安 磊，潘嘉嘉

(山西晉煤天源化工有限公司 山西高平 048400)

山西晉煤天源化工有限公司(以下簡稱晉煤天源公司)于2004 年成立，初始設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模為年產(chǎn)合成氨360 kt、甲醇40 kt、大顆粒尿素600 kt。經(jīng)過近幾年的發(fā)展，生產(chǎn)能力不斷提高，現(xiàn)已形成年產(chǎn)420 kt合成氨、50 kt甲醇、730 kt大顆粒尿素的生產(chǎn)能力，并可根據(jù)市場需求生產(chǎn)多肽尿素。晉煤天源公司采用的主要生產(chǎn)工藝為固定層間歇式氣化工藝制氣、全低變變換工藝、NDC濕法脫硫、NHD濕法脫碳、瑞士卡薩利公司的低壓合成、挪威海德魯公司的大顆粒造粒技術(shù)。

1 脫碳工段現(xiàn)狀

晉煤天源公司脫碳工段采用濕法工藝，脫碳液為NHD(聚乙二醇二甲醚)溶液。經(jīng)過近幾年的技術(shù)升級(jí)改造，合成氨裝置產(chǎn)能由360 kt/a提高至420 kt/a，但脫碳工段未進(jìn)行擴(kuò)能改造，導(dǎo)致在生產(chǎn)系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行過程中，脫碳后的脫碳?xì)庵蠧O2體積分?jǐn)?shù)達(dá)到2.0%(設(shè)計(jì)指標(biāo)1.0%)，其在后工段中會(huì)與H2反應(yīng)生成甲醇和水，造成有效氣體H2的損耗。經(jīng)多次論證，決定對(duì)脫碳工段進(jìn)行技術(shù)改造，在保證工藝系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，將脫碳?xì)庵械腃O2體積分?jǐn)?shù)降至<1.6%。

2 技改方案

晉煤天源公司脫碳工段工藝流程：來自變脫工段的變脫氣在脫碳塔與NHD溶液逆流接觸，氣體中的CO2被NHD溶液吸收，從脫碳塔頂部出來的脫碳?xì)馑秃蠊ざ?；吸收CO2后的NHD富液經(jīng)高壓閃蒸槽、低壓閃蒸槽、汽提塔多次減壓及汽提再生后循環(huán)使用。

整個(gè)脫碳流程涉及的設(shè)備較多，如對(duì)單一設(shè)備進(jìn)行改造，無法保證脫碳工段的穩(wěn)定性。經(jīng)多次技術(shù)論證、外出考察，確定對(duì)脫碳工段的脫碳塔液體分布器及填料進(jìn)行改造，在不增加脫碳塔阻力的情況下提高脫碳塔的吸收效率，實(shí)現(xiàn)脫碳工段長周期、滿負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行。

晉煤天源公司脫碳塔直徑為Φ4 000 mm，共裝填5層填料(50#聚丙烯階梯環(huán))，每層填料高度為7 m，每層填料上方配置老式槽盤式液體分布器。在本次改造中，晉煤天源公司將5層液體分布器更換為新型槽盤式液體分布器，從下往上數(shù)的第3層和第4層填料更換為ZUPAC系列雙向金屬折峰式波紋填料。

2.1 ZUPAC系列雙向金屬折峰式波紋填料

ZUPAC系列雙向金屬折峰式波紋填料(圖1)是在普通波紋板規(guī)整填料與Intalox散堆填料的優(yōu)良組合基礎(chǔ)上開發(fā)出的一種綜合性能優(yōu)良的新型規(guī)整填料，其每一周期波紋是由位于4個(gè)平面上的4個(gè)以上斷續(xù)平面圖形薄片相交所組成，其側(cè)向投影形狀為2條交錯(cuò)的波紋狀折線。該填料均勻分布的平行四邊形通道完全取代了常見規(guī)整填料上的圓形通孔，不僅可節(jié)省材料8.5%，而且也增大了比表面積。ZUPAC系列雙向金屬折峰式波紋填料在結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化使氣液流道得到優(yōu)化，提高了傳質(zhì)效率；開孔率增大，使通量提高、壓降更低；比表面積增大，使理論板數(shù)有所增加，抗堵塞能力、填料剛度等方面均大大增強(qiáng)。該填料壓降小、通量大、氣體橫向流通性好、分離能力較大，可廣泛應(yīng)用于精餾、吸收、萃取、換熱、洗滌等工業(yè)領(lǐng)域。

圖1 ZUPAC系列雙向金屬折峰式波紋填料

晉煤天源公司1#系統(tǒng)脫碳塔原采用的填料為50#階梯環(huán)，通過對(duì)50#階梯環(huán)、25#星形環(huán)、ZUPAC系列雙向金屬折峰式波紋填料在相同工況下進(jìn)行水力計(jì)算，結(jié)果表明在操作條件相同的情況下，ZUPAC系列雙向金屬折峰式波紋填料的壓降和液泛率(持液量)與散堆填料相比具有較大的優(yōu)勢；與晉煤天源公司2#系統(tǒng)脫碳塔及變換氣脫硫工段使用的散堆填料比較，脫碳工段采用的ZUPAC系列雙向金屬折峰式波紋填料不僅氣液接觸面積大、吸收效率和液泛點(diǎn)高，而且具有操作彈性大、對(duì)異常工況適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。

2.2 新型槽盤式液體分布器

在脫碳工段改造中，將晉煤天源公司1#系統(tǒng)脫碳塔的5層老式槽盤式液體分布器更換為新型槽盤式液體分布器(圖2)。該新型槽盤式液體分布器是在老式槽盤式液體分布器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型產(chǎn)品，其采用多個(gè)U形分布槽與支持圈一起組成液相通道，每2個(gè)U形分布槽之間形成氣相通道。U形分布槽開有均勻底孔和側(cè)孔，大大提高了分布效果，適用于大噴淋密度的場合。與老式槽盤式液體分布器一樣，新型槽盤式液體分布器具有集液、氣體分布、液體分布的功能，同時(shí)具有操作彈性更大、抗堵塞能力強(qiáng)的特點(diǎn)，有助于塔器的長周期正常運(yùn)行。

圖2 新型槽盤式液體分布器

3 改造效果

該改造項(xiàng)目改造工期短，在冬季錯(cuò)峰生產(chǎn)期間完成，未影響公司生產(chǎn)計(jì)劃。脫碳工段改造共投資約180萬元，其中填料、分布器、輔件等約150萬元，施工費(fèi)用約30萬元。

脫碳工段改造完成后，在生產(chǎn)系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行的情況下，脫碳塔出口脫碳?xì)夂珻O2體積分?jǐn)?shù)由2.0%降至1.6%，可減少H2損耗600 m3/h(標(biāo)態(tài))。按年運(yùn)行8 000 h、氨售價(jià)2 800元/t計(jì)，年可增產(chǎn)合成氨3 600 t，年可創(chuàng)收約1 000萬元。