導向立體傳質(zhì)塔板在低溫甲醇洗裝置中開(kāi)發(fā)應用

第35卷第3期化學(xué)工程Vol 35 No. 32007年3月CHEMICAL ENGINEERING( CHINA)Mar.2007導向立體傳質(zhì)塔板在低溫甲醇洗裝置中開(kāi)發(fā)應用劉繼東!,張競平,李春利,呂建華,王志英(1.河北工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院,天津300130;2.天津市普萊特科技發(fā)展有限公司,天津300384摘要:根據合成氨變換氣脫硫塔擴產(chǎn)50%的要求開(kāi)發(fā)出一種導向立體傳質(zhì)塔板( CTST8)。對導向立體傳質(zhì)塔板的流體力學(xué)性能研究表明新塔板具有板壓降低、氣液二相通量大、抗堵塞能消泡等技術(shù)特點(diǎn)。對擴產(chǎn)50%的低溫甲醇洗脫硫塔內的水力學(xué)參數進(jìn)行了核算,結果表明,擴產(chǎn)后的操作參數均處于導向立體傳質(zhì)塔板正常操作范圍之內。將導向立體傳質(zhì)塔板應用于山西天脊集團變換氣脫硫塔的擴產(chǎn)改造,達到了擴產(chǎn)50%的要求,取得了良的效果。塔頂出口氣相中(H2S)≤2x10°,q(CH2OH)≤3×10-4,全塔阻力小于0.08MPa關(guān)鍵詞:導向立體傳質(zhì)塔板;流體力學(xué);甲醇洗;脫硫中圖分類(lèi)號:TQ053.5文獻標識碼:A文章編號:1005-9954(2007)0300100Development and application of combined trapezoid spray trayin the Rectisol purification systemLIU Ji-dong', ZHANG Jing-ping, LI Chun-li, LU Jian-hua, WANG Zhi-ying(1. School of Chemical Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin 300130, China2. Tianjin Plate Science and Technology Development Co. Ltd, Tianjin 300384, China)Abstract: A new type of the combined trapezoid spray tray CtST-8)was developed for desulphurization inRectisol purification system. Some hydrodynamics of the new tray were concerned. The results show that the nevtray has some advantages such as lower pressure drop, higher flux, anti-blocking and better anti-foaming, etcHydraulics parameters of the desulfurization column expanded by 50% were simulated. It shows that all theoperation parameters after expansion are within the limit of normal operation of CTST-8. When the new tray wasused in the desulfurization column of Rectisol purification system in Shanxi Tianji Coal Chemical Industrial CoLtd, the aim of enlarging the production scale (expanded by 50%)was achieved. In the overhead gas phaseφ(H2S)i≤2×10-6,(CH1OH)is≤3×10-‘, and the pressure drop of total column is less than0.08MPaKey words: CTST-8; hydrodynamics; Rectisol; desulphurization在合成氨生產(chǎn)中,變換氣脫硫是必不可少的凈低、吸收劑用量高、操作不穩定以及帶液、硫堵現象化工序。脫硫塔是凈化系統中的一個(gè)重要設備,它嚴重等一系列問(wèn)題。已經(jīng)嚴重影響企業(yè)的擴產(chǎn)、節的主要作用是將原料氣中的H2S和有機硫脫除,使能、環(huán)保和降低成本,成為提高生產(chǎn)能力的瓶出口氣體中含硫體積分數滿(mǎn)足工藝條件的要求。低頸。急需開(kāi)發(fā)出新型大通量高效、節能塔器。溫甲醇洗脫硫凈化技術(shù)因其氣體凈化度高、選擇性好而廣泛應用于合成氨、合成甲醇和其他羰基合成、1導向立體傳質(zhì)塔板的開(kāi)發(fā)制氫、城市煤氣和天然氣等氣體凈化裝置中-3)。1.1導向立體傳質(zhì)塔板的結構特點(diǎn)目前應用的變換氣脫硫塔型式較多,有空塔、半在立體傳質(zhì)塔板(CTST)的理論研究和應用基空塔、泡罩塔、浮閥塔、旋流板塔、散裝填料塔、規整礎上,針對脫硫塔壓降低、易堵塞、易發(fā)泡的特點(diǎn)填料塔、湍球填料塔、復合塔等,但大多數處于20世和擴能改造的需要,開(kāi)發(fā)出導向立體傳質(zhì)塔板紀50-60年代水平,存在阻力大、處理量小、效率(CTST8)。導向立體傳質(zhì)塔板保留了立體傳質(zhì)塔作者簡(jiǎn)介:劉繼東(1973-),男副教授,研究方向為傳質(zhì)與分離過(guò)程、流體力學(xué),E-mail:liy@163.com;李春利,通訊聯(lián)系人,Emalcletst@163.com劉繼東等導向立體傳質(zhì)塔板在低溫甲醇洗裝置中開(kāi)發(fā)應用11板的梯形罩體結構對罩頂部分作了改進(jìn),在原分離超過(guò)20(m/s)(kg/m3)2,而CTST8空塔動(dòng)能因板上開(kāi)孔并增加了導向板,其結構示意見(jiàn)圖1。子可達3.0(m/s)(kg/m3)2以上。這就為提高脫硫塔凈化氣處理能力和有效控制帶液提供了保障。0.150.06圖1CTT8帽罩結構示意圖I Schematic diagram of CTST-8 structure2.63.0343.81.2導向立體傳質(zhì)塔板的流體力學(xué)性能導向立體傳質(zhì)塔板的流體力學(xué)性能實(shí)驗在直徑圖3導向噴射塔板霧沫夾帶變化曲線(xiàn)為600mm的有機玻璃實(shí)驗塔內進(jìn)行。實(shí)驗塔溢流Fig 3 Entrainment curve of CTST-8堰長(cháng)420mm,堰高30mm,塔內設氣體分布板和霧沫捕集器。實(shí)驗板上排列3個(gè)帽罩,塔板開(kāi)孔率將實(shí)驗數據關(guān)聯(lián)得到下列關(guān)系式:e,=7.156×10"2F1叫h26(2)10%。實(shí)驗研究了塔板的以下幾項流體力學(xué)性能。(3)漏液Q1(1)濕板壓降Ap從圖4可以看出,導向立體傳質(zhì)塔板的漏液點(diǎn)由于導向立體傳質(zhì)塔板將立體傳質(zhì)塔板頂部分比立體傳質(zhì)塔板又有所降低。其主要原因是分離板開(kāi)孔,使罩內氣液二相出罩阻力有所減小,所以離板開(kāi)孔后,有效降低了罩內壓力更有利于液體提板壓降降低,有利于節約能耗。圖2是CTST8的板升,減小了漏液的可能性(因為罩內壓力是造成漏壓降變化情況。與其他類(lèi)型塔板壓降變化趨勢相液的一個(gè)重要原因)。漏液點(diǎn)的降低進(jìn)一步增大了近,濕板壓降隨板孔動(dòng)能因子F和板上液層高度塔板的操作彈性,有利于塔的穩定操作。hL的增加而增大,變化趨勢也比較平穩。2圖4導向噴射塔板漏液量變化曲線(xiàn)圖2導向噴射塔板板壓降變化曲線(xiàn)Fig. 4 Weeping curve of CTST-8Fig 2 Total pressure drop of CTST-8從以上導向立體傳質(zhì)塔板的流體力學(xué)性能可以將實(shí)驗數據進(jìn)行關(guān)聯(lián)得到看出,CTST8不僅保留了立體傳質(zhì)塔板具有自沖刷A.=259×1op+910n.(1)能力(抗堵)和消泡能力外,其他流體力學(xué)性能也有所改善。(2)霧沫夾帶e圖3給出了導向立體傳質(zhì)塔板的霧沫夾帶e的2導向立體傳質(zhì)塔板在低溫甲醇洗脫硫塔中的應變化情況?？梢?jiàn),在空塔動(dòng)能因子F低于2.2時(shí)霧用沫夾帶量幾乎為0。一般情況下CTST8的氣相操山西天脊煤化工集團(原山西化肥廠(chǎng))由于合作上限由霧沫夾帶控制,其上限與CTNT相近?。成氨擴產(chǎn)的需要,計劃低溫甲醇洗裝置中的脫硫塔與F1型浮閥板相比,若以1kg氣體夾帶0.1kg液在原塔徑及塔內固定件不變的前提下,采用先進(jìn)的體作為氣相操作上限,F1型浮閥空塔動(dòng)能因子不會(huì )塔盤(pán)技術(shù)達到擴產(chǎn)50%目的?；瘜W(xué)工程200年第35卷第3期2.1原塔基本結構尺寸及改造工藝條件變換氣脫硫塔塔徑2350mm,裝有81層浮閥塔板塔板間距為40m,液流型式為雙溢流。操作壓力2.5MPa,操作溫度-30℃。變換氣經(jīng)預洗y(脫除粗煤氣中的輕油、氫氰酸、水等雜質(zhì))后進(jìn)入上下限E脫硫塔,用-30℃的甲醇1.69×103kg/h吸收脫除硫化氫和有機硫。原設計處理變換氣量標準狀態(tài)下約120000m3/h。要求改造后變換氣的處理量增加圖5板孔/空塔動(dòng)能因子核算結果到標準狀態(tài)下180000m3/h,同時(shí)要求塔出口氣相5 Simulated results of Fr and Fo中p(H1S)≤2×10-6,p(CH3OH)≤3×10-,全塔壓降小于0.08MPa。此外該塔是在高壓、低溫狀態(tài)下運行,改造過(guò)程中塔內不允許有任何焊接操作。霧連夾帶2.2擴產(chǎn)后塔內水力學(xué)模擬計算根據山西天脊集團提出的改造要求及工藝條800001沫夾帶或漏液限件,對擴能前后脫硫塔內的塔板水力學(xué)進(jìn)行了計算機模擬,見(jiàn)表1。表1改造前后操作參數比較0.0001Table 1 Comparison of hydraulics parameters圖6霧沫夾帶、■液、板壓降核算結果數改造前①改造后Fig 6 Simulated results of e,. QL and Apw變換氣量/(m3h)120975l83243甲醇量/(kg·h-1)1.69×1031.69×105F1/(m·s-1kg"2·m2)1.43降液管內清液層高度☆降液管液體停留時(shí)間48/7348/73(中間兩側)o000a112帶液情況較輕嚴重帶液板壓降/Pa750-950970-1180①表中改造前后數據均是針對于浮閥板;②標準狀態(tài)下。10152025根據表1的水力學(xué)數據計算結果可以看出,在圖7降液管核算結果處理量提高50%的情況下,塔內氣相空塔動(dòng)能因子Fig. 7 Simulated results of ha and td達到215左右,已經(jīng)超出了浮閥塔板的正常操作上限,板壓降也大幅度增加。由于板壓降增加,降液管ooooO液體下流阻力增大,使降液管液層高度已經(jīng)超過(guò)了塔板間距,造成淹塔。所以在保持原有浮閥塔板不變的基礎上進(jìn)行擴能是不可能的,必須選用性能更為優(yōu)越的塔板才能完成擴改任務(wù)?！鳌鳌鳌鳌鳌鳌鳌鳌鳌鳌鳌鳌鳌鳌鳌鳌鳌鳌鳌鳌鳌鳌鞲鶕鲜霾僮鳁l件,開(kāi)發(fā)出了CIST8型塔板在大量塔板流體力學(xué)實(shí)驗的基礎上,為天脊集團提10152025供了切實(shí)可行的改造方案。在脫硫塔外殼、塔板數、圖8塔板溢流強度核算結果支撐件和降液管均不變的條件下,僅用CTST8型塔Fig8 Simulated results of q.板替代原浮閥塔板,實(shí)現脫硫塔擴產(chǎn)50%的目標應用CTsT8型塔板改造后塔內的水力學(xué)數據見(jiàn)圖從以上水力學(xué)數據可以看出,改造后脫硫塔內的各項指標均在CTsT8的正常操作范圍之內,使用劉繼東等導向立體傳質(zhì)塔板在低溫甲醇洗裝置中開(kāi)發(fā)應用13CTST代替原浮閥塔板完全可以在不改變塔體的體中p(H2S)≤2×106,p(CH3OH)≤3×10-,全情況下達到變換氣處理量提高50%的能力。塔壓降小于0.08MPa的指標。2.3實(shí)際應用結果經(jīng)過(guò)技術(shù)改造后的合成氨變換氣低溫甲醇洗脫符號說(shuō)明:硫塔一次開(kāi)車(chē)成功已通過(guò)改造所要求的氣量。經(jīng)g重力加速度,m/檢測分析,塔出口氣相中φ(H2S)<2×10°,h4降液管液層高度,mmp(CH3OH)<3×104,全塔壓降小于0.08MPa,完h1板上清液層高度,mm全滿(mǎn)足了擴產(chǎn)要求的指標。調試過(guò)程中,脫硫塔在N-理論板變換氣處理量增加到標準狀態(tài)下19000m3/h時(shí)Q漏液量m3/h仍能穩定運行,充分顯示了CTsT8塔板的優(yōu)越性q溢流強度,m3/(m·h)能t4降液管停留時(shí)間,s山西天脊集團的擴產(chǎn),是國內大化肥裝置首次pe氣相密度,kg/m3對引進(jìn)低溫甲醇洗脫硫塔進(jìn)行改造。實(shí)踐證明,p液相密度kg/m3CTST8型塔板完全可替代國外技術(shù)及產(chǎn)品。低溫甲醇脫硫塔的改造成功,充分體現出 CTST塔板處參考文獻理能力大塔板效率高、阻力低霧沫夾帶小等特點(diǎn)。[1謝倫宏填料旋流板復合脫硫塔的設計與應用[J中同時(shí)該塔板還可應用于脫碳塔、再生塔等設備中,為氮肥,1999,(6):48-50以后同類(lèi)型裝置的擴產(chǎn)及新建裝置的國產(chǎn)化奠定了[2]張振歐合理改造合成氨廠(chǎng)的傳質(zhì)設備[J]化肥設基礎。計,2005,43(2):51-52[3]陳立包宗宏低溫甲醇洗裝置的擴能改造設計[刀]3結論煤炭轉化,2005,28(2):92-96根據山西天脊集團低溫甲醇洗系統脫硫塔增加[4]亢萬(wàn)忠,唐宏青低溫甲醇洗工藝技術(shù)現狀及發(fā)展處理量50%的要求開(kāi)發(fā)出一種新型導向立體傳質(zhì)[J].大氮肥,199,2(4):259-262.塔板(CTST8)。對導向立體傳質(zhì)塔板的流體力學(xué)51劉寶菊,目惠生化肥廠(chǎng)氣體凈化裝置擴產(chǎn)改造的研究[J].天津化工,2002,16(6):32性能研究表明,新塔板的壓降比傳統立體傳質(zhì)塔板(CIST)有所降低;漏液點(diǎn)也比傳統立體傳質(zhì)塔板6]劉寶彥,劉金江孫慶軍鼓泡式脫硫塔在合成氨生產(chǎn)中的應用[J].中氮肥,2001,(1):24-25低。通過(guò)實(shí)驗數據關(guān)聯(lián)得到了計算導向立體傳質(zhì)塔]劉繼東呂建華,張競平,等新型立體傳質(zhì)塔板及其板的濕板壓降和霧沫夾帶的關(guān)聯(lián)方程。流體力學(xué)性能[J].化工學(xué)報,2005,56(6):1144將導向立體傳質(zhì)塔板用于山西天脊集團低溫甲1149醇洗系統脫硫塔的擴產(chǎn)改造,順利完成了脫硫塔中[8]李春利,于文奎李柏春等CIST塔板的性能與工業(yè)變換氣處理量提高50%的要求,而且滿(mǎn)足了出塔氣應用[J].煉油,2000,5(1):51-57