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采用新型塔内件实现1.7MPa碳丙脱碳工艺新突破
发布时间:2012/7/30 8:31:17 点击次数:3808
摘要:碳酸丙烯酯脱除合成氨原料气中的CO2工艺具有投资省、流程简单、运行稳定、再生不需耗热、易操作、吸收剂无毒腐蚀性、产品CO2能满足尿素生产等优点,在脱除CO2气体工艺中被广泛采用。云南省泸西县伟洪吉宇化工有限公司于1993年投产的

采用新型塔内件实现
1.7MPa碳丙脱碳工艺新突破

(河北工业大学化工塔器设计中心  天津市创举科技有限公司)

一、概况:

    碳酸丙烯酯脱除合成氨原料气中的CO2工艺具有投资省、流程简单、运行稳定、再生不需耗热、易操作、吸收剂无毒腐蚀性、产品CO2能满足尿素生产等优点,在脱除CO2气体工艺中被广泛采用。云南省泸西县伟洪吉宇化工有限公司于1993年投产的φ2400脱碳塔、1.7MPa脱碳系统,就是在原化工部第四设计院设计的2.5万吨合成氨配套设计基础上,通过几次大的扩产技术改造后,已达到6万吨合成氨能力并运行至今。

    2005年该公司为取得更大的经济效益,抢抓机遇,新增合成氨生产能力7万吨,配套脱碳系统采用一套φ2800,1.7MPa碳丙脱碳系统。根据调研,公司决定采用天津市创举科技有限公司开发的新型板式塔内件、规整填料与散装填料合理组合新技术,用于脱碳工段各塔器的内件设计,并由创举公司提供设备选型、塔类和容器设计,以达到最大限度地降低碳丙消耗、降低净化气尾气CO2含量、大幅度提高生产能力的目的。该装置于2006年6月建成投入生产,取得了较理想的运行效果。吨氨耗电<110kwh,净化气中CO2<0.2%(V),碳丙消耗<0.5kg/TNH3,生产能力现已达日产氨280吨,实际合成氨能力已经达到9万吨/年。

二、工艺配置:

    我公司提供该工段所有设备选型、塔类和容器设计。

    在工艺软件计算结果的基础上,通过对各种填料的计算比较,将φ50海尔环、板波纹填料合理组合方案应用于脱碳塔,填料总高度为18m,分三段。各段间均设计液体再分布器。

    常解塔气提段、真解段、常解段采用φ50海尔环和规整填料组合,每段填料上面均设改进型液体分布器。

    闪蒸槽采用筛板塔,设置八层塔板。稀液回收工艺为净化气、闪蒸气、混解气体、气提气逐级提浓工艺,洗涤塔内均采用垂直筛板塔盘。

    为防止各种气体夹带碳丙液雾沫,在各设备内设置内置式雾沫分离器,分离器也采用φ50海尔环除沫,效果较好,各种气体均未发现夹带碳丙液雾沫,从而减少了碳丙液的损失。

    工艺流程为传统的1.7MPa一塔吸收,四级变压解吸再生。稀液回收工艺流程设计先进合理,为逐级提浓间断补入系统。

    φ2400脱碳系统主要设备配置为:

    脱碳塔:φ2800×33500;

    闪蒸塔:φ3200×11700;

    常解再生塔:φ4000×38500;

    净化气洗涤塔:φ1400×12000;

    闪蒸洗涤塔:φ2000×21600;

    常解气、气提气洗涤塔:φ1800×21600;

    脱碳泵:3台;

    罗茨风机:2台;

    淋洒式水冷排管:1台。

三、工艺原理:

(1)脱碳塔、真常解气提塔是该项目最重要的两个塔器。均选用规整填料与散装填料合理组合,配以新型液体分布器,分离效果极高。

    碳酸丙烯酯脱除合成氨原料气中的CO2为液膜控制的物理吸收过程,传质系数决定于碳酸丙烯酯的喷淋密度,即大的喷淋密度和低气速的吸收过程;另外,塔横截面上的气体与液体的最初分配是造成塔横截面上不均匀传质的主要原因。这对分布器提出了很高的要求,分布器与填料的匹配设计是保证规整填料高效率的必要条件。通过塔内结构和分布器的特殊设计使其充分发挥填料的效率,是两塔设计成功的重要原因。

    规整填料与散装填料海尔环合理组合使用,两者优势互补,使脱碳气实现高净化程度,也是本技术的关键所在。

    塔内相关位置设置内置式雾沫分离器,除沫效果好,降低了回收负荷,碳丙液消耗大大降低。

(2)充分发挥创举科技公司新型径向侧导喷射塔盘的专利优势,设计出闪蒸塔、净化气洗涤塔、闪蒸洗涤塔、真常解气气提气洗涤塔内件。该专利塔盘非常适合尾气回收中液量小、气速大、分离难度大的各个碳丙分离场合。气体净化程度高,使碳丙液消耗大大降低。这里介绍一下径向侧导喷射塔板技术的特点:

    径向侧导喷射塔板(CJST)技术是我公司自行研究开发的专利技术,专利号:ZL 99 2 00122.6,它是在新型垂直筛板基础上新开发的一种高效塔板。特别适合于液量小、气速大的工况,由于液体喷射出帽罩具有方向性,减少了液体返混及板上液面梯度,增大传质效率,提高了抗堵性能。径向侧导喷射塔板具有以下几大特点:

1)、传质效率高:CJST塔板,由于帽罩的存在,罩内液、气比大,液相在气相中分散较好,特别是气液混合物撞击分离板后改变方向或折返,使液膜不断破碎、更新,气液接触混合非常激烈,对于喷射段,由于液体经喷射分散度更高,颗粒更小,使气液接触面积增大,研究证明这一阶段不仅是液滴的沉降,传质作用仍在进行,罩内外基本上都是有效传质区域,塔板空间都得到充分利用。因此传质、传热过程比泡罩内进行的充分、完全,所以可达到总的塔板传质效率比泡罩要高出20%以上的效果。

2)、 处理能力大:CJST 塔板,由于帽罩的特殊结构,气体离开帽罩呈水平或向下方向喷出,这拉大了气液分离空间和时间,使气体雾沫夹带的可能性大为降低,这使塔板气体通道的板孔开孔率可大幅提高,一般可达20%~30%。而在开孔率相同时可允许操作气速比一般塔板高出1.5-2.0倍,仍能将气体雾沫夹带限定在允许范围以内。 其次,气体携带液体并流进入帽罩,而不是像泡罩等塔板气体穿过板上液层,因而使塔板流动的液体基本上为不含气体的清液,故降液管液泛的可能性大为降低,即同样截面积的降液管,液体通过能力也可提高近一倍,总之径向侧导喷射型塔盘比同塔径泡罩塔处理能力大50%以上,设备投资节约20%以上。

3)、操作弹性好。产品质量几乎不受气液负荷波动的影响,操作稳定。

4)、抗堵塞能力强:泡罩塔盘在某些物系使用中会出现堵塞,而径向侧导喷射板塔盘由于塔板板孔较大且无活动部件,一般不易被较脏或粘性物料堵塞。另外,气液是在喷射状态下离开帽罩的,气速较高,对罩孔本身有较强的自冲洗能力,不会堵塔。

5)、检修方便:塔内的塔板与梁的连接方式是采用的螺栓固定,这样便于检修,尤其在更换塔盘时,不用拆塔节通过人孔就可完成,可节省检修费用。

    总之,径向侧导喷射塔盘由于其优越的传质性能,具有比传统泡罩、填料塔具有塔径小,塔矮(塔板层数少),投资小,分离效率高,尾气净化程度高,抗堵塞,运转周期长,检修安装方便,制作周期短、使用寿命长等优点。

四、运行效果:

    该装置于2006年7建成投入生产,取得了较理想的运行效果:

(1)生产能力大:原设计生产能力7万吨,现夏季产量已达日产氨280吨,即年生产能力已达9万吨/年,且操作稳定,经济效益高;

(2)电耗低:夏季吨氨耗电<110kwh;

(3)净化程度高:夏季净化气中CO2<0.2%(V);

(4)碳丙消耗低:夏季碳丙消耗<0.5kg/tNH3。填料塔碳丙雾沫夹带少、板式塔回收效率高;各尾气、净化气碳丙含量低,稀液无过剩现象,环保效益明显。

五、推广应用前景:

1、碳酸丙烯酯脱碳现状:脱除合成氨原料气中的CO2工艺是成熟的,国内各种规模合成氨厂得到了广泛的应用。但由于多数厂家的塔器设计不是很合理,再加上1.7MPa碳丙脱碳系统本身压力等级低,脱碳塔吸收效率受压力影响很大,使得多数厂家脱碳尾气夏季可能达到0.4%以上,加重了铜洗的负荷;增加碳丙流量电耗就会增加;有的厂新上氨冷器来降低碳丙入塔温度辅助生产,各种运行费用大。致使有的厂中压氨洗或高压氨洗还在运行。新装置的设计有的提高了设计压力等级,即加大了吸收操作压力如2.7、4.3 MPa,有的改用其它脱碳方法,提高了一次性投资和运行成本。另外各洗涤塔器内件设计形式落后,碳丙回收效率低,有的厂夏季碳丙消耗在1kg/tNH3以上。

2、新型专利塔内件应用效果:使得碳丙消耗大大降低。该装置的成功运行,标志着碳酸丙烯酯脱除合成氨原料气中的CO2工艺向前迈进了一大步。该技术应用结果表明,本设计达到了生产能力大、碳丙消耗低、尾气净化程度高、节水、节电、增收的效果,碳酸丙烯酯脱除合成氨原料气中的CO2工艺的经济性大大提高,各项技术指标居国内领先地位。我公司采用新型塔内件技术已经在很多化肥厂碳丙脱碳装置改造中获得成功,证明我公司现有改造技术已经成熟,具备进一步推广的条件。

    因此本项技术在各种规模的合成氨厂有着巨大的推广前景,该技术的推广必然会促进化肥工业的技术进步,给企业带来巨大的经济和社会环保效益。

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