CN102963944B - 一种co变换冷凝液汽提塔 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及到一种CO变换冷凝液汽提塔，包括塔体，塔体的顶部设有第一汽提气出口，塔体的底部设有供变换汽提冷凝液排出的液体出口，塔体侧壁的下部设有低压蒸汽进口，塔体侧壁的中上部设有供冷凝液进入塔体的冷凝液进口；其特征在于所述的冷凝液进口有多个，并且这些冷凝液进口并排间隔设置；同时，所述塔体侧壁的中部还设有供氨蒸汽排出的第二汽提气出口。与现有技术相比较，本发明科学合理的利用不同变换冷凝液的温位和能量梯度，节省了用于汽提的低压蒸汽用量，减少了后系统用于冷凝汽提气的循环冷却水用量，并省掉了现有技术中后序程序必须设置的余热回收装置。同时避免二氧化碳和氨在冷凝系统中同时存在的可能性，有效解决铵盐结晶堵塞问题，延长变换装置稳定运行的周期。

Description

一种CO变换冷凝液汽提塔
技术领域
本发明涉及到一种CO变换冷凝液汽提塔。
背景技术
煤气化或渣油气化产生的合成气中含有较高浓度的CO气体，合成气用于生产甲醇或尿素等产品时均需配置CO变换单元，通过与水蒸汽反应将合成气中的部分或绝大部分CO除去，生成与CO等摩尔的氢气。变换反应为了提高转化率和控制床层温度，一般要求加入过量的水蒸汽，变换反应剩余的水蒸汽在余热回收系统降温变成凝液，称之为变换冷凝液。通常变换冷凝液溶解有少量氨和二氧化碳等气体，需送到变换冷凝液汽提塔用蒸汽进行汽提，汽提出氨和二氧化碳等有害气体后，再将变换汽提冷凝液循环补入到变换系统，以减少废水排污总量，提高变换单元水的利用率。
通常CO变换冷凝液的汽提仅设置单台汽提塔，塔体的顶部设有汽提气出口，塔体的底部设有变换汽提冷凝液出口，塔体侧壁的上部设有变换冷凝液入口，塔体侧壁的下部设有汽提蒸汽入口。其工艺流程为：从界区来的低压蒸汽首先进入冷凝液汽提塔的下部，从上游来的变换冷凝液由塔的上部通过喷头均匀喷出，塔的中部装有填料，向下流动的变换冷凝液和向上流动的低压蒸汽在填料层逆流接触，从变换冷凝液中汽提出的含有氨和二氧化碳等有害气体的汽提气从塔顶排出，经过换热降温分液后送火炬系统焚烧，汽提后的变换汽提冷凝液从塔底流出，重新循环补入到变换系统。
设置单台汽提塔主要存在如下缺点：首先是CO变换冷凝液汽提塔从塔顶汽提出的汽提气中同时含有二氧化碳和氨，这样，在后续的冷凝过程中，二氧化碳和氨极易生成铵盐结晶物，堵塞管道和冷凝器；其次是进入冷凝液汽提塔的变换冷凝液来自上游不同设备，且温度也不尽相同的几股流体的混合物流，同时从冷凝液汽提塔侧壁的上部一次性加入，没有充分利用好不同物流的温度梯度，也就是说对几股物流的温位和能量利用不够科学合理，其结果是出冷凝液汽提塔的汽提气温度较高，增加了后序程序中汽提气的冷凝循环用水量以及用于汽提的低压蒸汽用量。
又如专利号为ZL 200910098944.6的中国发明专利所公开的《一种CO变换中工艺冷凝液的汽提方法》，为了解决变换冷凝液汽提系统发生铵盐结晶堵塞的问题，其采用两个汽提塔分别对二氧化碳和氨进行汽提，避免了二氧化碳和氨在冷凝系统中同时存在的可能性，延长了变换装置稳定运行的周期。但仍然存在出二氧化碳汽提塔的汽提气温度较高，后序工序必须对汽提气进行冷凝，冷凝循环用水量高，能耗高；其次是汽提塔操作系统控制复杂且欠稳定，原因是两个汽提塔是通过管道连接，需要分别控制上塔和下塔的操作压力来控制汽提蒸汽的二次分配量和抽氨量，任何一个汽提塔在运行时发生压力波动，均会波及另外一个塔的压力稳定，进而影响汽提蒸汽的二次分配量和抽氨量，所以说控制比较复杂且稳定性不太理想。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种能有效利用不同物流的温差、控制简单、操作稳定且能将汽提气中氨和二氧化碳分离的CO变换冷凝液汽提塔。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该CO变换冷凝液汽提塔，包括塔体，塔体的顶部设有第一汽提气出口，塔体的底部设有供变换汽提冷凝液排出的液体出口，塔体侧壁的下部设有低压蒸汽进口，塔体侧壁的中上部设有供冷凝液进入塔体的冷凝液进口；其特征在于所述的冷凝液进口有多个，并且这些冷凝液进口并排间隔设置；同时，所述塔体侧壁的中部还设有供氨蒸汽抽出的第二汽提气出口。
各所述冷凝液进口所在位置对应塔体部分的直径不相同，且塔体从上到下直径依次增大。由于塔底的气相负荷最大，塔的中部将氨蒸汽抽出后，塔的气相负荷相应变小，另外液相负荷是由塔顶到塔底逐级增加，所以采用变径塔体，使塔的气液相负荷的匹配始终处于最佳状态，进而使塔操作稳定且汽提分离效果好，同时可节省塔体的设备材料投资约20％。
较好的，所述的冷凝液进口有2-3个。
对应于各所述的冷凝液进口所述塔体内还设有将变换冷凝液向下均匀喷出的多个凝液分布器，各所述凝液分布器对应连接各所述的冷凝液进口。
所述的凝液分布器包括与所述的冷凝液进口相连通的直液管和间隔设置在该直液管上的多个弧形的支管，各所述支管的两端分别连通所述的直液管；并且所述的直液管和各所述的支管朝向所述塔体底部一侧的管壁均设有多个出液孔，并且各出液孔的截面积之和大于等于1.5倍的所述变换冷凝液进口的截面积。
各所述的支管大致呈同心圆设置。
所述塔体内还设有能将低压蒸汽在塔体内均匀喷出的低压蒸汽分布器，该低压蒸汽分布器连通所述的低压蒸汽进口。
所述的低压蒸汽分布器包括与所述的低压蒸汽进口相连通的主气管，该主气管朝向所述塔体底部一侧的管壁上设有出气缺口，出气缺口的横截面积大于等于1.5倍的所述低压蒸汽入口的截面积。
与现有技术相比较，本发明将来自上游的变换冷凝液根据温度的不同，分成多股物流分别进入冷凝液汽提塔的不同部位，科学合理的利用不同变换冷凝液的温位和能量梯度，节省了用于汽提的低压蒸汽用量，减少了后系统用于冷凝汽提气的循环冷却水用量，并省掉了现有技术中二氧化碳汽提塔后序程序必须设置的余热回收装置。同时，根据二氧化碳和氨在变换冷凝液中被汽提出的难易程度，将变换冷凝液中的二氧化碳在塔的顶部汽提出，氨在塔的中部汽提抽出，避免二氧化碳和氨在冷凝系统中同时存在的可能性，有效解决铵盐结晶堵塞问题，汽提塔控制简单、操作稳定，延长了变换装置稳定运行的周期。
附图说明
图1为本发明实施例1装配结构的平面示意图；
图2为本发明实施例1中冷变换冷凝液进口分布器的平面示意图；
图3为沿图2中A-A线的剖视图；
图4为沿图2中B-B线的剖视图；
图5为本发明实施例1中热变换冷凝液进口分布器的平面示意图；
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
以下结合附图实施例来详细说明本发明。
如图1至图7所示，该CO变换冷凝液汽提塔包括：
塔体1，本实施例中的塔体从上至下由上封头14、上段筒体12、过渡段10、中段筒体8、过渡段6、下段筒体3和下封头1焊接而成，下段至上段筒体直径逐级减小，各段筒体之间通过过渡段连接。塔体1的顶部设有供二氧化碳酸性气排出的第一汽提气出口15，上段筒体12侧壁靠近上封头处设有第一变换冷凝液进口13；中段筒体8侧壁靠近上部过渡段10处设有第二变换冷凝液进口9；塔体的底部即下封头1的底部设有变换汽提冷凝液出口17；下段筒体3侧壁靠近下封头1处设有低压蒸汽进口18；下段筒体3侧壁靠近上部过渡段6处设有氨蒸汽出口16和回流液进口5。
本实施例中的汽提塔的变换冷凝液处理量为60吨/小时。变换冷凝液有两股物流，其中一股是来自第一分离器的工艺冷凝液，温度为40℃，另外一股是来自第二分离器的工艺冷凝液，温度为90℃。温度为40℃工艺冷凝液从第一变换冷凝液进口13进入汽提塔，温度为90℃工艺冷凝液从第二变换冷凝液进口9进入汽提塔。
如果有三股温度不同的物流，也可以设置三个变换冷凝液进口，温度最低的变换冷凝液进口设置的汽提塔的最高处，用于冷凝汽提气体，其余各股变换冷凝液进口位置的确定原则是：要求各股变换冷凝液的温度尽量接近各个进料口处塔盘的操作温度。例如有温度为40℃、90℃、120℃的三股变换冷凝液需要汽提，则温度为40℃变换冷凝液从塔的上部侧壁进入，温度为90℃变换冷凝液从塔的中上部，且塔盘操作温度接近90℃的此处塔盘上部侧壁进入，120℃的流股进入原则同90℃。
当有多股温度不同的物流时，为了简化汽提塔的结构，不宜设置过多的冷凝液进口，以2～3个进口为宜，可以对温差小的流股进行合并，否则会导致塔的直径不同的段数太多，塔的结构太过复杂。
冷凝液分布器2，对应于第一变换冷凝液进口13和第二变换冷凝液进口9设有两个。这两个冷凝液分布器的结构相同，均包括与各自的变换冷凝液进口相连通的直线形的直液管21和多个弧形的支管22。其中，各支管22的两端分别连通直液管21，并且，这些支管大致呈同心圆形分布；直液管21和各支管朝向塔体底部一侧的管壁均设有多个出液孔23，并且各出液孔的截面积之和为3倍的对应的变换冷凝液进口的截面积。
低压蒸汽分布器3，用于将低压蒸汽在塔体内均匀喷出的低压蒸汽分布器，包括与低压蒸汽进口相连通的主气管31，该主气管朝向所述塔体底部一侧的管壁上设有出气缺口32，出气缺口32的横截面积为低压蒸汽入口截面积的3倍。
将本实施例中的CO变换冷凝液汽提塔配套有效气(H2+CO)为85000Nm3/h的一氧化碳变换装置。其处理物流有两股，其中一股是来自变换工序第一分离器的工艺冷凝液，温度为40℃，另外一股是来自变换工序第二分离器的工艺冷凝液，温度为90℃。温度为40℃的工艺冷凝液从第一变换冷凝液进口13进入汽提塔，对塔顶汽提气进行洗涤冷却降温；温度为90℃的工艺冷凝液从第二变换冷凝液进口9进入汽提塔；低压蒸汽从汽提塔的底部进入；两股变换冷凝液和向上流动的低压蒸汽在填料层逆流接触，二氧化碳在上塔首先被汽提出，然后从塔顶排出；在较高温度下溶解在工艺冷凝液中的氨在下塔被汽提出，氨蒸汽从塔的中部被侧抽出，抽出后的部分氨蒸汽经冷凝后返回汽提塔的中部作为回流，其余不凝气送火炬，汽提后的变换汽提冷凝液从塔底流出，重新循环补入到变换系统使用。
对比例
采用背景技术中的汽提塔，变换冷凝液的处理量为60吨/小时。上游来的40℃和90℃两股变换冷凝液混合后一起从汽提塔的上部送入，通过喷头均匀喷出，低压蒸汽从塔的下部引入，向下流动的变换冷凝液和向上流动的低压蒸汽在填料层逆流接触。出汽提塔的汽提气温度在140℃左右，汽提气中同时含有氨、二氧化碳和水蒸气，不能直接排入火炬系统，必须经过后序的冷凝装置换热降温分液后才能送火炬系统焚烧，汽提后的变换汽提冷凝液从塔底流出，重新循环补入到变换系统。冷却水用量大，并且氨和二氧化碳同时存在易发生铵盐结晶堵塞管道，稳定运行周期短。
表1列出了相同处理量的情况下，实施例、对比例和ZL 200910098944.6物耗等具体工艺情况。
表1
对比例中由于从汽提塔顶汽提出的汽提气中同时含有二氧化碳和氨，在后续的冷凝过程中，二氧化碳和氨生成铵盐结晶物不可避免，因此管道和冷凝器堵塞情况严重。其最长运行周期为4个月。
对比例和ZL 200910098944.6是将不同温度的变换冷凝液一起从冷凝液汽提塔侧壁的上部一次性加入，没有充分利用好不同物流的温度梯度，也就是说对几股物流的温位和能量利用不够科学合理，其结果是出二氧化碳汽提塔的汽提气温度较高，因此后序程序中汽提气的冷凝用水量多，同时用于汽提的低压蒸汽用量也高。由表1可以看出，实施例中出汽提塔的二氧化碳汽提气的温度在40℃，因此不需要冷凝即可送入火炬系统焚烧，省去了汽提塔顶冷凝器，可降低设备投资约20万元，至少节省冷却水用量150吨/小时；而通入汽提塔的蒸汽用量至少可节约2.5吨/小时。

Claims (6)

1.一种CO变换冷凝液汽提塔，包括塔体，塔体的顶部设有第一汽提气出口，塔体的底部设有供变换汽提冷凝液排出的液体出口，塔体侧壁的下部设有低压蒸汽进口，塔体侧壁的中上部设有供冷凝液进入塔体的冷凝液进口；其特征在于所述的冷凝液进口有多个，并且这些冷凝液进口并排间隔设置；同时，所述塔体侧壁的中部还设有供氨蒸汽排出的第二汽提气出口；
对应于各所述的冷凝液进口所述塔体内还设有将变换冷凝液向下均匀喷出的多个凝液分布器，各所述凝液分布器对应连接各所述的冷凝液进口；
所述的凝液分布器包括与所述的冷凝液进口相连通的直液管和间隔设置在该直液管上的多个弧形的支管，各所述支管的两端分别连通所述的直液管；并且所述的直液管和各所述的支管朝向所述塔体底部一侧的管壁均设有多个出液孔，并且各出液孔的截面积之和大于等于1.5倍的所述变换冷凝液进口的截面积。
2.根据权利要求1所述的CO变换冷凝液汽提塔，其特征在于各所述冷凝液进口所在位置对应塔体部分的直径不相同，且从上至下塔体的直径依次增大。
3.根据权利要求2所述的CO变换冷凝液汽提塔，其特征在于所述的冷凝液进口有2-3个。
4.根据权利要求1所述的CO变换冷凝液汽提塔，其特征在于各所述的支管大致呈同心圆设置。
5.根据权利要求1所述的CO变换冷凝液汽提塔，其特征在于所述塔体内还设有能将低压蒸汽在塔体内均匀喷出的低压蒸汽分布器，该低压蒸汽分布器连通所述的低压蒸汽进口。
6.根据权利要求5所述的CO变换冷凝液汽提塔，其特征在于所述的低压蒸汽分布器包括与所述的低压蒸汽进口相连通的主气管，该主气管朝向所述塔体底部一侧的管壁上设有出气缺口，出气缺口的横截面积大于等于三倍的所述低压蒸汽入口的截面积。
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