CN205386395U - 应用新材料优化吸收塔 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及化工技术领域，尤其是涉及一种应用新材料优化吸收塔。该应用新材料优化吸收塔包括塔体，所述塔体上固定设置有原料气进口和净化气出口；所述原料气进口靠近所述塔体的塔底，所述净化气出口靠近所述塔体的塔顶；原料气用于从所述原料气进口朝向所述净化气出口的方向流动；所述塔体的最低工作温度为-100℃；所述塔体的最大工作压力为10MPa；所述塔体的形状为回转体；所述塔体采用08Ni 3DR钢材。本实用新型的目的在于提供一种应用新材料优化吸收塔，以降低吸收塔的成本。

Description

应用新材料优化吸收塔

技术领域

本实用新型涉及化工技术领域，尤其是涉及一种应用新材料优化吸收塔。

背景技术

吸收塔(absorptiontower)用以进行吸收操作的塔器；是利用气体混合物在液体吸收剂中溶解度的不同，使易溶的组分溶于吸收剂中，并与其他组分分离。操作时，塔内气液两相的流动方式通常采用逆流操作，从塔顶喷淋的液体吸收剂与由塔底上升的气体混合物在塔中各层填料或塔盘上密切接触，以便进行吸收；从而使吸收了吸收质的液体从塔底排出，净化后的气体从塔顶排出。

板式吸收塔为吸收塔的一种常见类型，是一类用于气液或液液系统的分级接触传质设备，由圆筒形塔体和按一定间距水平装置在塔内的若干塔板组成。广泛应用于精馏和吸收；操作时(以气液系统为例)，液体在重力作用下，自上而下依次流过各层塔板，至塔底排出；气体在压力差推动下，自下而上依次穿过各层塔板，至塔顶排出。每块塔板上保持着一定深度的液层，气体通过塔板分散到液层中去，进行相际接触传质。

现有的大型吸收塔，尤其是大型的板式吸收塔，其塔体采用美国的进口材料，价格高昂；例如塔内径4.2米，塔高近89米，设计压力6.8MPa，设计温度-80℃的吸收塔的塔体采用美国ASME的SA203Gr.E进口材料，其价格高昂。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种应用新材料优化吸收塔，以降低吸收塔的成本。

本实用新型提供了一种应用新材料优化吸收塔，包括塔体，所述塔体上固定设置有原料气进口和净化气出口；

所述原料气进口靠近所述塔体的塔底，所述净化气出口靠近所述塔体的塔顶；原料气用于从所述原料气进口朝向所述净化气出口的方向流动；

所述塔体的最低工作温度为-100℃；

所述塔体的最大工作压力为10MPa；

所述塔体的形状为回转体；所述塔体采用08Ni3DR钢材。

进一步地，所述塔体的高度范围为60m-120m，所述塔体的塔壁的厚度范围为30mm-130mm。

进一步地，所述塔体的高度范围为80m-95m，所述塔体的塔壁的厚度范围为80mm-105mm。

进一步地，所述吸收塔为低温甲醇洗吸收塔。

进一步地，所述塔体的塔身依次包括第一塔区、第二塔区和第三塔区；所述第一塔区和所述第三塔区为圆柱形，所述第二塔区为圆台形，所述第二塔区的大横截面端与所述第一塔区连通，所述第二塔区的小横截面端与所述第三塔区连通；

所述塔底和所述塔顶均为半球形；所述塔底与所述第一塔区连接，所述塔顶与所述第三塔区连接；所述塔底的最大内径与所述第一塔区的内径相等，所述塔顶的最大内径与所述第三塔区的内径相等。

进一步地，所述塔底的壁厚大于所述塔体的塔身的壁厚。

进一步地，所述塔底的壁厚为100mm，所述塔身的壁厚88mm，所述塔顶的壁厚88mm；

所述塔底的最大内径为4.2m，所述塔顶的最大内径为3.4m；

所述塔体的高度范围为85m-95m；所述塔体的最低工作温度为-80℃；所述塔体的最大工作压力为6.8MPa。

进一步地，所述塔体内部固定设置有丝网除沫器；所述丝网除沫器靠近所述塔顶；所述塔体的塔身固定设置有多个人孔，所述人孔与所述塔身可拆卸连接。

进一步地，沿所述塔体的轴向方向，所述塔体内依次间隔固设有多个塔板；所述塔板为浮阀塔板。

进一步地，所述塔底设置有排液口；所述塔体内固定设置有多个破涡器；

所述破涡器靠近所述塔体的内壁且与所述塔板连接，或者所述破涡器与所述排液口连接。

本实用新型提供的应用新材料优化吸收塔的塔体采用08Ni3DR钢材，可满足吸收塔的低温、高压的工作要求，代替了传统采用美国ASME的SA203Gr.E进口钢材；通过现有的价格对比，进口的SA203Gr.E钢材价格约为2.3万元人民币/吨，08Ni3DR钢材价格约为1.7万元人民币/吨，现有的大型吸收塔可达千吨，因此吸收塔的塔体的材料成本费用可节约几百万元人民币，大大降低了吸收塔的投资成本；且08Ni3DR钢材在设计温度下的许用应力大于SA203Gr.E进口钢材在设计温度下的许用应力，因而采用08Ni3DR钢材的吸收塔的塔壁比采用SA203Gr.E进口钢材的吸收塔的塔壁薄，进而吸收塔的塔体的重量减轻，用材量相对减少，进一步降低了吸收塔的投资成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例一提供的应用新材料优化吸收塔的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一提供的应用新材料优化吸收塔的剖视图。

附图标记：

1-塔体；11-原料气进口；12-净化气出口；

13-塔底；14-塔身；141-第一塔区；

142-第二塔区；143-第三塔区；15-塔顶；

2-丝网除沫器；3-人孔；4-塔板；

5-排液口；6-破涡器。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例一

参见图1、图2所示，本实施例提供了一种应用新材料优化吸收塔；图1为本实用新型实施例提供的应用新材料优化吸收塔的结构示意图；图2为本实用新型实施例提供的应用新材料优化吸收塔的剖视图，图中仅示出了部分塔板、破涡器和人孔等；其中图1、图2的第一塔区采用省略画法。

参见图1、图2所示，本实施例提供的应用新材料优化吸收塔(以下简称：吸收塔)，包括塔体1，塔体1上固定设置有原料气进口11和净化气出口12。

原料气进口11靠近塔体1的塔底13，净化气出口12靠近塔体1的塔顶15；原料气用于从原料气进口11朝向净化气出口12的方向流动；原料气例如可以为氢气、甲烷、二氧化碳(CO2)、硫化氢(H2S)、羟基硫(COS)等多种气体的合成气，合成气从塔体1的塔底13进入吸收塔，经过低温甲醇洗法(Rectisol)、聚乙二醇二甲醚法(Selexol)等吸收、净化，将合成气内不需要的气体成分吸收、净化去除，之后从塔体1的塔顶15排出合格的净化气。

塔体1的最低工作温度为-100℃；以满足吸收塔内净化、吸收气体所需的最低工作温度。

塔体1的最大工作压力为10MPa；以满足吸收塔内净化、吸收气体所需的最大工作压力。

塔体1的形状为回转体；塔体1采用08Ni3DR钢材。

本实施例中所述08Ni3DR钢材，为现有材料，是我国近几年研制开发的新材料；08Ni3DR钢材和美国ASME的SA203Gr.E钢板同属于3.5Ni系列钢种。经过几年的实践，已正式纳入压力容器设计标准GB150-2011版本中。

本实施例中所述应用新材料优化吸收塔的塔体1采用08Ni3DR钢材，可满足吸收塔的低温、高压的工作要求，代替了传统采用美国ASME的SA203Gr.E进口钢材；通过现有的价格对比，进口的SA203Gr.E钢材价格约为2.3万元人民币/吨，08Ni3DR钢材价格约为1.7万元人民币/吨，现有的大型吸收塔可达千吨，因此吸收塔的塔体1的材料成本费用可节约几百万元人民币，大大降低了吸收塔的投资成本；且08Ni3DR钢材在设计温度下的许用应力大于SA203Gr.E进口钢材在设计温度下的许用应力，因而采用08Ni3DR钢材的吸收塔的塔壁比采用SA203Gr.E进口钢材的吸收塔的塔壁薄，进而吸收塔的塔体1的重量减轻，用材量相对减少，进一步降低了吸收塔的投资成本。

具体而言，塔体1的高度范围为60m-120m，塔体1的塔壁的厚度范围为30mm-130mm。以满足不同类型吸收塔的高度，并根据08Ni3DR钢材在不同的设计温度下的许用应力，设计相应的塔壁的厚度。

优选地，塔体1的高度范围为80m-95m，塔体1的塔壁的厚度范围为80mm-105mm。以进一步优化吸收塔的高度，并根据08Ni3DR钢材在设计温度下的许用应力，优化设计相应的塔壁的厚度。

优选地，吸收塔为低温甲醇洗吸收塔。

以煤为原料的化工生产中，粗合成气中含有大量多余的CO2、少量的硫化氢(H2S)、羟基硫(COS)等酸性气体，这些酸性气体对生产是不利的，其中的硫化物会造成下游生产中的触媒中毒，必须将其脱除和回收。因此低温甲醇洗的技术核心就是酸性气脱除技术。低温甲醇洗法使用冷甲醇作为酸性气体吸收液利用甲醇在-60°左右的低温下对酸性气体溶解度极大的物理特性。

该工艺以冷甲醇为吸收溶剂，利用甲醇在低温下对酸性气体溶解度极大的优良特性，脱除原料气中的酸性气体。该工艺气体净化度高，选择性好，气体的脱硫和脱碳可在同一个塔内分段、选择性地进行。低温甲醇洗工艺技术成熟，在工业上有着很好的应用业绩，被广泛应用于国内外合成氨、合成甲醇和其他羰基合成、城市煤气、工业制氢和天然气脱硫等气体净化装置中。在国内以煤、渣油为原料建成的大型合成氨装置中也大都采用这一技术。低温甲醇洗脱硫、脱碳技术特点如下：

(a)溶剂在低温下对CO2、H2S、COS等酸性气体吸收能力极强，溶液循环量小，功耗少。

(b)溶剂不氧化、不降解，有很好的化学和热稳定性。

(c)净化气质量好，净化度高，CO2<10ppm，H2S<0.1ppm。

(d)溶剂不起泡。

(e)具有选择性吸收H2S、COS和CO2的特性，可分开脱除和再生。

(f)溶剂廉价易得，但甲醇有毒，对操作和维修要求严格。

(g)该工艺技术成熟，全世界约有87套大中型工业化装置。

(h)低温甲醇洗溶剂在低温(－50℃)下吸收，含硫酸气采用热再生，回收CO2采用降压解吸，脱硫采用气提再生，热耗很低。

由于操作温度低，设备、管道需低温材料，低温材料多采用进口钢材，所以投资较高。

虽然低温甲醇洗工艺投资较高，但与其它脱硫、脱碳工艺相比具有电耗低、蒸汽消耗低，溶剂价格便宜，操作费用低等优点。特别是脱硫的净化度高，对甲醇生产十分有利。

将08Ni3DR钢材应用于低温甲醇洗吸收塔大大降低了其对塔体的材料的投资成本，从而降低了合成氨、合成甲醇和其他羰基合成、城市煤气、工业制氢和天然气脱硫等气体净化装置的成本。

实施例二

实施例二提供了一种应用新材料优化吸收塔，该实施例是在实施例一的基础上对吸收塔改进后的另一技术方案，实施例一所公开的吸收塔的技术特征也适用于该实施例，实施例一已公开的吸收塔的技术特征不再重复描述。

为节约篇幅，该实施例的改进特征同样体现在图1、图2中，因此，结合图1、图2对该实施例的方案进行说明。

参见图1、图2所示，本实施例提供的应用新材料优化吸收塔,塔体1的塔身14依次包括第一塔区141、第二塔区142和第三塔区143；第一塔区141和第三塔区143为圆柱形，第二塔区142为圆台形，第二塔区142的大横截面端与第一塔区141连通，第二塔区142的小横截面端与第三塔区143连通。

塔底13和塔顶15均为半球形；塔底13与第一塔区141连接，塔顶15与第三塔区143连接；塔底13的最大内径与第一塔区141的内径相等，塔顶15的最大内径与第三塔区143的内径相等。现有技术中，塔顶15的最大内径小于塔底13的最大内径，以便于输出一定压力的净化气；通过圆台形的第二塔区142，以使改变塔身14的内径，进而便于使塔身14连接塔底13和塔顶15；

封头是压力容器的重要承压零件，封头的质量好坏直接关系到压力容器的安全运行。塔底13和塔顶15采用半球形的封头，与其他形式的封头相比较，在直径和承压相同的条件下，所需厚度最小，封头容积相同时其表面积最小，用料最省，受力很均匀。

进一步的，塔底13的壁厚大于塔体1的塔身14的壁厚。塔底13的受力比塔身14的受力更大，增加塔底13的壁厚以满足塔底13受力的需求。

优选地，塔底13的壁厚为100mm，塔身14的壁厚88mm，塔顶15的壁厚88mm；

塔底13的最大内径为4.2m，塔顶15的最大内径为3.4m；

塔体1的高度范围为85m-95m；优选地，塔体1的高度为89m；塔体1的最低工作温度为-80℃；塔体1的最大工作压力为6.8MPa。

例如吸收塔是乌兰煤碳集团135万吨/年合成氨、240万吨/年尿素项目低温甲醇洗主项中的关键设备。该吸收塔计划设计采用08Ni3DR钢材作为塔体的材料；预计塔身的内径4.2米，塔体的高度近89米，塔体设计的最大工作压力为6.8MPa，设计的最低工作温度为-80℃，塔底的壁厚为100mm，塔身的壁厚88mm，塔顶的壁厚88mm，将是国内首台高压低温吸收塔的塔体采用08Ni3DR钢材的大型设备，该方案代替了塔体材质为美国ASME的SA203Gr.E进口材料，可为煤化工市场开辟一条新领域，也为低温甲醇洗装置的传统用材观念引领了全新的设计理念。

经过初步计算，SA203Gr.E材料在设计温度下的许用应力为[σ]＝138MPa，塔体的塔身所需要的壁厚为δn＝110mm，塔体的净质量达1247吨。

经过计算后，08Ni3DR材料在-80℃下的设计许用应力为[σ]＝177.8MPa，塔体的塔身所需要的壁厚为δn＝88mm，塔体的净质量达1110吨。

塔体采用SA203Gr.E材料后，不仅塔体材料本身的价格大大降低，而且塔体的重量减轻、用材量减少，进一步降低了吸收塔的投资成本。

从技术方面来看，该吸收塔将是世界上第一台用08Ni3DR钢材制造加工的吸收塔。在此之前，世界各地的吸收塔都是用ASME的SA203Gr.E材料制成的。我们将是第一个吃“螃蟹”的人。此方案如能推广开来，以后会有更多的此类设备用这种即经济又安全的材料来制造，这样势必会大大的降低低温甲醇洗装置的投资成本，这是一个大有发展前景的新技术。

综上所述，本实用新型方案在研发阶段时，我们和国内几家著名的大钢厂进行咨询交流，了解08Ni3DR钢材的各种性能；并和国内7、8家大型容器制造厂家进行技术交流，探讨制造加工的过程；并且还到已经投入运行的类似设备的现场进行观摩后，我们研发编写了《08Ni3DR钢设计、制造技术要求》的内部保密文件，并且绘制了产品设计图纸与计算书，并与专家们进行方案评审，在经过几次的反复和修改后，我们的研发方案得到了专家和业主的认可，现在吸收塔设计图样(属于内部资料)已经完成；申请专利之后，开始制造加工。

参见图1、图2所示，本实施例的可选方案中，塔体1内部固定设置有丝网除沫器2；丝网除沫器2靠近塔顶15；以便通过丝网除沫器2去除净化气中的水分。

进一步地，塔体1的塔身14固定设置有多个人孔3，人孔3与塔身14可拆卸连接。以便通过人孔3检修塔内的塔板等设备、零件。

进一步地，沿塔体1的轴向方向，塔体1内依次间隔固设有多个塔板4；塔板4为浮阀塔板；优选地，浮阀塔板的层数为60层-65层，进一步地，浮阀塔板的层数为64层。浮阀塔板因其具有优异的综合性能，例如生产能力大、操作弹性大、塔板效率高、制造费用低、能较好的适应进料量的变化等，其气液搅动较好，雾沫夹带小，接触时间长，传质效果好。

本实施例的可选方案中，塔底13设置有排液口5；塔体1内固定设置有多个破涡器6；通过破涡器6以保证流体扰动较小，减少液面的波动，便于塔内的低温甲醇与合成气更好的接触，从而更好的去除合成气内的不需要的气体。

破涡器6靠近塔体1的内壁且与塔板连接，以减少塔体1中间的涡流；或者破涡器6与排液口5连接，以减少塔底13的涡流。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种应用新材料优化吸收塔，其特征在于，所述吸收塔包括塔体，所述塔体上固定设置有原料气进口和净化气出口；

所述原料气进口靠近所述塔体的塔底，所述净化气出口靠近所述塔体的塔顶；原料气用于从所述原料气进口朝向所述净化气出口的方向流动；

所述塔体的最低工作温度为-100℃；

所述塔体的最大工作压力为10MPa；

所述塔体的形状为回转体；所述塔体采用08Ni3DR钢材。

2.根据权利要求1所述的应用新材料优化吸收塔，其特征在于，所述塔体的高度范围为60m-120m，所述塔体的塔壁的厚度范围为30mm-130mm。

3.根据权利要求2所述的应用新材料优化吸收塔，其特征在于，所述塔体的高度范围为80m-95m，所述塔体的塔壁的厚度范围为80mm-105mm。

4.根据权利要求1所述的应用新材料优化吸收塔，其特征在于，所述吸收塔为低温甲醇洗吸收塔。

5.根据权利要求1所述的应用新材料优化吸收塔，其特征在于，所述塔体的塔身依次包括第一塔区、第二塔区和第三塔区；所述第一塔区和所述第三塔区为圆柱形，所述第二塔区为圆台形，所述第二塔区的大横截面端与所述第一塔区连通，所述第二塔区的小横截面端与所述第三塔区连通；

所述塔底和所述塔顶均为半球形；所述塔底与所述第一塔区连接，所述塔顶与所述第三塔区连接；所述塔底的最大内径与所述第一塔区的内径相等，所述塔顶的最大内径与所述第三塔区的内径相等。

6.根据权利要求1-5任一项所述的应用新材料优化吸收塔，其特征在于，所述塔底的壁厚大于所述塔体的塔身的壁厚。

7.根据权利要求6所述的应用新材料优化吸收塔，其特征在于，所述塔底的壁厚为100mm，所述塔身的壁厚88mm，所述塔顶的壁厚88mm；

所述塔底的最大内径为4.2m，所述塔顶的最大内径为3.4m；

所述塔体的高度范围为85m-95m；所述塔体的最低工作温度为-80℃；所述塔体的最大工作压力为6.8MPa。

8.根据权利要求1-5任一项所述的应用新材料优化吸收塔，其特征在于，所述塔体内部固定设置有丝网除沫器；所述丝网除沫器靠近所述塔顶；所述塔体的塔身固定设置有多个人孔，所述人孔与所述塔身可拆卸连接。

9.根据权利要求1-5任一项所述的应用新材料优化吸收塔，其特征在于，沿所述塔体的轴向方向，所述塔体内依次间隔固设有多个塔板；所述塔板为浮阀塔板。

10.根据权利要求9所述的应用新材料优化吸收塔，其特征在于，所述塔底设置有排液口；所述塔体内固定设置有多个破涡器；

所述破涡器靠近所述塔体的内壁且与所述塔板连接，或者所述破涡器与所述排液口连接。