CN1067598C - 用于传质过程有热反应的板式塔 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用于传质过程有热反应的板式塔，特别适用于传质过程有少量放热反应的吸收清洗塔，如化肥行业中的碳化综合氨回收清洗塔、合成驰放气回收塔、合成两气回收塔等。其结构是在塔内特别设计了升气浓缩塔盘、冷却平衡段塔盘、除沫段，主传质塔盘采用垂直筛板塔板，冷却平衡段塔盘与主传质塔盘交错布置。本发明的主要特点是传质效率高，气体处理能力大，排放气中NH₃、CO₂含量低。软水用量少，杜绝了稀氨水排放造成的浪费与污染。

Description

用于传质过程有热反应的板式塔

本发明涉及一种传质过程有热反应的板式塔，特别是涉及传质过程中有少量放热反应的板式塔，如化肥行业中的碳化综合氨回收清洗塔、合成驰放气回收塔，及合成两气回收塔。

在化肥行业，特别是中小氮肥厂，目前生产中使用的碳化综合氨回收清洗塔，合成驰放气回收塔、合成两气回收塔大多为传统结构的泡罩塔。这种结构的回收清洗板式塔，尽管目前仍广泛使用，但其不足的地方也是本技术领域所共知的。这就是传质效率低，结构较复杂，维修十分困难，设备易发生堵塞，碳化尾气时常跑高。为了克服尾气跑高，生产中常采用加大软水注入量的方法，这又导致了大量稀氨水产生。无法利用的稀氨水通常是排入地沟，这既污染环境，又造成氨与软水的浪费。为了改进氮肥生产中的这种状况，人们进行了广泛的探索。石家庄开发区正元高效塔器公司将垂直筛板技术用于小氮肥生产，开发出了整个塔的塔盘都为垂直筛板塔盘的回收清洗塔，并申请了中国实用新型专利，于1993年3月16日获得专利权(专利号为ZL92232700.9)。垂直筛板塔盘由筛板和位于筛孔上方的泡罩构成，泡罩壁上加工有与筛孔垂直的通气孔。这种塔盘属于喷射型塔板，传质效率很高。但在氮肥生产中，合成气溶解于水的吸收过程为放热反应，并且溶于水的传质速率随着水温升高而降低。该专利没有注意到这一问题，也没有采取相应的技术措施。因而正元高效塔器公司开发的用于小氮肥生产的碳化综合塔，在夏季生产中，特别是在南方地区的夏季生产中，由于气温水温较高和溶解吸收过程中的放热反应，塔体温度升高，使用效果不佳，尾气中的NH₃气、CO₂气均超过国家标准。企业为了满足生产需要，仍不得不加注大量软水，大量无法利用的稀氨水排放地沟，生产成本和能耗较高，并且尾气中还夹带大量的液沫。因此，在生产实践中，有少数氮肥厂采用该塔后，远远没有达到设计要求，有的厂甚至遗弃该塔，另外寻找新的技术。

针对上述已有技术的不足，本发明的目的在于提供一种在传质过程中，边传质边进行换热，传质效率高，能耗与生产成本低，气体处理能力大，压降低，不易堵塞的回收清洗板式塔。

可以实现本发明目的的回收清洗板式塔，包括有塔体、塔盘、气体进出口、液体进出口和除沫装置，所说的塔盘由垂直式筛板塔盘和筛板塔盘构成，且在筛板塔盘上设置用于冷却或加热吸收液的换热装置，所说的除沫装置设置在塔的最上一层塔盘的上方。

为了更好地实现本发明的目的，本发明还采取了以下技术措施：

塔的最下一层塔盘为帽罩式升气浓缩塔盘，帽罩式升气浓缩塔盘的结构可以设计成由塔板、固置在塔板上的升气筒、与升气筒相配置的帽罩和出液管构成，帽罩设置在升气筒上方，帽罩壁上加工有条形通气孔。

不设置换热装置的垂直式筛板塔盘，其塔盘结构可以设计成由筛板塔板和设置在筛孔上方的泡罩构成，泡罩壁上加工有与筛孔垂直的通气孔，泡罩的沿口面与筛板面平行且有一定间隙。

设置换热装置的塔盘，其上下相邻的塔盘为不设置换热装置的塔盘。当设置换热装置的塔盘不少于2层时，位于塔上部设置换热装置的塔盘其上下不设置换热装置的塔盘层数大于位于塔下部设置换热装置的塔盘其上下不设置换热装置的塔盘层数。

换热装置为换热管轴线与筛板面平行的卧式换热器，换热管的高度不大于塔盘溢流堰的高度。最好是将卧式换热装置设计成弯管抽屉式结构，并在一个塔盘上至少设置两个相互独立的弯管抽屉式换热装置。

本发明采取上述技术措施具有以下比较突出的优点效果：

1．本发明特有的冷却平衡段，即在筛板塔板上设置换热装置的塔盘段，不仅气液能充分接触，有较高的传质效率，还能将传质过程中的溶解热迅速移走，塔温得到有效控制，加速了NH₃快速吸收，气膜控制合理，传质效率明显提高，同时减轻了下段垂直筛板塔盘段的负荷，使稀氨水提浓得以进一步加强，达到了边传质边换热的效果。这也正是本发明区别于正元塔器公司的回收清洗塔的关键所在。

2．本发明用于化肥生产中的碳化综合氨回收清洗塔、合成驰放气回收塔，冷却平衡段塔盘层数不多，一般为3～6层(冷却平衡段塔盘层数根据生产负荷及塔出口NH₃气、CO₂气指标确定)。不设置换热装置的塔盘采用垂直式筛板塔盘结构。垂直式筛板塔盘属于喷射型塔板，有很高的传质效率。因此，整塔的传质效率很高。又由于本发明根据整塔的传质负荷变化及传质溶解热对传质过程的影响，将冷却平衡段塔盘层与非冷却平衡段塔盘层交替设置，并使位于塔上部的冷却平衡段塔盘其上下不设置换热装置的塔盘层数大于位于塔下部的不设置换热装置的塔盘层数，有效地消除了传质溶解热对传质过程不利影响，进一步提高了整塔的传质效率，降低了塔排放气中的NH₃气、CO₂气含量，提高了氨水的浓度，氨得到了回收利用。

3．本发明用升气浓缩塔盘取代已有技术传统结构的升气帽，不仅比已有技术的升气布气段布气更为均匀，而且增加了一层传质段，即气体在进入原有的传质吸收段之前已进行了一次传质过程，降低了气体传质负荷。而吸收液在完成了原有的吸收过程之后又进行了一次吸收过程，提高了吸收液的浓度，吸收液得到了浓缩。并且本发明的升气浓缩塔盘属于泡罩塔盘，操作弹性大，运行平稳，而在塔的运行中，塔下部的气体负荷大，将塔的最下一层塔盘设计成泡罩塔盘，有利于提高整塔的操作弹性和运行平稳性。

4．本发明新增设的除沫装置，能有效脱除气体夹带的液沫，这既回收了有效成份，也为气体的下道工艺过程创造了有利条件。

5．本发明的换热装置采用弯管抽屉式结构换热装置，一个塔板上设置多个相互独立的换热装置(换热装置设置的个数根据塔的直径大小确定)，各层塔盘的塔板都采用筛板。因此，本发明具有压降低，抗堵塞能力强，寿命长，安装方便，维修工作量低。

本发明由于采取了多种有效的创造性技术措施，技术性能十分优良，与已有技术相比，传质效率提高25％左右，气体处理能力提高50％左右，且压降低、抗堵塞能力强、操作弹性大、运行平稳、寿命长、维修工作量低。将本发明用于化肥行业的碳化综合氨回收清洗塔，合成驰放气回收塔，可以产生以下积极效果：

1．在正常工作状况下，夏季每日可以净多回收氨2～4吨(按年产合成氨2.5万吨能力计算)，稀氨水可全部回收，在保证水平衡的条件下，回收塔气体出口NH₃≤0.05g/m³,CO₂≤0.15％，氨水浓度达100～130TT，经合成“两气”净氨塔，气体出口NH₃≤0.1g/m³，并可使回收的氨水浓度提高到180～200TT。

2．碳化工段可取消固定回收塔下段。改造原综合塔后，可做到三塔联合生产，减少设备的投资，提高设备的生产能力。

3．合成系统的“两气”回收，只需对原净氨清洗塔进行改造，即可满足氨系统的回收能力。

4．采用本发明后，可在节水节电，提高氨的回收效率、换热效率和产量，降低成本，增加经济效益和环境保护方面取得显著效果，并能当年收回改造投资。

本发明特别适宜于小塔处理大气量。

本发明除了可广泛适用于化肥行业中的碳化综合氨回收清洗塔、合成驰放气回收塔，合成两气回收塔，也能很好地适用于其他行业有放热反应或吸热反应的传质过程，都能取得很好的效果。

附图1是本发明的整体结构示意图。

附图2是附图1中的垂直筛板的结构示意图。

下面结合着附图说明，给出本发明的一个实施例，并通过实施例对本发明做进一步详细描述。

实施例是本发明在四川中江某氨肥厂的工业实验。以本发明对该厂原有φ1600/φ2000回收清洗进行改造。该厂生产能力为年产2.5万吨合成氨。以天然气为原料，造气系统采用CCR流程，碳化系统采用三塔流程。改造前，回收清洗塔采用传统的泡罩塔型，其传质效率低，维修十分困难，设备易发生堵塞。碳化尾气时常跑高。生产中采用加大软水量来控制，软水加入量每小时高达20m³以上，塔出口尾气氨含量达1.5g/m³，稀氨水排入地沟，既污染环境，又造成氨和软水的浪费。

改造的方案是对原塔上部直径为φ1600的碳化综合氨回收清洗塔进行改造，改造的具体内容是：将φ1600的原塔体加高，塔体1内共设置15层塔盘，其中冷却平衡段塔盘4层，即在筛板上设置冷却装置的塔盘4层，不设置冷却装置的垂直筛板塔盘10层，塔的最下一层为升气浓缩塔盘3，在最上一层塔盘的上方1.5米的地方设置除沫装置9。冷却平衡段塔盘层5与非冷却平衡段塔盘层4在塔内的布局，从塔的上部至塔的下部依次为：三层垂直筛板塔盘→一层冷却平衡段塔盘→三层垂直筛板塔盘→一层冷却平衡段塔盘→二层垂直筛板塔盘→一层冷却平衡段塔盘→一层垂直筛板塔盘→一层冷却平衡段塔盘→一层垂直筛板塔盘→一层升气浓缩塔盘。冷却平衡段塔盘5由筛板塔板和安置在塔板上的弯管抽屉式结构的冷却装置6构成，冷却装置的换热管轴线与塔板面平行，冷却装置的换热管不高于溢流堰。一层塔板上设置三个相互独立的冷却装置6。非冷却平衡段塔盘层为垂直筛板塔盘，由筛板塔板19和设置在筛孔20上方的泡罩17构成，泡罩壁上均匀地加工有通气孔18，通气孔的方向与筛孔的方向垂直。泡罩沿口面与塔板面平行且有一定距离。升气浓缩塔盘3由塔板15，固置在塔板上的10根升气筒13，与升气筒相配置的帽罩12和位于塔板之上的氨水出口接管2构成，帽罩固置在升气筒的上方，帽罩壁四周加工有条形通气孔14。软水进口接管8位于最上一层塔盘之上，稀氨水进口接管7位于从下向上数的第6层塔盘之上，气体从进口接管16进入塔底部，经与稀氨水、软水传质后从位于塔体顶部的出口接管10排出。11是检修入孔。塔所有的零部件均用环氧树脂涂刷四遍进行防腐处理。

用本发明进行技术改造后的碳化综合氨回收清洗塔，通过满负荷开车试运行(满负荷为175m³/min)，测得主要技术指标如下：

压缩机工作负荷：175m³/min；

软水流量：3.0m³/h；

塔温：36℃

尾气出口NH₃含量：0.071g/m³；

尾气出口CO₂含量：0.02％

稀氨水浓度达：74～76TT

以上测试数据表明，该设备改造后的工艺指标优于部颁标准，减少了循环量，节约了能耗，杜绝了稀氨水排放，碳化实现了水平衡，消除了因稀氨水排放对环境的污染。

根据上述工艺指标测算，每年多回收氨400吨，价值72万元；节电7.92KWh，价值3.6万元；节水14.4万吨，价值8.64万元。经济效益十分显著。

Claims (7)

1．用于传质过程有热反应的板式塔，包括有塔体(1)、塔盘、气体进出口、液体进出口和除沫装置，其特征是所说的塔盘由垂直式筛板塔盘(4)和筛板塔盘(5)构成，所说的筛板塔盘(5)上设置有用于冷却(或加热)吸收液的换热装置(6)，所说的除沫装置设置在塔的最上一层塔盘的上方。

2．根据权利要求1所述的板式塔，其特征是塔的最下一层塔盘为帽罩式升气浓缩塔盘(4)，由塔板(15)，固置在塔板上的升气筒(13)，与升气筒相配置的帽罩(12)和出液接管(2)构成，帽罩设置在升气筒上，帽罩壁上加工有条形通气(14)。

3．根据权利要求1所述的板式塔，其特征是所说的垂直式筛板塔盘由筛板塔板(19)和设置在筛孔(20)上方的泡罩(17)构成，泡罩壁上加工有与筛孔(20)垂直的通气孔(18)，泡罩的沿口面与筛板面平行且有一定间隙。

4．根据权利要求1或2或3所述的板式塔，其特征是设置换热装置的塔盘其上下相邻的塔盘为不设置换热装置的塔盘。

5．根据权利要求4所述的板式塔，其特征是当设置换热装置的塔盘不少于两层时，位于塔上部设置有换热装置的塔盘其上下不设置换热装置的塔盘层数，大于位于塔下部设置有换热装置的塔盘其上下不设置换热装置的塔盘层数。

6．根据权利要求5所述的板式塔，其特征是所说的换热装置为换热管轴线与筛板面平行的卧式换热器，换热管的高度不大于塔盘溢流堰的高度。

7．根据权利要求6所述的板式塔，其特征是所说的卧式换热装置为弯管抽屉式结构，一个塔盘上至少设置两个相互独立的弯管抽屉式换热装置。