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    規整填料在銅液塔中的應用
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    規整填料在銅液塔中的應用

    2019-10-30      閱讀:

    1 概況 

    我廠是以煤為原料造氣的中型合成氨廠,設計能力為年產合成氨150kt,原料氣凈化采用碳丙脫碳和醋酸銅氨液洗滌。在進入銅洗之前,部分氣體通過甲醇塔副產甲醇。銅氨液吸收有害氣體之后,采用蒸汽加熱及減壓使有害氣體溢出,再經水冷、氨冷及加HAC、加氨,使銅氨液得到,恢復吸收的能力。
    內徑為1600mm的銅液塔原采用 50×50×2mm鐵質鮑爾環散堆填料,在18m高填料層中,有2個錐形的液體收集器,以消除銅液自塔頂流下所產生的塔璧效應。在實際生產過程中,原料氣中CO含量為3%時,脫除CO噸氨需銅液量為6.5~7.0m3。由于我廠合成氨系統2~3a為一個大修周期,生產后期常常會出現塔阻力、銅液在塔內偏流的情況。生產負荷變化時,常發生微量高、銅液塔易帶液現象。隨著我廠合成氨產能的進一步擴大(160~180kt/a),銅液塔的生產能力成了制約合成氨生產的瓶頸。如果采用小規格填料來吸收效果,勢必引起阻力的,而增加銅液量,又受到銅泵打液量的限制(離心式銅泵大打液量為125m3/h),因此只能利用高效填料來銅液吸收CO的能力。根據我廠規整填料在氨吸收塔中的應用及各方調研,決定采用新型規整填料代替鮑爾環填料來達到銅液吸收效果和節能、降耗的目的。

    2 我廠使用的規整填料的特點

    我廠銅液塔內件改造由上;ぱ芯吭涸O 計,規整填料型號為SM250Y,是由與水平線成45℃的波紋金屬薄片組成的圓柱體,薄片上均勻分布著 4mm的小孔。規整填料的單元高度為200mm,空隙率為97%,每盤填料直徑為1600mm,與銅液塔內徑相等,每層填料均分成3塊,并用合金絲相扣,以利吊裝清理和重復利用。
    組裝時,相鄰兩盤填料的波紋方向相互垂直交錯,每一段高度為5600mm,整個填料層分3層安裝,每兩層間有液體收集器和再分布器,填料層與分布面總高18m,銅液塔下部依然是駝峰收集器。規整填料與鮑爾環填料的性能比較見表1。
    規整填料在銅液塔中的應用
     SM250Y規整填料具有如下特點。(1)表面積大SM250Y規整填料是由0.15mm的金屬板片用特殊模具沖壓而成的斜波紋板,波紋與塔軸線成一定傾角,且板上沖有 4mm的小孔,其開孔率約為12%。小孔的主要作用是增加氣體在橫向混合液體中的均勻分布。其比表面積達到了250m2/m3,是鮑爾環填料的2倍多,由于其結構的特殊性,使得氣液傳質效率得到了較大的提高。
    (2)壓力降小,生產能力大在實際生產中,使用規整填料,其阻力0.08~0.09MPa,而采用散堆的鮑爾環填料,其阻力降則高達0.15~0.20MPa。在吸收能力方面,使用鮑爾環填料,銅液塔高生產能力為450t/d,而使用規整填料,生產能力高達到550t/d。
    (3)填料表面有效利用率高 
    由于規整填料組裝時相鄰波紋片的波紋方向相反,這樣就在填料盤內部形成許多交叉對稱的規整傾斜通道,氣液兩相在填料塔中不斷呈工形曲線運動,有利于氣液均勻分布和充分接觸,有相對充足的停留時間,且3層填料的層間均有外收集器和再分布器,所以液體在填料塔中與氣體接觸時不會產生積液、死角,避免了塔壁效應,了填料的操作彈性,提高了填料表面的有效利用率。
    3 對銅液塔使用規整填料后的改造
    3.1 銅液過濾機的投用
    我廠采用的是ADA脫硫和碳丙液脫碳,原料氣在進銅洗之前約有2/3氣體經過聯醇生產,因而在進銅洗前,原料氣中的灰塵和硫化氫含量均較高。正常運行過程中,銅液中雜質含量較高,銅液呈灰黑色,在通過規整填料的 4mm小孔時,這種質量的銅液易將規整填料通道堵塞,影響銅液的吸收,甚至容易發生帶液或因堵塞而導致系統停車。我廠在規整填料銅液塔投產之前,使用了廣西澄宇設備廠生產的銅液過濾機,該過濾機通過陶瓷膜的吸附銅液中的雜質,經此機過濾后的銅液質量明顯好轉。該銅液過濾機的銅液過濾能力為3~4m3/h,過濾面積為60m2。使用銅液過濾機前,銅液中懸浮物為25g/L,使用后,懸浮物為3g/L,確保了銅液能較好地通過規整填料。去年,我廠又上了1臺過濾機,使過濾能力達到8m3/h,進一步提高了銅液質量。
    3.2 采用液體收集分配器代替原液體分配錐 
    使用鮑爾環填料時,銅液在銅液塔內常有壁流現象發生,并時常產生泡沫夾帶甚至帶銅液。
    改用規整填料后,我廠對銅液塔內件進行了相應的改造。
    (1)將填料分成3層,以取代原先18m高的鮑爾環填料,且填料層間由原先的壓環改為收集分配器,盡可能減少下流過程中銅液所產生的塔壁效應;使用再分配器,有效地了銅液與氣體的接觸空間,確保了好的吸收效果。
    (2)改造銅液進口分布器。增加了液體分布器的分布管數和孔數,取消了液體分布板。銅液進口分布器改造前、后特性對比見表2。
    表2液體分布器改造前、后特性對比

    分布器改造后,確保了入塔液體在塔內分布的均勻性。由于通過孔板流速降低,有效地提高了氣體產生液泛的速度和銅液塔的能力,減少了夾帶銅液的可能性。
    4 規整填料在銅液塔中的使用狀況 
    在使用規整填料前,由于使用了銅液過濾機,銅液質量相對較好,近幾年來,沒有發生一起因銅液塔問題而導致的系統停車。在規整填料使用初期,由于銅液過濾機投用,銅液質量的提高,使用狀況良好,銅液的吸收效果也有較大的提高。但近幾年由于原料煤中含硫量高,導致了銅液塔內銅液起泡,從而導致氨水塔桶氨水發藍,加入消泡劑后,情況得到了一定改善。
    針對規整填料在使用幾年之后所產生的壓差升高、下部時有略堵的狀況,我廠采取了以下措施加以解決:
    ①利用停車間歇,將入銅洗氣溫度提高,清洗整塔填料;
    ②將蒸汽從銅液塔下部導入,蒸煮下部規整填料;
    ③利用停車機會,用稀氨水進行銅液塔單塔的清洗。通過以上幾種手段,銅液塔運行過程中的系統壓差有明顯的好轉,生產能力明顯提高。表3列出了改造前、后操作數據的比較。通過改造,銅液塔能力提高了近20%。
    規整填料在銅液塔中的應用
    5 經濟效益
    5.1 節電
    由于使用規整填料,同等負荷條件下,銅液耗用量減少10m3/h左右,銅泵電流下降近3~4A,每年以8000h計算,則可節電24.94萬kW·h,以每千瓦小時0.265元計,則年節約費用6.61萬元。
    5.2 節汽
    由于銅液量減少,噸氨汽耗由先前的620kg下降到490kg,以每年產合成氨165kt、噸汽價40元計算,年節省蒸汽費用85.8萬元。
    5.3 節氨
    由于銅液量減少,噸氨加氨量減少約2.3kg,按年產合成氨165kt、噸氨價格2200元計算,則節氨效益為83.49萬元。
    5.4 能力擴大
    由鮑爾環填料改為規整填料后,銅洗能力由原來150kt增加到了175kt。吸收效果的提高,
    消除了因合成氨能力的擴大而導致的銅液量不足這一瓶頸,為合成氨生產能力的擴大提供了充足條件。
    6 結語
    規整填料相對于鮑爾環填料具有較大的比表面積、較高的傳質傳熱性能。我廠用規整填料取代鮑爾環填料的銅液塔改造后,銅液塔具有較大的操作彈性,銅洗能力得到了大幅提高,證明用規整填料替代鮑爾環填料是一項能帶來較高經濟效益的好途徑、好方法。

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