李俊成

(云南解化清潔能源開(kāi)發(fā)有限公司解化化工分公司, 云南開(kāi)遠(yuǎn) 661600)

苯菲爾熱鉀堿脫碳系統(tǒng)建成投用時(shí)間為1993年，用于制取合格H2、N2。該工藝通過(guò)熱鉀堿溶液對(duì)氣體的吸收操作，脫除變換氣中的CO2氣體，使凈化氣中CO2含量達(dá)到工藝規(guī)定指標(biāo)并送往后序甲烷化生產(chǎn)系統(tǒng)。通過(guò)再生解吸出來(lái)的較純凈的CO2氣體作為原料送尿素裝置。

隨合成氨系統(tǒng)產(chǎn)能不斷提高，作為合成氨氣體凈化工序的重要部分，苯菲爾熱鉀堿脫碳系統(tǒng)效率低、調(diào)節(jié)余地小等問(wèn)題逐漸成為高負(fù)荷生產(chǎn)的瓶頸[1-2]。

1 改造前情況

苯菲爾熱鉀堿脫碳系統(tǒng)設(shè)計(jì)凈化氣體積流量為31 000 m3/h, 凈化氣中CO2體積分?jǐn)?shù)為1.5%。由于此系統(tǒng)串聯(lián)甲烷化爐，生產(chǎn)工藝發(fā)生變化，要求凈化氣中 CO2體積分?jǐn)?shù)達(dá)到 0.4%以下。

改造前，苯菲爾熱鉀堿脫碳系統(tǒng)中的吸收塔為板式塔，已經(jīng)發(fā)生液泛，并且液體溢流強(qiáng)度大、塔盤效率低，無(wú)法保證吸收效率。因此凈化氣體積流量?jī)H為22 000 m3/h，CO2體積分?jǐn)?shù)為0.3%。如果提高變換氣的處理量,則出口CO2體積分?jǐn)?shù)不到0.4%。

2 存在的問(wèn)題

2.1 吸收塔

塔體直徑為φ2 200 mm，塔高為36 000 mm。該塔上段裝φ50.0 mm×25.0 mm×1.0 mm階梯環(huán)填料(材質(zhì)為Q235-A)，填料總高為10 000 mm。下段設(shè)置22層篩板，雙溢流結(jié)構(gòu)，降液管面積占塔截面積的22.6%，塔板間距為650 mm。通過(guò)水力學(xué)分析，若要達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷，采用板式塔易造成吸收塔發(fā)生液泛現(xiàn)象，且溢流強(qiáng)度大、塔盤效率低，無(wú)法保證吸收效率。

2．2 再生塔

塔體直徑為φ2 800 mm，塔高為41 480 mm。該塔上段裝φ50.0 mm×25.0 mm×1.0 mm矩鞍環(huán)填料(材質(zhì)上部為0Cr18Ni9，中間為Q235-A，下部為0Cr18Ni9)，填料總高為11 000 mm。通過(guò)水力學(xué)分析，此種通量可以滿足要求，但是此種填料效率低，無(wú)法滿足再生塔上段理論板數(shù)的要求。下段設(shè)置φ38.0 mm×19.0 mm×0.8 mm階梯環(huán)填料(材質(zhì)上部為0Cr18Ni9，中間為Q235-A，下部為0Cr18Ni9)，填料總高為9 000 mm。通過(guò)水力學(xué)分析，38#階梯環(huán)填料的通量可以滿足要求，但是，此種填料效率低，無(wú)法滿足再生塔下段理論板數(shù)的要求。

2.3 系統(tǒng)運(yùn)行情況

改造前，吸收塔和再生塔采用的液體分布器噴淋點(diǎn)數(shù)較少、結(jié)構(gòu)不合理、液體分布效果不好。匯總改造前系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1。

由表1可知:

表1 改造前運(yùn)行數(shù)據(jù)

(1) 當(dāng)凈化氣體積流量為23 000 m3/h時(shí)，凈化氣CO2體積分?jǐn)?shù)超過(guò)工藝指標(biāo)(≤0.4%)，再增加脫碳溶液量已沒(méi)有作用。

(2) 貧液再生度在1.25～1.35范圍內(nèi)，半貧液再生效果差，再生度偏離指標(biāo)(1.35～1.45)。

3 改造措施

3.1 總體思路

結(jié)合設(shè)備條件及生產(chǎn)要求，對(duì)整個(gè)苯菲爾熱鉀堿脫碳系統(tǒng)進(jìn)行工藝模擬計(jì)算和分析。要保證凈化氣CO2的體積分?jǐn)?shù)在0.4%以下，可調(diào)整溶液循環(huán)量，當(dāng)貧液體積流量為180 m3/h、半貧液體積流量為320 m3/h時(shí)，苯菲爾熱鉀堿脫碳系統(tǒng)能滿足凈化氣處理體積流量為31 000 m3/h、CO2體積分?jǐn)?shù)≤0.4%的要求。此外，還需對(duì)整個(gè)苯菲爾熱鉀堿脫碳系統(tǒng)吸收塔和再生塔進(jìn)行塔內(nèi)件改造。

3.2 吸收塔內(nèi)件改造

將吸收塔頂部貧液分布器更換為管式液體分布器，頂部液體分布器更換為新型槽盤式液體分布器(天津大學(xué)專利產(chǎn)品)，保證氣體及液體分布更加均勻。該分布器具有壓降低、抗夾帶、占位低、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)[3-4]。

將上段(貧液吸收段)總高為10 000 mm的50#階梯環(huán)散堆填料全部更換為38#增強(qiáng)型矩鞍環(huán)散堆填料。該填料具有效率高、通量大、理論板數(shù)高的優(yōu)點(diǎn)，可提高吸收效果。經(jīng)合理優(yōu)化排布塔的空間高度，填料裝填高度可以增至10 600 mm。

將吸收塔下部22層塔盤全部拆除，全部更換為50#增強(qiáng)型矩鞍環(huán)散堆填料，填料總高為116 000 mm(上段高度為6 000 mm，下段高度為5 600 mm)。此種填料能夠保證理論板數(shù)和增加負(fù)荷后通量的要求。同時(shí)該填料具有效率高、壓降低、抗堵塞的優(yōu)勢(shì)。

將中部半貧液入口管更換為管式液體分布器，填料上方全部采用新型槽盤式液體分布器。填料段之間增設(shè)1個(gè)人孔。

3.3 再生塔內(nèi)件改造

將富液進(jìn)口分布管更換為管式進(jìn)料分布器，以保證液體均勻分布。將頂部液體分布器更換為新型槽盤式液體分布器(天津大學(xué)專利產(chǎn)品)，保證氣體及液體分布更加均勻。

將上段總高為11 000 mm的50#矩鞍環(huán)填料全部更換為ZUPAC2.0型高效規(guī)整填料。該填料具有效率高、通量大、理論板數(shù)高的優(yōu)點(diǎn)，能夠提高溶液再生效果。中間分布器更換為新型槽盤式集液分布器(天津大學(xué)專利產(chǎn)品)。

將下段總高為9 000 mm的38#階梯環(huán)填料全部更換為ZUPAC3.0型高效金屬波紋填料。該填料在通量相當(dāng)?shù)那闆r下，理論板數(shù)至少提高20%，并且具有抗堵塞、不易發(fā)泡的優(yōu)勢(shì)。

4 改造效果

改造后運(yùn)行數(shù)據(jù)匯總見(jiàn)表2。

由表2可知：再生塔改造后，貧液再生度從1.32左右變?yōu)?.28左右，半貧液再生度從1.50左右變?yōu)?.43左右，再生效果得到進(jìn)一步提高，大大提高貧液和半貧液的吸收效果。再生塔上段壓差從8 kPa左右下降至1 kPa，再生塔下段壓差從40 kPa下降至2 kPa；再生塔提溫較改造前更容易，明顯改善再生效果，確保再生塔在高負(fù)荷下運(yùn)行不攔液、不帶液和壓降低。

表2 改造后運(yùn)行數(shù)據(jù)

吸收塔改造后，下段填料壓差從25 kPa下降至15 kPa，確保了高負(fù)荷下運(yùn)行不攔液、不帶液。吸收塔上段填料改型、下段篩板改填料，有效提高了吸收面積；液體分布器的換型改造，使脫碳液的分布更加均勻，提高了吸收效率。

5 結(jié)語(yǔ)

脫碳設(shè)備改造后，脫碳效率穩(wěn)定；生產(chǎn)負(fù)荷也由原來(lái)的22 000 m3/h提高到33 000 m3/h，且能保障凈化氣中CO2體積分?jǐn)?shù)≤0.4%，合成氨產(chǎn)量提升；脫碳系統(tǒng)操作彈性更大，連續(xù)穩(wěn)定性更好，實(shí)現(xiàn)了改造預(yù)期目標(biāo)。