苯菲尔热钾碱脱碳系统扩产改造小结

李俊成

(云南解化清洁能源开发有限公司解化化工分公司, 云南开远 661600)

苯菲尔热钾碱脱碳系统建成投用时间为1993年，用于制取合格H2、N2。该工艺通过热钾碱溶液对气体的吸收操作，脱除变换气中的CO2气体，使净化气中CO2含量达到工艺规定指标并送往后序甲烷化生产系统。通过再生解吸出来的较纯净的CO2气体作为原料送尿素装置。

随合成氨系统产能不断提高，作为合成氨气体净化工序的重要部分，苯菲尔热钾碱脱碳系统效率低、调节余地小等问题逐渐成为高负荷生产的瓶颈[1-2]。

1 改造前情况

苯菲尔热钾碱脱碳系统设计净化气体积流量为31 000 m3/h, 净化气中CO2体积分数为1.5%。由于此系统串联甲烷化炉，生产工艺发生变化，要求净化气中 CO2体积分数达到 0.4%以下。

改造前，苯菲尔热钾碱脱碳系统中的吸收塔为板式塔，已经发生液泛，并且液体溢流强度大、塔盘效率低，无法保证吸收效率。因此净化气体积流量仅为22 000 m3/h，CO2体积分数为0.3%。如果提高变换气的处理量,则出口CO2体积分数不到0.4%。

2 存在的问题

2.1 吸收塔

塔体直径为φ2 200 mm，塔高为36 000 mm。该塔上段装φ50.0 mm×25.0 mm×1.0 mm阶梯环填料(材质为Q235-A)，填料总高为10 000 mm。下段设置22层筛板，双溢流结构，降液管面积占塔截面积的22.6%，塔板间距为650 mm。通过水力学分析，若要达到设计负荷，采用板式塔易造成吸收塔发生液泛现象，且溢流强度大、塔盘效率低，无法保证吸收效率。

2．2 再生塔

塔体直径为φ2 800 mm，塔高为41 480 mm。该塔上段装φ50.0 mm×25.0 mm×1.0 mm矩鞍环填料(材质上部为0Cr18Ni9，中间为Q235-A，下部为0Cr18Ni9)，填料总高为11 000 mm。通过水力学分析，此种通量可以满足要求，但是此种填料效率低，无法满足再生塔上段理论板数的要求。下段设置φ38.0 mm×19.0 mm×0.8 mm阶梯环填料(材质上部为0Cr18Ni9，中间为Q235-A，下部为0Cr18Ni9)，填料总高为9 000 mm。通过水力学分析，38#阶梯环填料的通量可以满足要求，但是，此种填料效率低，无法满足再生塔下段理论板数的要求。

2.3 系统运行情况

改造前，吸收塔和再生塔采用的液体分布器喷淋点数较少、结构不合理、液体分布效果不好。汇总改造前系统运行数据，见表1。

由表1可知:

表1 改造前运行数据

(1) 当净化气体积流量为23 000 m3/h时，净化气CO2体积分数超过工艺指标(≤0.4%)，再增加脱碳溶液量已没有作用。

(2) 贫液再生度在1.25～1.35范围内，半贫液再生效果差，再生度偏离指标(1.35～1.45)。

3 改造措施

3.1 总体思路

结合设备条件及生产要求，对整个苯菲尔热钾碱脱碳系统进行工艺模拟计算和分析。要保证净化气CO2的体积分数在0.4%以下，可调整溶液循环量，当贫液体积流量为180 m3/h、半贫液体积流量为320 m3/h时，苯菲尔热钾碱脱碳系统能满足净化气处理体积流量为31 000 m3/h、CO2体积分数≤0.4%的要求。此外，还需对整个苯菲尔热钾碱脱碳系统吸收塔和再生塔进行塔内件改造。

3.2 吸收塔内件改造

将吸收塔顶部贫液分布器更换为管式液体分布器，顶部液体分布器更换为新型槽盘式液体分布器(天津大学专利产品)，保证气体及液体分布更加均匀。该分布器具有压降低、抗夹带、占位低、安装方便等优点[3-4]。

将上段(贫液吸收段)总高为10 000 mm的50#阶梯环散堆填料全部更换为38#增强型矩鞍环散堆填料。该填料具有效率高、通量大、理论板数高的优点，可提高吸收效果。经合理优化排布塔的空间高度，填料装填高度可以增至10 600 mm。

将吸收塔下部22层塔盘全部拆除，全部更换为50#增强型矩鞍环散堆填料，填料总高为116 000 mm(上段高度为6 000 mm，下段高度为5 600 mm)。此种填料能够保证理论板数和增加负荷后通量的要求。同时该填料具有效率高、压降低、抗堵塞的优势。

将中部半贫液入口管更换为管式液体分布器，填料上方全部采用新型槽盘式液体分布器。填料段之间增设1个人孔。

3.3 再生塔内件改造

将富液进口分布管更换为管式进料分布器，以保证液体均匀分布。将顶部液体分布器更换为新型槽盘式液体分布器(天津大学专利产品)，保证气体及液体分布更加均匀。

将上段总高为11 000 mm的50#矩鞍环填料全部更换为ZUPAC2.0型高效规整填料。该填料具有效率高、通量大、理论板数高的优点，能够提高溶液再生效果。中间分布器更换为新型槽盘式集液分布器(天津大学专利产品)。

将下段总高为9 000 mm的38#阶梯环填料全部更换为ZUPAC3.0型高效金属波纹填料。该填料在通量相当的情况下，理论板数至少提高20%，并且具有抗堵塞、不易发泡的优势。

4 改造效果

改造后运行数据汇总见表2。

由表2可知：再生塔改造后，贫液再生度从1.32左右变为1.28左右，半贫液再生度从1.50左右变为1.43左右，再生效果得到进一步提高，大大提高贫液和半贫液的吸收效果。再生塔上段压差从8 kPa左右下降至1 kPa，再生塔下段压差从40 kPa下降至2 kPa；再生塔提温较改造前更容易，明显改善再生效果，确保再生塔在高负荷下运行不拦液、不带液和压降低。

表2 改造后运行数据

吸收塔改造后，下段填料压差从25 kPa下降至15 kPa，确保了高负荷下运行不拦液、不带液。吸收塔上段填料改型、下段筛板改填料，有效提高了吸收面积；液体分布器的换型改造，使脱碳液的分布更加均匀，提高了吸收效率。

5 结语

脱碳设备改造后，脱碳效率稳定；生产负荷也由原来的22 000 m3/h提高到33 000 m3/h，且能保障净化气中CO2体积分数≤0.4%，合成氨产量提升；脱碳系统操作弹性更大，连续稳定性更好，实现了改造预期目标。