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低温甲醇洗半贫液流程吸收塔缩径方案对比

2019-05-31

山东化工 2019年9期
关键词:缩径贫液吸收塔

李 会

(北京华福工程有限公司,北京 100015)

低温甲醇洗工艺是德国林德公司和鲁奇公司于上世纪50年代开发的采用物理吸收方法的一种酸性气体净化工艺。该工艺以低温甲醇为吸收溶剂,利用甲醇在温度较低时对酸性气体溶解度极大的优良特性,脱除原料气中的酸性气体。低温甲醇洗能够脱除有效原料气体的H2S、COS、CO2等组分,与其它吸收技术相比具有一定的优越性,特别是在压力高、规模大的化工工业化装置中,技术优势更为显著。吸收塔是低温甲醇洗工艺中的核心设备,本文主要介绍吸收塔缩径方案对比结果。

1 概述

本文研究低温甲醇洗半贫液工艺流程中吸收塔设计方案对比,其中流程描述如下:

吸收塔自上而下分为H2S吸收段、CO2吸收段。

H2S吸收段:原料气中的H2S和COS在吸收塔H2S吸收段被吸收,出H2S吸收段的气体中H2S+COS小于1×10-6,气体再导入吸收塔上部CO2吸收段。H2S吸收段的洗液是来自于CO2吸收段吸收CO2后的无硫富甲醇,由于H2S和COS在甲醇中的溶解度高于CO2,所以仅需用CO2吸收段排出甲醇的一小部分进入H2S吸收段,吸收了H2S和COS后成为含硫富甲醇,它从H2S吸收段底部引出,经含硫甲醇冷却器、含硫甲醇第二换热器降温,减压后送到含硫富甲醇闪蒸槽。

CO2吸收段:经脱硫后的原料气进入CO2吸收段,采用热再生塔来的热再生贫甲醇作为精洗甲醇,采用H2S浓缩塔来的低压闪蒸半贫甲醇作为主洗甲醇洗涤CO2。塔顶引出的净化气中CO2含量满足合成氨生产的要求(CO2≤10×10-6、H2S+COS≤0.1×10-6)。

本文以某大化肥项目的数据为设计基础,恰好属于压力高、大规模工业化装置,设计基础数据如表1。

表1 设计基础数据

2 模拟计算数据

2.1 吸收塔整体模拟

本项目中原料气气量比较大,流程采用比较节能的半贫液流程,根据半贫液的特点,在半贫液加入盘作为分界点,可以分为两段,也就是说脱碳段的吸收液有2股进料,分别为半贫液、贫液分别进入CO2主脱段、精洗段。

通过分析表1的数据,原料气中气量比较大,需要脱除的酸性气体的含量达到50%(mol),采用半贫液流程, CO2的脱除主要在半贫液的主脱段, 进行模拟计算,此段半贫甲醇的液相负荷达到633000 kg/h,气相负荷147000 kg/h,可以看出其中的CO2在半贫液的吸收中基本被脱除。液相负荷是吸收塔设计的决定因素。

通过流程模拟,得出半贫甲醇吸收段吸收塔塔径为4.2 m,根据项目实例,模拟计算出的吸收塔塔径较大,这对于制造运输吊装方案都有新的挑战。

2.2 吸收塔精洗段模拟分析

而对于精洗段,贫甲醇量比较小,具体模拟结果,气液相负荷如表2所示。

表2 模拟精洗段气液相负荷

对比表2中数据,当气体进入吸收塔顶部,也就是精洗段,CO2含量相对较少,气相负荷降低85%,贫甲醇的液相负荷也降低55%,气液相负荷将降低超过50%,为了维持较高的持液量,塔盘采用四溢流形式,为了气液平衡,可采用上塔精洗段塔径缩径,另外上塔直径缩径,循环量不变的前提下塔的喷淋密度增加,更有利于塔顶指标的控制。这种设计形式,既能保证了气液相负荷大的下塔气液相充分接触,有足够的停留时间,又能在气液相负荷较小的上塔降低造价。

根据精洗段的气液相负荷,在维持原设计塔间距不变的情况下,模拟计算精洗段的塔径为3.4 m。

对比两种形式的吸收塔,主要区别在于精洗段的塔径及塔内件设计,针对于本项目的气量较大,这种缩径的设计形式优势显著。根据吸收塔的两种设计特点,分别定义为AB两种方案,吸收塔两种方案流程图如图1,其中101为原料气,102为净化气,201为贫甲醇,202为半贫甲醇。

图1 设计吸收塔对比流程图

3 方案对比

表3 精洗段设计结果

通过对表3的计算结果分析,C-101B方案可节约3.5Ni钢或不锈钢52.3 t,此段节约钢材比例为52.3/152.5=34.30%。

从施工与吊装方案角度来说,C-101B方案塔体缩径,在吊装方案的制订与实施中,会降低起重机的起重能力,操作性更便利。

从力学角度来说,B方案避免了头重脚轻,对于塔的稳定性更好。

4 结论

对于气量大、压力高、大规模工业化装置,采用半贫液流程,吸收塔设计易采用缩径方案。最显著的优势为:

1)降低造价;

2)便于施工安装,降低起吊重量;

3)从力学角度来说对塔的稳定性好。

本文通过对吸收塔缩径方案的分析对比,找出其优缺点,这对于工程项目的后续设计具有指导意义。

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