CN103480244B - 一种大型新结构co2再生塔 - Google Patents
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Abstract
一种大型CO2再生塔，它是一种将CO2富液输送管（中心管）置于塔的中心位置、将加热装置分成若干个安装在塔底部塔釜内的填料塔。CO2吸收富液从再生段与塔釜段之间的进料管进入，沿中心管送至塔顶的液体闪蒸分配器，并自塔顶至塔底逐级经过各段填料传质传热，解吸出的CO2气体上升至塔顶排出，产生的半贫液下降至塔釜段。塔釜内设置加热装置，加热半贫液以脱除其中残存的气体，最终再生成贫液供循环使用。本发明的大型CO2再生塔，降低了大液流量液体输送时产生的振动和热损失，节约投资和占地面积，运行安全稳定。
Description
发明领域
本发明涉及塔设备，它是一种大型新结构CO2再生塔。
背景技术
在石油化工和煤化工等行业的CO2吸收过程中，需要利用再生塔将吸收富液中的CO2解吸出来，再生成吸收贫液供循环使用。在装置的大型化过程中，处理量不断增大，其CO2再生塔的直径也越来越大，大至8米，甚至超过20米。与此同时，如此大型的CO2再生塔必然配套从吸收塔底部送来的大流量吸收富液，其流量每小时高达几千-几万立方米。如此大流量的CO2吸收富液必须通过大型液体输送泵输送至50-70米高的再生塔顶部，并通过顶部的管道分配后再下降至其下方的传质设备内进行传质再生。这时，若将液体输送管如传统的设计那样外置（如附图1所示）就会带来下列两方面缺陷：一是大液流量的CO2吸收富液输送需要大直径的管道（一般在1000-3000mm之间）和大功率的输送设备（功率为1MW-10MW不等），在工作时引起的振动将是不可避免的，它将会影响设备的安全平稳运行，故必须找到相应的固定方式以保证设备的安全性；二是由于吸收富液为110-130℃的高温液体，它在塔外输送时尽管有保温层设计但还会有大量热损失存在，故至塔顶后再生效果将受到一定影响。此外，大型的CO2再生塔下部通常要设置大型再沸器或煮沸器（其加热面积通常为几千-几万平方米），若设置在塔外，不仅热损失较大而且占地面积也较大，故建设和操作成本均较高。
因此有必要寻找其它方式以解决CO2吸收富液的再生问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种将液体输送管和加热装置内置在CO2再生塔内的方法。
本发明的技术方案如下：
一种大型CO2再生塔，如附图2所示，它是将塔内CO2富液输送管（以下简称中心管）置于塔的中心位置，将加热装置（以下简称煮沸器）分成若干个安装在塔釜内，具体结构如下：
再生塔塔体分为三个变径段，自塔顶至塔底依次为：闪蒸段（2-1）、再生段 （2-2）和塔釜段（含裙座）（2-3），各段直径由操作负荷确定，一般地，塔釜段直径略大于或等于闪蒸段，再生段直径小于其余两段，闪蒸段（2-1）底部有闪蒸段底部封头（3-5），闪蒸段底部封头（3-5）为碗形，闪蒸段底部封头（3-5）将闪蒸段（2-1）与再生段（2-2）隔断，闪蒸段（2-1）底部有闪蒸段底部抽出口（2-4），闪蒸段底部封头（3-5）上有升气管（3-1）和溢流管（3-2）；再生段（2-2）与塔釜段（2-3）之间有隔板将再生段（2-2）和塔釜段（2-3）隔断，隔板上也有升气管和中心溢流管（2-13），中心溢流管（2-13）从再生段（2-2）中心直插到塔釜段（2-3）的下部，再生段（2-2）内的半贫液沿此管溢流至下方的塔釜段（2-3）；再生塔的传质传热、流体分配和支撑构件的特性均可与现有的CO2再生塔一致；
CO2富液进料管（2-6）由塔外部穿过塔壳从再生段（2-2）下部与塔釜段（2-3）上部之间的空间进入塔内与位于塔中心的中心管（2-12）相连，中心管（2-12）自此垂直向上并直抵塔顶的闪蒸段（2-1）内的液体闪蒸分配器（2-7）；中心管（2-12）沿轴向安装膨胀节（2-8）以减小因热膨胀和重力产生的应力，在与闪蒸段底部封头（3-5）相交处采用可移动的结构（附图3），即在闪蒸段底部封头（3-5）中心处安装一个限位套管（3-3），其直径大于中心管（2-12）外径，中心管（2-12）穿过限位套管（3-3），使得中心管径向移动具有一定的限制，而轴向能够上下伸缩，以免实时卸除操作时由于热胀冷缩造成的内部应力，限位套管（3-3）与中心管（2-12）间的间隙为3-20mm，限位套管（3-3）上端与闪蒸段底部封头（3-5）上的升气管（3-1）上端齐平，限位套管同时起升气管的作用，限位套管（3-3）下端低于闪蒸段底部封头（3-5）底部50-200mm，所述的升气管（3-1）是在闪蒸段（2-1）内密封固定在闪蒸段底部封头（3-5）底部将闪蒸段（2-1）与再生段（2-2）连通的直管，以使闪蒸段（2-1）与再生段（2-2）的气压平衡；塔釜段内置的煮沸器设计成N个（N可以是奇数也可是偶数），沿塔内侧对称布置，相互串联或相互并联，如附图4所示，塔釜段（2-3）底部有贫液输出口。
上述的再生塔，塔内的闪蒸段（2-1）和再生段（2-2）内填充有规整填料或散堆填料，采用的填料必须是既能克服外壁流又能克服内壁流的无壁流或低壁流填料，其壁流率应小于5%，以保证中心管（2-12）内置后全塔的分离效率。
上述的再生塔，所述的再生段（2-2）可以有一级或多级填料层，每一级填料层有液体分布器（2-11）、填料（2-9）、填料支撑（2-10）和隔板，隔板上有升气管和溢流管。
上述的再生塔，所述的再生段（2-2）中部，在中间级填料层的底部可以有再生段中部抽出口（2-5）。
上述的再生塔，所述的液体分布器（闪蒸段和再生段）必须分块制造，分块安装，相互独立又组成一体，在现有再生塔的液体分布器分块基础上，将液体分布器在其与中心管相交处一分为二，相交处的液体分布器需切出与中心管外径相配合的圆弧，且与中心管保持一定间距（一般为5mm-20mm），被分块的液体分布器通过螺栓连接或焊接；液体分布器优选的是无限点液体分布器，液体喷淋密度大于1000点/m2塔截面积，且无偏流发生。
上述的再生塔，所有固定所述的中心管（2-12）的刚性支撑件必须采用柔性固定方式与中心管（2-12）连接，刚性支撑件与中心管（2-12）之间应保持5mm-20mm的距离，使其起到支撑和保护中心管避免操作振动引发失稳作用。
上述的再生塔，各组件材质可根据不同介质选用碳钢或不锈钢。
本发明的大型新结构CO2再生塔是如此运行的：
从吸收塔底部而来的CO2吸收富液沿再生段与塔釜段之间的输送管进入塔内，沿中心管送至塔顶的液体闪蒸分配器，减压闪蒸出的CO2气体从闪蒸分配器的排出，闪蒸后的液体被均分成若干份，进入下部的液体分布器，经液体分布器均匀分布后喷淋至下方的填料，经传质传热后，液相中的CO2气体不断被解吸出并上升至塔顶，而液相则从闪蒸段底部侧面抽出进入下方的再生段。
进入再生段的半贫液依次经过各段液体分布器和填料，解吸出的CO2气体沿塔上升，半贫液在逐段下降的过程中，一部分从再生段中间的抽出口抽出，一部分从再生段底部中心溢流管溢流至塔下段。
溢流至塔下段的半贫液，进入煮沸器加热获取热量，解析出残余的CO2的气体，这时的半贫液已变成贫液，将从塔釜底部被抽出送至吸收塔循环使用。
本发明适用于热钾碱法、醇胺法和混合胺法等方法的CO2再生塔。
本发明的优点：
（1）采用本发明的大型新结构CO2再生塔，避免了高空大管径管道的固定问题， 降低了制造安装的难度和成本，减少了设备的振动，提高了装置运行的安全性和稳定性。
（2）液体输送管内置，避免了输送管的热损失，可以节约再生的能耗。
（3）液体输送管与闪蒸段底部封头采用可移动结构，消除了液体输送管因热胀或冷缩对塔壳产生的巨大应力。
（4）加热装置内置充分利用了塔底部的空间，避免了外置换热器的热损失，同时可节省设备投资。
（5）节省装置建设布置的占地空间。
附图说明
图1为常规设计的CO2再生塔流程示意图。1-1—CO2吸收富液进料，1-2—CO2再生塔，1-3—塔底煮沸器，1-4—塔底循环泵，1-5—再生产生的贫液，1-6—解吸出的CO2气体。
图2为本专利发明的大型CO2再生塔示意图。2-1—闪蒸段，2-2—再生段，2-3—塔釜段，2-4—闪蒸段底部抽出口，2-5—再生段中间抽出口，2-6—富液进料管，2-7—液体闪蒸分配器，2-8—膨胀节，2-9—填料，2-10—填料支撑，2-11—液体分布器，2-12—中心管，2-13—中心溢流管，2-14煮沸器。
图3为中心管与闪蒸段底部封头相交处剖视图。3-1—升气管，3-2—溢流管，3-3—限位套管，3-4—液体输送管，3-5—闪蒸段底部封头。
图4为塔釜段内置煮沸器的俯视图。4-1—煮沸器布置图（N=12），4-2—煮沸器布置图（N=9），4-3煮沸器。
具体实施方式
实施例一：热钾碱法CO2脱碳装置的加压再生塔，原设计再生塔闪蒸段φ8000×14200mm，装有1段3m的SINOPAKⅠ型规整填料；再生段φ6000×30350mm，装有3段6m的SINOPAKⅡ型规整填料；塔釜段φ8000×9500mm；液体分布装置为无限点液体线分布器，塔体材料为Q345R，内件SS304。CO2吸收富液进料量6099m3/h，进料压力0.8MPa，温度115℃，液体输送管直径1200mm，塔顶操作压力0.106MPa，该塔采用降压闪蒸与加热脱吸相结合的工艺。采用本发明，填 料型号及高度维持不变，闪蒸段的液体闪蒸分配器直径1400mm，中心管直径1200mm，采用10块隔板，塔釜内置8台φ1000×7000煮沸器。经操作测试表明：CO2脱除率较原设计（同样塔径液体输送管置于塔外）提高3.5%以上，CO2/t的再生热耗下降6.3%左右，设备投资下降12%左右，而且操作稳定。
实施例二：热钾碱法CO2脱碳装置的加压再生塔，原设计再生塔闪蒸段φ12000×14900mm，装有1段4m的SINOPAKⅡ型规整填料；再生段φ9000×32900mm，装有3段7m的SINOPAKⅡ型规整填料；塔釜段φ12000×10200mm；液体分布装置为无限点液体线分布器，塔体材料为Q345R，内件SS304。CO2吸收富液进料量11588m3/h，进料压力0.8MPa，温度115℃，液体输送管直径1800mm，塔顶操作压力0.12MPa，该塔采用降压闪蒸与加热脱吸相结合的工艺。采用本发明，填料型号及高度维持不变，闪蒸段的液体闪蒸分配器直径2000mm，中心管直径1800mm，采用14块隔板，塔釜内置9台φ1600×8000煮沸器。经操作测试表明：CO2脱除率较原设计（同样塔径液体输送管置于塔外）提高4.1%以上，CO2/t的再生热耗下降7.3%左右，设备投资下降9%左右，操作稳定可靠。
实施例三：热钾碱法CO2脱碳装置的加压再生塔，再生塔闪蒸段φ16000×16200mm，装有1段3m的SINOPAKⅠ型规整填料；再生段φ14000×34400mm，装有3段6.5m的SINOPAKⅡ型规整填料；塔釜段φ16000×11100mm；液体分布装置为无限点液体线分布器，塔体材料为Q345R，内件SS304。CO2吸收富液进料量30876m3/h，进料压力1.0MPa，温度112℃，液体输送管直径2800mm，塔顶操作压力0.11MPa，该塔采用降压闪蒸与加热脱吸相结合的工艺。采用本发明，闪蒸段的液体闪蒸分配器直径3000mm，中心管直径2800mm，采用20块隔板，塔釜内置12台φ2000×8000煮沸器。经操作测试表明：CO2脱除率较原设计（同样塔径液体输送管置于塔外）提高5.6%，CO2/t的再生热耗下降5.8%左右，设备投资下降11%左右，操作一直稳定可靠。
Claims (8)
1.一种大型CO2再生塔，其特征是：它是将塔内CO2富液输送管，以下简称中心管，置于塔的中心位置，将加热装置，以下简称煮沸器，分成若干个安装在塔釜内，具体结构如下：
再生塔塔体分为三个变径段，自塔顶至塔底依次为：闪蒸段(2-1)、再生段(2-2)和含裙座的塔釜段(2-3)，各段直径由操作负荷确定，塔釜段直径略大于或等于闪蒸段，再生段直径小于其余两段，闪蒸段(2-1)底部有闪蒸段底部封头(3-5)，闪蒸段底部封头(3-5)为碗形，闪蒸段底部封头(3-5)将闪蒸段(2-1)与再生段(2-2)隔断，闪蒸段(2-1)底部有闪蒸段底部抽出口(2-4)，闪蒸段底部封头(3-5)上有升气管(3-1)和溢流管(3-2)；再生段(2-2)与塔釜段(2-3)之间有隔板将再生段(2-2)和塔釜段(2-3)隔断，隔板上也有升气管和中心溢流管(2-13)，中心溢流管(2-13)从再生段(2-2)中心直插到塔釜段(2-3)的下部，再生段(2-2)内的半贫液沿此管溢流至下方的塔釜段(2-3)；再生塔的传质传热、流体分配和支撑构件的特性均与现有的CO2再生塔一致；
CO2富液进料管(2-6)由塔外部穿过塔壳从再生段(2-2)下部与塔釜段(2-3)上部之间的空间进入塔内与位于塔中心的中心管(2-12)相连，中心管(2-12)自此垂直向上并直抵塔顶的闪蒸段(2-1)内的液体闪蒸分配器(2-7)；中心管(2-12)沿轴向安装膨胀节(2-8)以减小因热膨胀和重力产生的应力，在与闪蒸段底部封头(3-5)相交处采用可移动的结构，即在闪蒸段底部封头(3-5)中心处安装一个限位套管(3-3)，其直径大于中心管(2-12)外径，中心管(2-12)穿过限位套管(3-3)，使得中心管径向移动具有一定的限制，而轴向能够上下伸缩，以免实时卸除操作时由于热胀冷缩造成的内部应力，限位套管(3-3)与中心管(2-12)间的间隙为3-20mm，限位套管(3-3)上端与闪蒸段底部封头(3-5)上的升气管(3-1)上端齐平，限位套管(3-3)下端低于闪蒸段底部封头(3-5)底部50-200mm，所述的升气管(3-1)是在闪蒸段(2-1)内密封固定在闪蒸段底部封头(3-5)底部将闪蒸段(2-1)与再生段(2-2)连通的直管，以使闪蒸段(2-1)与再生段(2-2)的气压平衡；塔釜段内置的煮沸器设计成N个，N是奇数或偶数，沿塔内侧对称布置，相互串联或相互并联，塔釜段(2-3)底部有贫液输出口。
2.根据权利要求1所述的再生塔，其特征是：所述的塔内的闪蒸段(2-1)和再生段(2-2)内填充有规整填料或散堆填料，采用的填料必须是既能克服外壁流又能克服内壁流的无壁流或低壁流填料，其壁流率应小于5％，以保证中心管(2-12)内置后全塔的分离效率。
3.根据权利要求1所述的再生塔，其特征是：所述的再生段(2-2)有一级或多级填料层，每一级填料层有液体分布器(2-11)、填料(2-9)、填料支撑(2-10)和隔板，隔板上有升气管和溢流管。
4.根据权利要求3所述的再生塔，其特征是：所述的再生段(2-2)中部，在中间级填料层的底部有再生段中部抽出口(2-5)。
5.根据权利要求3所述的再生塔，其特征是：所述闪蒸段或再生段的液体分布器必须分块制造，分块安装，相互独立又组成一体，在现有再生塔的液体分布器分块基础上，将液体分布器在其与中心管相交处一分为二，相交处的液体分布器需切出与中心管外径相配合的圆弧，且与中心管保持间距5mm-20mm，被分块的液体分布器通过螺栓连接或焊接。
6.根据权利要求5所述的再生塔，其特征是：液体分布器是无限点液体分布器，液体喷淋密度大于1000点/m2塔截面积，且无偏流发生。
7.根据权利要求1所述的再生塔，其特征是：所有固定所述的中心管(2-12)的刚性支撑件必须采用柔性固定方式与中心管(2-12)连接，刚性支撑件与中心管(2-12)之间应保持5mm-20mm的距离，使其起到支撑和保护中心管避免操作振动引发失稳。
8.根据权利要求1所述的再生塔，其特征是：所述的各组件材质根据不同介质选用碳钢或不锈钢。
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