低温甲醇洗半贫液流程吸收塔缩径方案对比

李 会

(北京华福工程有限公司，北京 100015)

低温甲醇洗工艺是德国林德公司和鲁奇公司于上世纪50年代开发的采用物理吸收方法的一种酸性气体净化工艺。该工艺以低温甲醇为吸收溶剂，利用甲醇在温度较低时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。低温甲醇洗能够脱除有效原料气体的H2S、COS、CO2等组分，与其它吸收技术相比具有一定的优越性，特别是在压力高、规模大的化工工业化装置中，技术优势更为显著。吸收塔是低温甲醇洗工艺中的核心设备，本文主要介绍吸收塔缩径方案对比结果。

1 概述

本文研究低温甲醇洗半贫液工艺流程中吸收塔设计方案对比，其中流程描述如下：

吸收塔自上而下分为H2S吸收段、CO2吸收段。

H2S吸收段：原料气中的H2S和COS在吸收塔H2S吸收段被吸收，出H2S吸收段的气体中H2S+COS小于1×10-6，气体再导入吸收塔上部CO2吸收段。H2S吸收段的洗液是来自于CO2吸收段吸收CO2后的无硫富甲醇，由于H2S和COS在甲醇中的溶解度高于CO2，所以仅需用CO2吸收段排出甲醇的一小部分进入H2S吸收段，吸收了H2S和COS后成为含硫富甲醇，它从H2S吸收段底部引出，经含硫甲醇冷却器、含硫甲醇第二换热器降温，减压后送到含硫富甲醇闪蒸槽。

CO2吸收段：经脱硫后的原料气进入CO2吸收段，采用热再生塔来的热再生贫甲醇作为精洗甲醇，采用H2S浓缩塔来的低压闪蒸半贫甲醇作为主洗甲醇洗涤CO2。塔顶引出的净化气中CO2含量满足合成氨生产的要求(CO2≤10×10-6、H2S+COS≤0.1×10-6)。

本文以某大化肥项目的数据为设计基础，恰好属于压力高、大规模工业化装置，设计基础数据如表1。

表1 设计基础数据

2 模拟计算数据

2.1 吸收塔整体模拟

本项目中原料气气量比较大，流程采用比较节能的半贫液流程，根据半贫液的特点，在半贫液加入盘作为分界点，可以分为两段，也就是说脱碳段的吸收液有2股进料，分别为半贫液、贫液分别进入CO2主脱段、精洗段。

通过分析表1的数据，原料气中气量比较大，需要脱除的酸性气体的含量达到50%(mol)，采用半贫液流程， CO2的脱除主要在半贫液的主脱段, 进行模拟计算，此段半贫甲醇的液相负荷达到633000 kg/h，气相负荷147000 kg/h，可以看出其中的CO2在半贫液的吸收中基本被脱除。液相负荷是吸收塔设计的决定因素。

通过流程模拟，得出半贫甲醇吸收段吸收塔塔径为4.2 m，根据项目实例，模拟计算出的吸收塔塔径较大，这对于制造运输吊装方案都有新的挑战。

2.2 吸收塔精洗段模拟分析

而对于精洗段，贫甲醇量比较小，具体模拟结果，气液相负荷如表2所示。

表2 模拟精洗段气液相负荷

对比表2中数据，当气体进入吸收塔顶部，也就是精洗段，CO2含量相对较少，气相负荷降低85%，贫甲醇的液相负荷也降低55%，气液相负荷将降低超过50%，为了维持较高的持液量，塔盘采用四溢流形式，为了气液平衡，可采用上塔精洗段塔径缩径，另外上塔直径缩径，循环量不变的前提下塔的喷淋密度增加，更有利于塔顶指标的控制。这种设计形式，既能保证了气液相负荷大的下塔气液相充分接触，有足够的停留时间，又能在气液相负荷较小的上塔降低造价。

根据精洗段的气液相负荷，在维持原设计塔间距不变的情况下，模拟计算精洗段的塔径为3.4 m。

对比两种形式的吸收塔，主要区别在于精洗段的塔径及塔内件设计，针对于本项目的气量较大，这种缩径的设计形式优势显著。根据吸收塔的两种设计特点，分别定义为AB两种方案，吸收塔两种方案流程图如图1，其中101为原料气，102为净化气，201为贫甲醇，202为半贫甲醇。

图1 设计吸收塔对比流程图

3 方案对比

表3 精洗段设计结果

通过对表3的计算结果分析，C-101B方案可节约3.5Ni钢或不锈钢52.3 t，此段节约钢材比例为52.3/152.5=34.30%。

从施工与吊装方案角度来说，C-101B方案塔体缩径，在吊装方案的制订与实施中，会降低起重机的起重能力，操作性更便利。

从力学角度来说，B方案避免了头重脚轻，对于塔的稳定性更好。

4 结论

对于气量大、压力高、大规模工业化装置，采用半贫液流程，吸收塔设计易采用缩径方案。最显著的优势为：

1)降低造价；

2)便于施工安装，降低起吊重量；

3)从力学角度来说对塔的稳定性好。

本文通过对吸收塔缩径方案的分析对比，找出其优缺点，这对于工程项目的后续设计具有指导意义。