苯菲爾熱鉀堿脫碳系統擴產改造小結

李俊成

(云南解化清潔能源開發有限公司解化化工分公司, 云南開遠 661600)

苯菲爾熱鉀堿脫碳系統建成投用時間為1993年，用于制取合格H2、N2。該工藝通過熱鉀堿溶液對氣體的吸收操作，脫除變換氣中的CO2氣體，使凈化氣中CO2含量達到工藝規定指標并送往后序甲烷化生產系統。通過再生解吸出來的較純凈的CO2氣體作為原料送尿素裝置。

隨合成氨系統產能不斷提高，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效率低、調節余地小等問題逐漸成為高負荷生產的瓶頸[1-2]。

1 改造前情況

苯菲爾熱鉀堿脫碳系統設計凈化氣體積流量為31 000 m3/h, 凈化氣中CO2體積分數為1.5%。由于此系統串聯甲烷化爐，生產工藝發生變化，要求凈化氣中 CO2體積分數達到 0.4%以下。

改造前，苯菲爾熱鉀堿脫碳系統中的吸收塔為板式塔，已經發生液泛，并且液體溢流強度大、塔盤效率低，無法保證吸收效率。因此凈化氣體積流量僅為22 000 m3/h，CO2體積分數為0.3%。如果提高變換氣的處理量,則出口CO2體積分數不到0.4%。

2 存在的問題

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階梯環填料(材質為Q235-A)，填料總高為10 000 mm。下段設置22層篩板，雙溢流結構，降液管面積占塔截面積的22.6%，塔板間距為650 mm。通過水力學分析，若要達到設計負荷，采用板式塔易造成吸收塔發生液泛現象，且溢流強度大、塔盤效率低，無法保證吸收效率。

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矩鞍環填料(材質上部為0Cr18Ni9，中間為Q235-A，下部為0Cr18Ni9)，填料總高為11 000 mm。通過水力學分析，此種通量可以滿足要求，但是此種填料效率低，無法滿足再生塔上段理論板數的要求。下段設置φ38.0 mm×19.0 mm×0.8 mm階梯環填料(材質上部為0Cr18Ni9，中間為Q235-A，下部為0Cr18Ni9)，填料總高為9 000 mm。通過水力學分析，38#階梯環填料的通量可以滿足要求，但是，此種填料效率低，無法滿足再生塔下段理論板數的要求。

2.3 系統運行情況

改造前，吸收塔和再生塔采用的液體分布器噴淋點數較少、結構不合理、液體分布效果不好。匯總改造前系統運行數據，見表1。

由表1可知:

表1 改造前運行數據

(1) 當凈化氣體積流量為23 000 m3/h時，凈化氣CO2體積分數超過工藝指標(≤0.4%)，再增加脫碳溶液量已沒有作用。

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

3 改造措施

3.1 總體思路

結合設備條件及生產要求，對整個苯菲爾熱鉀堿脫碳系統進行工藝模擬計算和分析。要保證凈化氣CO2的體積分數在0.4%以下，可調整溶液循環量，當貧液體積流量為180 m3/h、半貧液體積流量為320 m3/h時，苯菲爾熱鉀堿脫碳系統能滿足凈化氣處理體積流量為31 000 m3/h、CO2體積分數≤0.4%的要求。此外，還需對整個苯菲爾熱鉀堿脫碳系統吸收塔和再生塔進行塔內件改造。

3.2 吸收塔內件改造

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(天津大學專利產品)，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、安裝方便等優點[3-4]。

將上段(貧液吸收段)總高為10 000 mm的50#階梯環散堆填料全部更換為38#增強型矩鞍環散堆填料。該填料具有效率高、通量大、理論板數高的優點，可提高吸收效果。經合理優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#增強型矩鞍環散堆填料，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和增加負荷后通量的要求。同時該填料具有效率高、壓降低、抗堵塞的優勢。

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1個人孔。

3.3 再生塔內件改造

將富液進口分布管更換為管式進料分布器，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(天津大學專利產品)，保證氣體及液體分布更加均勻。

將上段總高為11 000 mm的50#矩鞍環填料全部更換為ZUPAC2.0型高效規整填料。該填料具有效率高、通量大、理論板數高的優點，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(天津大學專利產品)。

將下段總高為9 000 mm的38#階梯環填料全部更換為ZUPAC3.0型高效金屬波紋填料。該填料在通量相當的情況下，理論板數至少提高20%，并且具有抗堵塞、不易發泡的優勢。

4 改造效果

改造后運行數據匯總見表2。

由表2可知：再生塔改造后，貧液再生度從1.32左右變為1.28左右，半貧液再生度從1.50左右變為1.43左右，再生效果得到進一步提高，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，確保再生塔在高負荷下運行不攔液、不帶液和壓降低。

表2 改造后運行數據

吸收塔改造后，下段填料壓差從25 kPa下降至15 kPa，確保了高負荷下運行不攔液、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 結語

脫碳設備改造后，脫碳效率穩定；生產負荷也由原來的22 000 m3/h提高到33 000 m3/h，且能保障凈化氣中CO2體積分數≤0.4%，合成氨產量提升；脫碳系統操作彈性更大，連續穩定性更好，實現了改造預期目標。