生。氣提塔氣提時要向塔內(nèi)鼓入大分布器,以阻斷壁流并均勻分布液體、氣體。氣量空氣,在空氣中O2的作用下,脫碳液中的HS提再生時,將進風(fēng)由吹入改為引出,以降低氣提會大部分轉(zhuǎn)化成單質(zhì)硫,堵塞管道和設(shè)備。塔的壓力,有利于CO2的析出,提高氣提效率。(3)筆者提出以下解決方法:一是開好變脫工段,將進脫碳系統(tǒng)的H2S減到最少(H2S<54脫碳改造實例mg/m3);二是加強脫碳液的過濾。只有這樣,脫(1)苯菲爾脫碳錦西天然氣化工有限責(zé)任碳系統(tǒng)才能做到穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)公司采用42500mm43250mm脫碳塔,工作參考文獻壓力28MPa,改造前產(chǎn)量僅為28.3萬ta,沒[1】黃潔、張學(xué)金屬板波填料氣相通量的計算].化工設(shè)計達到設(shè)計能力,改造后,目前產(chǎn)量為34.2萬ta超過設(shè)計能力14%。改造內(nèi)容是將填料合理搭[z2]黃潔、張學(xué)、郭維光脫碳塔改造的過程分析與實踐[刀.化肥工業(yè),1999,37(3):39配并配以新型高效分布器[3中國煤化工手冊[M.天津:天津大(2)MDEA法脫碳福建永安智勝化工聯(lián)合CNMHG公司,其中600mm/∮1600mm脫碳塔工作壓力[4鬥瞅庇硎丌以走與計算[J].化肥工業(yè)27MPa,進口OO231%,凈化氣中CO20.1%2000,38(1):49~50收稿日期:200407-19