李 會

(北京華福工程有限公司，北京 100015)

低溫甲醇洗工藝是德國林德公司和魯奇公司于上世紀(jì)50年代開發(fā)的采用物理吸收方法的一種酸性氣體凈化工藝。該工藝以低溫甲醇為吸收溶劑，利用甲醇在溫度較低時對酸性氣體溶解度極大的優(yōu)良特性，脫除原料氣中的酸性氣體。低溫甲醇洗能夠脫除有效原料氣體的H2S、COS、CO2等組分，與其它吸收技術(shù)相比具有一定的優(yōu)越性，特別是在壓力高、規(guī)模大的化工工業(yè)化裝置中，技術(shù)優(yōu)勢更為顯著。吸收塔是低溫甲醇洗工藝中的核心設(shè)備，本文主要介紹吸收塔縮徑方案對比結(jié)果。

1 概述

本文研究低溫甲醇洗半貧液工藝流程中吸收塔設(shè)計方案對比，其中流程描述如下：

吸收塔自上而下分為H2S吸收段、CO2吸收段。

H2S吸收段：原料氣中的H2S和COS在吸收塔H2S吸收段被吸收，出H2S吸收段的氣體中H2S+COS小于1×10-6，氣體再導(dǎo)入吸收塔上部CO2吸收段。H2S吸收段的洗液是來自于CO2吸收段吸收CO2后的無硫富甲醇，由于H2S和COS在甲醇中的溶解度高于CO2，所以僅需用CO2吸收段排出甲醇的一小部分進(jìn)入H2S吸收段，吸收了H2S和COS后成為含硫富甲醇，它從H2S吸收段底部引出，經(jīng)含硫甲醇冷卻器、含硫甲醇第二換熱器降溫，減壓后送到含硫富甲醇閃蒸槽。

CO2吸收段：經(jīng)脫硫后的原料氣進(jìn)入CO2吸收段，采用熱再生塔來的熱再生貧甲醇作為精洗甲醇，采用H2S濃縮塔來的低壓閃蒸半貧甲醇作為主洗甲醇洗滌CO2。塔頂引出的凈化氣中CO2含量滿足合成氨生產(chǎn)的要求(CO2≤10×10-6、H2S+COS≤0.1×10-6)。

本文以某大化肥項(xiàng)目的數(shù)據(jù)為設(shè)計基礎(chǔ)，恰好屬于壓力高、大規(guī)模工業(yè)化裝置，設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如表1。

表1 設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

2 模擬計算數(shù)據(jù)

2.1 吸收塔整體模擬

本項(xiàng)目中原料氣氣量比較大，流程采用比較節(jié)能的半貧液流程，根據(jù)半貧液的特點(diǎn)，在半貧液加入盤作為分界點(diǎn)，可以分為兩段，也就是說脫碳段的吸收液有2股進(jìn)料，分別為半貧液、貧液分別進(jìn)入CO2主脫段、精洗段。

通過分析表1的數(shù)據(jù)，原料氣中氣量比較大，需要脫除的酸性氣體的含量達(dá)到50%(mol)，采用半貧液流程， CO2的脫除主要在半貧液的主脫段, 進(jìn)行模擬計算，此段半貧甲醇的液相負(fù)荷達(dá)到633000 kg/h，氣相負(fù)荷147000 kg/h，可以看出其中的CO2在半貧液的吸收中基本被脫除。液相負(fù)荷是吸收塔設(shè)計的決定因素。

通過流程模擬，得出半貧甲醇吸收段吸收塔塔徑為4.2 m，根據(jù)項(xiàng)目實(shí)例，模擬計算出的吸收塔塔徑較大，這對于制造運(yùn)輸?shù)跹b方案都有新的挑戰(zhàn)。

2.2 吸收塔精洗段模擬分析

而對于精洗段，貧甲醇量比較小，具體模擬結(jié)果，氣液相負(fù)荷如表2所示。

表2 模擬精洗段氣液相負(fù)荷

對比表2中數(shù)據(jù)，當(dāng)氣體進(jìn)入吸收塔頂部，也就是精洗段，CO2含量相對較少，氣相負(fù)荷降低85%，貧甲醇的液相負(fù)荷也降低55%，氣液相負(fù)荷將降低超過50%，為了維持較高的持液量，塔盤采用四溢流形式，為了氣液平衡，可采用上塔精洗段塔徑縮徑，另外上塔直徑縮徑，循環(huán)量不變的前提下塔的噴淋密度增加，更有利于塔頂指標(biāo)的控制。這種設(shè)計形式，既能保證了氣液相負(fù)荷大的下塔氣液相充分接觸，有足夠的停留時間，又能在氣液相負(fù)荷較小的上塔降低造價。

根據(jù)精洗段的氣液相負(fù)荷，在維持原設(shè)計塔間距不變的情況下，模擬計算精洗段的塔徑為3.4 m。

對比兩種形式的吸收塔，主要區(qū)別在于精洗段的塔徑及塔內(nèi)件設(shè)計，針對于本項(xiàng)目的氣量較大，這種縮徑的設(shè)計形式優(yōu)勢顯著。根據(jù)吸收塔的兩種設(shè)計特點(diǎn)，分別定義為AB兩種方案，吸收塔兩種方案流程圖如圖1，其中101為原料氣，102為凈化氣，201為貧甲醇，202為半貧甲醇。

圖1 設(shè)計吸收塔對比流程圖

3 方案對比

表3 精洗段設(shè)計結(jié)果

通過對表3的計算結(jié)果分析，C-101B方案可節(jié)約3.5Ni鋼或不銹鋼52.3 t，此段節(jié)約鋼材比例為52.3/152.5=34.30%。

從施工與吊裝方案角度來說，C-101B方案塔體縮徑，在吊裝方案的制訂與實(shí)施中，會降低起重機(jī)的起重能力，操作性更便利。

從力學(xué)角度來說，B方案避免了頭重腳輕，對于塔的穩(wěn)定性更好。

4 結(jié)論

對于氣量大、壓力高、大規(guī)模工業(yè)化裝置，采用半貧液流程，吸收塔設(shè)計易采用縮徑方案。最顯著的優(yōu)勢為：

1)降低造價；

2)便于施工安裝，降低起吊重量；

3)從力學(xué)角度來說對塔的穩(wěn)定性好。

本文通過對吸收塔縮徑方案的分析對比，找出其優(yōu)缺點(diǎn)，這對于工程項(xiàng)目的后續(xù)設(shè)計具有指導(dǎo)意義。