低溫甲醇洗半貧液流程吸收塔縮徑方案對比

李 會

(北京華福工程有限公司，北京 100015)

低溫甲醇洗工藝是德國林德公司和魯奇公司于上世紀50年代開發的采用物理吸收方法的一種酸性氣體凈化工藝。該工藝以低溫甲醇為吸收溶劑，利用甲醇在溫度較低時對酸性氣體溶解度極大的優良特性，脫除原料氣中的酸性氣體。低溫甲醇洗能夠脫除有效原料氣體的H2S、COS、CO2等組分，與其它吸收技術相比具有一定的優越性，特別是在壓力高、規模大的化工工業化裝置中，技術優勢更為顯著。吸收塔是低溫甲醇洗工藝中的核心設備，本文主要介紹吸收塔縮徑方案對比結果。

1 概述

本文研究低溫甲醇洗半貧液工藝流程中吸收塔設計方案對比，其中流程描述如下：

吸收塔自上而下分為H2S吸收段、CO2吸收段。

H2S吸收段：原料氣中的H2S和COS在吸收塔H2S吸收段被吸收，出H2S吸收段的氣體中H2S+COS小于1×10-6，氣體再導入吸收塔上部CO2吸收段。H2S吸收段的洗液是來自于CO2吸收段吸收CO2后的無硫富甲醇，由于H2S和COS在甲醇中的溶解度高于CO2，所以僅需用CO2吸收段排出甲醇的一小部分進入H2S吸收段，吸收了H2S和COS后成為含硫富甲醇，它從H2S吸收段底部引出，經含硫甲醇冷卻器、含硫甲醇第二換熱器降溫，減壓后送到含硫富甲醇閃蒸槽。

CO2吸收段：經脫硫后的原料氣進入CO2吸收段，采用熱再生塔來的熱再生貧甲醇作為精洗甲醇，采用H2S濃縮塔來的低壓閃蒸半貧甲醇作為主洗甲醇洗滌CO2。塔頂引出的凈化氣中CO2含量滿足合成氨生產的要求(CO2≤10×10-6、H2S+COS≤0.1×10-6)。

本文以某大化肥項目的數據為設計基礎，恰好屬于壓力高、大規模工業化裝置，設計基礎數據如表1。

表1 設計基礎數據

2 模擬計算數據

2.1 吸收塔整體模擬

本項目中原料氣氣量比較大，流程采用比較節能的半貧液流程，根據半貧液的特點，在半貧液加入盤作為分界點，可以分為兩段，也就是說脫碳段的吸收液有2股進料，分別為半貧液、貧液分別進入CO2主脫段、精洗段。

通過分析表1的數據，原料氣中氣量比較大，需要脫除的酸性氣體的含量達到50%(mol)，采用半貧液流程， CO2的脫除主要在半貧液的主脫段, 進行模擬計算，此段半貧甲醇的液相負荷達到633000 kg/h，氣相負荷147000 kg/h，可以看出其中的CO2在半貧液的吸收中基本被脫除。液相負荷是吸收塔設計的決定因素。

通過流程模擬，得出半貧甲醇吸收段吸收塔塔徑為4.2 m，根據項目實例，模擬計算出的吸收塔塔徑較大，這對于制造運輸吊裝方案都有新的挑戰。

2.2 吸收塔精洗段模擬分析

而對于精洗段，貧甲醇量比較小，具體模擬結果，氣液相負荷如表2所示。

表2 模擬精洗段氣液相負荷

對比表2中數據，當氣體進入吸收塔頂部，也就是精洗段，CO2含量相對較少，氣相負荷降低85%，貧甲醇的液相負荷也降低55%，氣液相負荷將降低超過50%，為了維持較高的持液量，塔盤采用四溢流形式，為了氣液平衡，可采用上塔精洗段塔徑縮徑，另外上塔直徑縮徑，循環量不變的前提下塔的噴淋密度增加，更有利于塔頂指標的控制。這種設計形式，既能保證了氣液相負荷大的下塔氣液相充分接觸，有足夠的停留時間，又能在氣液相負荷較小的上塔降低造價。

根據精洗段的氣液相負荷，在維持原設計塔間距不變的情況下，模擬計算精洗段的塔徑為3.4 m。

對比兩種形式的吸收塔，主要區別在于精洗段的塔徑及塔內件設計，針對于本項目的氣量較大，這種縮徑的設計形式優勢顯著。根據吸收塔的兩種設計特點，分別定義為AB兩種方案，吸收塔兩種方案流程圖如圖1，其中101為原料氣，102為凈化氣，201為貧甲醇，202為半貧甲醇。

圖1 設計吸收塔對比流程圖

3 方案對比

表3 精洗段設計結果

通過對表3的計算結果分析，C-101B方案可節約3.5Ni鋼或不銹鋼52.3 t，此段節約鋼材比例為52.3/152.5=34.30%。

從施工與吊裝方案角度來說，C-101B方案塔體縮徑，在吊裝方案的制訂與實施中，會降低起重機的起重能力，操作性更便利。

從力學角度來說，B方案避免了頭重腳輕，對于塔的穩定性更好。

4 結論

對于氣量大、壓力高、大規模工業化裝置，采用半貧液流程，吸收塔設計易采用縮徑方案。最顯著的優勢為：

1)降低造價；

2)便于施工安裝，降低起吊重量；

3)從力學角度來說對塔的穩定性好。

本文通過對吸收塔縮徑方案的分析對比，找出其優缺點，這對于工程項目的后續設計具有指導意義。