合成气脱二氧化碳的技术进步

Dc.2004化肥设计第42卷第6期52Chemical Fertilizer Design2004年12月合成气脱二氧化碳的技术进步张振欧,黄洁,张学(博隆塔器新技术开发有限公司,天津300193)摘要:从塔内件改造的角度讨论脱碳系统的扩产改造,从填料、分布器的选用和再生塔结构等方面分析了获得最佳改造效果的方法,通过改造实例表明,改造后MDEA法产量提高122%,碳丙法产量提高112%,且净化气中OO2达标。关键词:脱碳系統;填料;分布器;壁流;喷淋点数中图分类号:TQ113.264文献标识码:B文章编号: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我国合成氨厂脱碳技术一直都在发展、进洗,一是浪费氨,二是废氨水无处排放,成为氮步。这种进步表现在2个方面。其一是脱碳方法肥厂又一污染源。有的企业片面地认为规整填料的进步。从20世纪60年代的高压水洗到现在的比表面积大,在铜洗等工序使用得较好,因此盲碳丙法、MDEA法、苯菲尔法、NHD法等,脱碳目地将塔改造成规整填料塔,结果效果并不理技术不断进步,能耗逐渐降低,脱碳成本也在降想。应当怎样考虑这些问题,笔者就此展开讨论。低。其二是脱碳设备的进步,主要是改进脱碳塔1.1流动参数和再生塔的结构,即从开始的纯散堆填料,老式规整填料有其适用范围,在某一范围内可板管式分布器的填料结构改进成新型填料并使用用,而超出此范围效率反而降低,不太适用了新式分布器的新式填料塔。改造后塔效率会提高 Kister等在收集整理大量实验和工业数据后认很多。采用不同的脱碳方法,改造后增产的幅度为,规整填料和散堆填料性能的优劣要依据流动也各不相同,其中MDEA法改造后提高产量参数ψ的大小而定122%,碳丙法提高112%。笔者拟从脱碳塔内件p=(L/G)(e/e )0.3改造这一角度讨论脱碳系统的扩产改造。式中:L为液相流量,kg/h;G为气相流量,kg1脱碳塔填料的选用h;p4为气相密度,kg/m3;p为液相密度,kgm3;ψ为流动参数。当ψ>0.3~0.5时,规整填目前我国使用的脱碳塔大多是填料塔。最初料的量和个产效下摩很快,但规整填料设计的填料塔是散堆填料塔,塔的生产强度不大很难使净化气达标。一些企业通过使用中压氨洗CNMHG蓟县人,1965年毕业于使净化气达标,从而使这项技术很快得到推广。河北师范学院,高级工程师,从事新型塔内件的研究、设计及开但笔者认为这只是一种权宜之计。使用中压氨发工作。第6期振欧等合成气脱二氧化碳的技术进步的效率仍较高。当ψ>0.5时规整填料的性能已由于液相在填料层中呈不规则运动,都有向塔壁不及散堆填料{2)。实际生产中脱碳塔的流动参流动的趋势,若不纠正,当溶液到达塔壁并形成数φ>3.0,因此若单纯换用规整填料而不增加壁流沿塔壁流下时,填料效率会大幅度降低。为任何其他措施来改造脱碳塔,这种改造很难成功,此必须确定每段填料的最大高度,当超过该高度即使成功了也只能称之为个案,不能加以推广。时,要对液相进行再分布,即增加气液再分布有的企业在改造脱碳塔时,使用了塑料规整器。对于类似于脱碳塔这样的填料塔,使用的规填料,看起来比表面积比较大,效果应当很好,整填料最大可到250Y,每段填料最高可取6m。但实际使用效果并不好。据了解,使用塑料规整填料改造脱碳系统的工厂,净化气中O2都在2选择新型分布器0.8%左右,达不到改造的目标和要求。原因是塔器改造中,分布器是最不容易引起重视①脱碳塔内流动参数φ>0.5,因此规整填料的而又是最重要的环节。分布器关系到各段填料的效率远小于散堆填料;②由于塑料材料在介质中初始分布,若分布不好,填料顶有部分干区,就的稳定性,导致塑料填料对介质液相的浸润性极会降低填料效率,从而使整个塔的传质效率降差,因而有效传质面积低。因此改造脱碳塔应低。塔内分布器的另一作用,就是保证填料上有尽量避免使用塑料规整填料。足够的液体分布点。对于填料塔,特别是规整填1.2鞍环板波填料料塔,其分布点的多少是非常重要的。有资料建针对规整填料气液通道平直,气流扰动小的议以填料的比表面积来确定喷淋点数(见表1)。不足,天津博隆塔器新技术开发公司以孔板波纹表1喷淋点数与填料比表面积的关系填料和金属环矩鞍填料为基础,开发了一种新型填料比表面积m2,m23125250300450700填料—一鞍环板波填料,并已申报专利(专利号每个喷淋点所需塔截ZL01278992)。新型填料吸收了板波填料规面秋a2100100806045~50整和比表面积大的特点,又在板波上形成许多环每可面积所喷10101516720-22状凸起,具有金属环矩鞍的某些特点。由于板上不冲孔,而是冲出反向波纹环,因此和孔板波纹我公司使用的分布器的开孔要高于表1标填料相比,比表面积增大约8%~12%。其优点准。对于250Y的填料,分布器开孔在140点左是传质比表面积大,气液流路优化,气液槽向扩右使用效果较好。填料中间的槽盘式分布器可采散力大为改善,由于板上冲出反向波环,气体流用特殊结构,以阻止壁流并重新均匀分配气、液动时扰动加强,从而提高传质效率。相,其效果较好。天津市腾飞化工总厂的∮24001.3“三明治”式装填料方法mm,1.7MPa脱碳塔(原设计2.5万ta)改换新在脱碳系统的改造中,由于规整填料使用时型分布器后,当产量在53万ta时,其净化气受流动参数的限制,散堆填料使用时因其壁流、中QO2由0.8%降到0.3%-0.4%。由此可以沟流较多,而且比表面积较小,因此这2种填料看出使用新型分布器的重要性。单独使用时,效率都不高。为此,将其组合起来3再生塔的改造应用,即每段填料的上、下部分使用规整填料,以使气、液分布均匀,而中间则放置较多的散堆3.1增加真解段填料,以提高脱碳效果并节约投资。这种方法已老式脱碳系统的设计,往往只设1个常解在很多工厂使用,效果都不错。如山西临猗化工段,没有真解段。富液自脱碳塔出来之后,经过总厂的φ2400m脱碳塔改造中,由于规整填料闪蒸一常解一气提而成为贫液。这样的设计在原与散堆填料联用,并配以新型分布器,改造后净始设计设定的生产强度下尚能勉强维持,当生产化气中的CO2由改造前的0.9%降到0.4%强度中国煤化工够。据一些工05%(冬季可达0.3%~0.4%)。厂介CNMH余QO2可以高1.4装填高度达1.0gL以,而增那具群段后,贫液中残余任何填料塔,当每段填料装到一定高度后,OO2可降到0.3g/L,甚至可降到0.1g/L以下。化肥设计2004年第42卷如果脱碳塔、再生塔都按此方案进行改造,原设计生产能力4.5万ta,改造后达10万ta那么净化气中CO2含量在压力2.7MPa时,可(3)碳丙法该法小氮肥厂使用较多,改造达03%以下;在1.7MPa时,可达0.5%以下。后,工作压力为1.7MPa的系统,净化气中OO3.2淋降板改为填料结构达0.5%,好的在夏季达0.4%(如天津腾飞化工老式设计的常解段、真解段内部结构都是淋总厂、山西怀仁化肥厂、山东濰坊化肥厂等);工降板式,而改造后的内件大多改成填料式。2种作压力为2.7MPa的系统,净化气中OO2多在内件性能比较见表2。0.3%以下(如安徽宿州信诚化工公司)。改造后表2常解段、真解段内件性能比较气液比也有所提高,改造前后对比见表3。项目操作弹性闪蒸时间闪蒸面积表3改造前后气液比(平均)淋降板型小低工作压力改造前改造后填料型33.4-58.61.7MP2. 7 MPa由表2可见,改造后操作弹性增大了;闪蒸面积增大33倍以上;闪蒸时间虽然没有公式计(4)NHD法我国NHD法脱碳设计得比较算,但从直观上讲,淋降板式的液体下落为“滴紧凑,一般按国际流行的惯例,只有10%的增下”,而填料型中液体下落为顺填料流下,因此量,而经我公司改造的脱碳塔可增产25%,甚至可以认为,闪蒸时间也将大为增加。由于闪蒸时39%(如天津吉华化工有限公司)。间和闪蒸面积都增大,从而致使解吸效率提高。5应注意的问题淋降板式的另1个缺点是孔小,易堵。当负荷增大而液量增大时,或因长期使用造成一部分(1)对脱碳系统危害最大的是硫和沉淀物。淋降孔被堵死时,液体顺板沿溢流,闪蒸面积更当硫被脱碳液脱除后,产生的单质硫或硫化铁等小,从而使再生效率变坏。改造为填料式的常解杂质,不能分离,混在脱碳液中将使溶液性质变段与真解段使用效果都很好。坏,产生堵塞,造成脱碳效率下降等。南方某厂3.3气提段改造检修MDEA法脱碳气提塔,因塔内空气对流着老式设计的气提段,只用1段填料,大约高火而将填料自下而上地烧穿1个大洞。13m,顶部放1个分布器。由于填料层太高,液(2)必须注意脱碳前的脱硫。虽然,脱碳液体在填料内下行6m之后容易改变流向,转而流体本身也可以脱硫,但是由于在脱碳液中H1S和向塔壁形成壁流,从而影响气提效率。我们一般CO2的解吸条件不同,而再生条件大多只适用于将其分为2段,下段顶部再加1个槽盘式气液再对O2的再生。气提塔气提时要向塔内鼓入大分布器,以阻断壁流并均匀分布液体、气体。气量空气,在空气中O2的作用下,脱碳液中的HS提再生时,将进风由吹入改为引出,以降低气提会大部分转化成单质硫,堵塞管道和设备。塔的压力,有利于CO2的析出,提高气提效率。(3)笔者提出以下解决方法:一是开好变脱工段,将进脱碳系统的H2S减到最少(H2S<54脱碳改造实例mg/m3);二是加强脱碳液的过滤。只有这样,脱(1)苯菲尔脱碳锦西天然气化工有限责任碳系统才能做到稳产高产公司采用42500mm43250mm脱碳塔,工作参考文献压力28MPa,改造前产量仅为28.3万ta,没[1】黄洁、张学金属板波填料气相通量的计算].化工设计达到设计能力,改造后,目前产量为34.2万ta超过设计能力14%。改造内容是将填料合理搭[z2]黄洁、张学、郭维光脱碳塔改造的过程分析与实践[刀.化肥工业,1999,37(3):39配并配以新型高效分布器[3中国煤化工手册[M.天津:天津大(2)MDEA法脱碳福建永安智胜化工联合CNMHG公司,其中600mm/∮1600mm脱碳塔工作压力[4鬥瞅庇硎丌以走与计算[J].化肥工业27MPa,进口OO231%,净化气中CO20.1%2000,38(1):49~50收稿日期:200407-19