浅议洗涤填料塔优化改造

2022-03-08刘卫杰

中国设备工程 2022年4期

刘卫杰

（河钢集团宣钢公司焦化厂，河北张家口 075100）

焦化厂净化作业一区和净化作业二区气体净化装置脱硫塔、洗氨塔、洗苯塔填料为钢板网填料。洗涤塔由于长时间生产运行，塔内填料层已经出现严重堵塞现象，塔出入口压降很大，装置能力远远不能满足生产需要，尤其目前随着环保要求越来越高，老旧的装置能力无法满足新指标，公司决定对两套洗涤塔装置进行改造。经过多方面比较及考察，决定采用目前先进的吸收、分离技术，更换洗涤塔内部填料及气相和液相的进口分布器，提高塔内件填料效率，达到新工艺指标要求。

1 改造前工艺设备情况简介

焦化厂脱硫工艺采用的是AS法脱硫，就是以焦炉煤气中的氨为碱源，含氨水溶液为介质，采用氨硫循环洗涤法脱除焦炉煤气中的硫化氢。脱硫塔在洗氨塔前，以水洗氨得到的富氨水和脱酸蒸氨装置返回的脱酸贫液为洗涤水来脱除煤气中的硫化氢，形成含氨及硫化氢的富液，再送往脱酸蒸氨循环使用。脱硫塔直径3m，设计为六层钢板网填料，这种类型的填料有效传质面积为每立方填料为90m2。洗氨塔直径3.8m，六层钢板网填料，型号与脱硫塔相同，两台串联使用，规格相同。洗苯塔直径3.8m，11层钢板网填料。3年前为提高脱硫系统脱硫效率，焦化厂将2#洗氨塔改造为煤气净化深度脱硫塔。实际运行情况：原装置系统出口硫化氢指标正常情况下硫化氢小于500mg/Nm³，实际出口硫化氢在1000mg/Nm³以上，脱硫塔压降指标小于1500Pa，实际为3000～4000Pa，四塔串联累计压降大于10kPa，负压风机负荷非常大。而且实际工业状况距离工艺指标偏差越来越大，影响脱硫脱苯洗氨效果，如此生产状况，生产管理操作复杂，需要经常洗塔改善煤气阻力大的问题，必须扭转改变。

2 装置改造内容介绍

首先，无论是脱硫塔、洗氨塔还是洗苯塔，化工过程都是吸收，最突出的特点是放热过程，所以特别注意气体进料温度及液相进料问题，并将塔内反应热及时移走，有利于化学平衡向正方向进行。所以，在装置停工检修期间对各级板式换热器进行清理疏通，改善换热效果，将洗涤温度调节至工况标准温度，达到更好的洗涤效果。

其次，是增加填料层的有效传质面积，提高吸收效率，这就是本次技改检修的核心内容。本次填料层布置设计是按照实际工艺要求，从下到上采用不同型号填料的一个组合体，原则是在气体进口段，被吸收介质浓度高、容易堵塞部位采用结构相对简单、抗堵能力强的填料类型；随着气体穿过填料床层，气相中被吸收的组分减少，浓度梯度降低，则需要设置结构复杂、传质能力强的填料型号，这样设置的效果是可以在气相出塔时将被吸收组分降到工艺指标范围内，实现工艺要求。组合型填料的设计是几种填料按照不同阶段要求，量身定制而成，不同的吸收机理、工艺指标都不一样。而原钢板网从前到后、从上到下都是一个型号，这种设计没有尊重客观变化，是一种粗放型设计理念。

再次，气体、液体均匀分布。这也是提高气液相接触机会，提高传质效率的非常关键步骤。只要气液良好接触，气相中的被吸收组分及时从气模中扩散到液相表面，组分穿过液相表面被吸收液吸收。所以本次改造的原则是：让气流、液流均匀分布、充分接触来提高传质效率。此次改造从气相入塔开始，气相经过双列翅片式进气分布器，气体在导流片导流下延着塔截面尽可能地被均匀分布，这一级分布被称为第一级初分布，气流再向上运动进入第二级特殊传质塔盘。该塔盘的盘面上有一层薄薄的液层，气体遇到阻力后会改变流动方向，在整个盘面下部均匀扩散分布，然后冲破液层。特殊传质塔盘的作用一是匀布气体；二是气相穿过塔盘时与液相接触呈现湍流状态，具有很好的混合传质传热作用，同时，将气相携带的小颗粒物洗掉，随液相流出塔外。

液体分布器对气液传质同样重要，液体能够均匀地、等强度、多点地淋洒在填料层表面，在填料表面向下流动过程中形成均匀的液膜，气体穿过填料层时，沿着规则通道流动，均匀地与液膜相互接触，而且液流在填料表面呈现湍流状态，液膜不断更新，新液膜吸收能力增加，气相中被吸收组分越过气液双膜层进入液相中迅速参加反应，降低了气相中该组分浓度，达到气液传质效果提高的目的。按照双膜论要求，气液均衡接触是非常关键因素，也是填料层相比塔盘板效率高的内在原因所在。

另外，规整填料比散堆填料成膜效果好，而且液滴下降过程中非常有规律，也就是说，自分布和调整能力强，相同比表面积，规整填料要比散堆填料效率高的原因，即在相同塔径塔高，气液负荷相同，采用相同有效传质面积的规整填料比散堆填料传质传热效率略高，理论板数略高的原因。气相穿过规整填料层按照规则路线流过，也比同传质面积的散堆填料更均匀，综合比较从传质传热效率角度分析，规整填料比散堆填料更好。