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新型塔内件及填料在可胺法脱硫技术中的应用研究
2019-08-19 阅读：次
概述
化工填料作为传质的核心部分，近年来不断应用于脱硫、脱味、尾气吸收等领域。2007年萍乡化工填料帮对贵州某厂的脱硫系统的塔内件进行设计制造，项目投产后，取得了较好的效果。
2 可胺法脱硫技术
可脱硫系统由两部分组成：洗涤一吸收系统和一净化系统，后续的副产品配套装置为可选部分，工艺流程见图 1，
2．1 洗涤一吸收系统
进人系统的工艺气体在水喷淋预洗涤器中急冷和饱和，同时小颗粒灰尘及大部分强酸根。预洗涤器中洗涤液 pH值很低 ，在这样一个强酸性环境下，可 SO 与水反应保证 SO 以气相形式进入吸收塔。
经过洗涤后，烟气进入吸收塔，其中烟气中残余强酸与吸收剂反应式：RlR2N —R3一NR4R5+HX RlR2NH 十 一R3一NR4R5+X一式中，X一表示烟气中所代表的强酸根离子，如Cl一、NO；、F一及 so2 等；Rl(C 1H 1)、R2 (CJl2HIl2)、R3(Cn3Hl3)、R (CI4HIl4)、R5(CTl5H )分别代表不同的烃基。x一可提高吸收液的能力及降低能耗，这是其它湿法工艺不具备的特性之一。系统中的吸收剂二胺，不挥发、加热不分解，贯穿于整个系统流程中，是吸收 SO：的核心。贫胺与 SO 通过吸收塔的规整填料进行多级逆流接触反应，高传质效率使吸收剂中的 SO 负载大化。贫胺对 SO 的选择吸收能力要远强于其它种类吸收剂，使得该工艺对吸收剂的量要求较低，从而降低了系统运行能耗。贫胺吸收SO 的反应式：RlR2NH + 一 R3一 NR4R5 + SO2+ H20-RlR2NH +R3一NH+R4R5+HSO3-根据设计要求，其 SO 含量可小 于50mg／Nm
2．1．1 洗涤一吸收塔内件的设计
先进的工艺设计需要先进的塔内件来实现。作为传热传质的核心部分，塔内件在脱硫塔中起到至关重要的作用。塔内件的设计根据该塔各段实现功能不同而不同。根据该塔各段功能不同可分为 3段 ：预洗涤段、除尘除酸雾段和 SO 吸收段。
(1) 预洗涤段可采用喷嘴式压力分布器直接在塔内对进塔气相物料进行喷淋，并保持较大的喷淋密度不小于 lOre ／ (m。·h)；也可采用文丘里洗涤器对物料进行处理。设计采用的后一种塔外预洗涤，这有两个好处，一个是不占用塔内高度，这样设计的塔总高较矮；另一个是气相经文丘里洗涤器上方进入，并从下方转向出文丘里洗涤器，进入吸收塔，可以有效地减少进入吸收塔的颗粒和灰尘。
(2)除尘除酸雾段采用穿流塔盘，一方面对于预洗涤后被气体夹带的微量灰尘、酸雾和水气进行过滤，起到一定的除尘除酸雾作用，另一方面可以对进塔气体进相分布。
(3)塔顶 SO 吸收段采用该公司产品Chaopaek250．Y (弯曲导流波纹填料，号ZL00250247．x)填料一段，见图 2。
图 2 弯曲导流波纹填料
该填料在气速较大，F较高的场合下，具有良好的操作性能。其结构特点是更高通量，更低的压降，该填料与 Melapack250Y相比通量提高 25％ 一50％，压降降低 30％ 一60％。已经成功地应用于 +6000、+8200、+8400等多座 大型塔器。胺液脱硫系统正是属于气相量较大、气速较高、液相量较小、喷淋密度较低的高气液比，气模控制的操作工况，非常适合该填料发挥高通量、低压降的特点。操作中，喷淋密度为
3．8～4．0 nl／ (1TI ·h)，而 F高达 3．1—3．2Pa 。在满足工艺要求的情况下，开发适应在高 F下操作的填料 ，有效地减小塔径，减少一次投资，这是填料发展的新方向，同时也对塔填料的设计提出了更高的要求。
(4) 设计中采用了高效槽式液体分布器对液体进行分布。分布器既有传统槽式分布器的高密度、高均匀度、高操作弹性的特点，又根据胺吸收 SO 的特点进行了的设计。系统中胺液属于发泡物系，胺液与气体接触过程中不断地有泡沫产生，分布器从液体预分布管开始采用设计，减少了在液体未成膜前与气体直接接触，使得分布后的液体直接进入填料层，有效地减少了体系的发泡。液体预分布管采用短管防护，直接进人分布器一级槽。一级槽上覆盖破沫网对泡沫进行破除，降低泡沫层高度。二级槽上也用破沫钢板网来降低泡沫高度。这些措施在实践操作中获得不错的效果。
2．2 一净化系统
吸收了 SO 的富胺通过贫富胺热交换器，进入塔，而再沸器只需 0．2～0．3MPa的蒸汽用以加热塔底收集到的贫胺液，得到汽源用来汽提富胺中的 SO ，使 SO 从富胺中解吸，其反应式：R1R2NH + 一R3一NH +R4R5+ HSO3—— RIR2NH +R3一NR4R5+SO2+H2O
出来的贫胺返回吸收塔再用，每一个吸收周期约 3％ ～5％的贫胺进入胺净化装置，清除溶剂中积聚的 “热稳定性盐 ” (硫酸盐、硝酸盐、硫代硫酸盐、氯化物等)，约 10％的富胺至传统的过滤装置，以富集的微尘。
2．2．1 一净化塔内件的设计
净化塔中采用两段式结构，与贫胺液换热后的物料进入塔两段填料之间。
(1)回流段采用传统槽式液体分布器和一段Chaopack450Y型填料结构，槽式液体分布器并没有增加防泡沫结构，主要是因为该段 F较小，为 1．2—1．3 Pa0～。Chaopack450Y比表面积较大，可以提供更大的气液接触面积，具有更高的填料效率。
(2)两段填料之间设置槽盘式液体分布器，进料口在分布器上方，采用管式进料。分布器下段采用一段 Chaopack450Y型填料结构。槽盘式分布器拥有低占位，抗堵塞，既能收集又能分布等点，但同时也有分布点较少，精度较差，压降较大等缺点。但是在塔中间段无疑高分布器是合适的，因为该段 F 为 1．71～1．74 pa~一， 而喷淋密度则达到了 3O～35 m ／ (m · h)。喷淋密度较大，则对分布精度的要求不高，因此显示出低占位的势。
3 结语
(1)可胺法脱硫选择性强，吸收剂用量少，无废渣和抛弃物，在经济上和上都有异的比较势，且已成功投人商业化应用。为烟气脱硫提供了新的手段。
(2)Chaopack型填料因其自身结构所具有的高通量、低压降的势，成功应用于高 F的胺法脱硫系统，获得比较好的效果。
(3)对于发泡体系的分布器需要的设计，既要减少胺液在进填料前与空气直接接触的机会，又要对物系发泡后留有备用手段。
化工填料作为传质的核心部分，近年来不断应用于脱硫、脱味、尾气吸收等领域。2007年萍乡化工填料帮对贵州某厂的脱硫系统的塔内件进行设计制造，项目投产后，取得了较好的效果。
2 可胺法脱硫技术
可脱硫系统由两部分组成：洗涤一吸收系统和一净化系统，后续的副产品配套装置为可选部分，工艺流程见图 1，
2．1 洗涤一吸收系统
进人系统的工艺气体在水喷淋预洗涤器中急冷和饱和，同时小颗粒灰尘及大部分强酸根。预洗涤器中洗涤液 pH值很低 ，在这样一个强酸性环境下，可 SO 与水反应保证 SO 以气相形式进入吸收塔。
经过洗涤后，烟气进入吸收塔，其中烟气中残余强酸与吸收剂反应式：RlR2N —R3一NR4R5+HX RlR2NH 十 一R3一NR4R5+X一式中，X一表示烟气中所代表的强酸根离子，如Cl一、NO；、F一及 so2 等；Rl(C 1H 1)、R2 (CJl2HIl2)、R3(Cn3Hl3)、R (CI4HIl4)、R5(CTl5H )分别代表不同的烃基。x一可提高吸收液的能力及降低能耗，这是其它湿法工艺不具备的特性之一。系统中的吸收剂二胺，不挥发、加热不分解，贯穿于整个系统流程中，是吸收 SO：的核心。贫胺与 SO 通过吸收塔的规整填料进行多级逆流接触反应，高传质效率使吸收剂中的 SO 负载大化。贫胺对 SO 的选择吸收能力要远强于其它种类吸收剂，使得该工艺对吸收剂的量要求较低，从而降低了系统运行能耗。贫胺吸收SO 的反应式：RlR2NH + 一 R3一 NR4R5 + SO2+ H20-RlR2NH +R3一NH+R4R5+HSO3-根据设计要求，其 SO 含量可小 于50mg／Nm
2．1．1 洗涤一吸收塔内件的设计
先进的工艺设计需要先进的塔内件来实现。作为传热传质的核心部分，塔内件在脱硫塔中起到至关重要的作用。塔内件的设计根据该塔各段实现功能不同而不同。根据该塔各段功能不同可分为 3段 ：预洗涤段、除尘除酸雾段和 SO 吸收段。
(1) 预洗涤段可采用喷嘴式压力分布器直接在塔内对进塔气相物料进行喷淋，并保持较大的喷淋密度不小于 lOre ／ (m。·h)；也可采用文丘里洗涤器对物料进行处理。设计采用的后一种塔外预洗涤，这有两个好处，一个是不占用塔内高度，这样设计的塔总高较矮；另一个是气相经文丘里洗涤器上方进入，并从下方转向出文丘里洗涤器，进入吸收塔，可以有效地减少进入吸收塔的颗粒和灰尘。
(2)除尘除酸雾段采用穿流塔盘，一方面对于预洗涤后被气体夹带的微量灰尘、酸雾和水气进行过滤，起到一定的除尘除酸雾作用，另一方面可以对进塔气体进相分布。
(3)塔顶 SO 吸收段采用该公司产品Chaopaek250．Y (弯曲导流波纹填料，号ZL00250247．x)填料一段，见图 2。
图 2 弯曲导流波纹填料
该填料在气速较大，F较高的场合下，具有良好的操作性能。其结构特点是更高通量，更低的压降，该填料与 Melapack250Y相比通量提高 25％ 一50％，压降降低 30％ 一60％。已经成功地应用于 +6000、+8200、+8400等多座 大型塔器。胺液脱硫系统正是属于气相量较大、气速较高、液相量较小、喷淋密度较低的高气液比，气模控制的操作工况，非常适合该填料发挥高通量、低压降的特点。操作中，喷淋密度为
3．8～4．0 nl／ (1TI ·h)，而 F高达 3．1—3．2Pa 。在满足工艺要求的情况下，开发适应在高 F下操作的填料 ，有效地减小塔径，减少一次投资，这是填料发展的新方向，同时也对塔填料的设计提出了更高的要求。
(4) 设计中采用了高效槽式液体分布器对液体进行分布。分布器既有传统槽式分布器的高密度、高均匀度、高操作弹性的特点，又根据胺吸收 SO 的特点进行了的设计。系统中胺液属于发泡物系，胺液与气体接触过程中不断地有泡沫产生，分布器从液体预分布管开始采用设计，减少了在液体未成膜前与气体直接接触，使得分布后的液体直接进入填料层，有效地减少了体系的发泡。液体预分布管采用短管防护，直接进人分布器一级槽。一级槽上覆盖破沫网对泡沫进行破除，降低泡沫层高度。二级槽上也用破沫钢板网来降低泡沫高度。这些措施在实践操作中获得不错的效果。
2．2 一净化系统
吸收了 SO 的富胺通过贫富胺热交换器，进入塔，而再沸器只需 0．2～0．3MPa的蒸汽用以加热塔底收集到的贫胺液，得到汽源用来汽提富胺中的 SO ，使 SO 从富胺中解吸，其反应式：R1R2NH + 一R3一NH +R4R5+ HSO3—— RIR2NH +R3一NR4R5+SO2+H2O
出来的贫胺返回吸收塔再用，每一个吸收周期约 3％ ～5％的贫胺进入胺净化装置，清除溶剂中积聚的 “热稳定性盐 ” (硫酸盐、硝酸盐、硫代硫酸盐、氯化物等)，约 10％的富胺至传统的过滤装置，以富集的微尘。
2．2．1 一净化塔内件的设计
净化塔中采用两段式结构，与贫胺液换热后的物料进入塔两段填料之间。
(1)回流段采用传统槽式液体分布器和一段Chaopack450Y型填料结构，槽式液体分布器并没有增加防泡沫结构，主要是因为该段 F较小，为 1．2—1．3 Pa0～。Chaopack450Y比表面积较大，可以提供更大的气液接触面积，具有更高的填料效率。
(2)两段填料之间设置槽盘式液体分布器，进料口在分布器上方，采用管式进料。分布器下段采用一段 Chaopack450Y型填料结构。槽盘式分布器拥有低占位，抗堵塞，既能收集又能分布等点，但同时也有分布点较少，精度较差，压降较大等缺点。但是在塔中间段无疑高分布器是合适的，因为该段 F 为 1．71～1．74 pa~一， 而喷淋密度则达到了 3O～35 m ／ (m · h)。喷淋密度较大，则对分布精度的要求不高，因此显示出低占位的势。
3 结语
(1)可胺法脱硫选择性强，吸收剂用量少，无废渣和抛弃物，在经济上和上都有异的比较势，且已成功投人商业化应用。为烟气脱硫提供了新的手段。
(2)Chaopack型填料因其自身结构所具有的高通量、低压降的势，成功应用于高 F的胺法脱硫系统，获得比较好的效果。
(3)对于发泡体系的分布器需要的设计，既要减少胺液在进填料前与空气直接接触的机会，又要对物系发泡后留有备用手段。
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