醋酸装置低压尾气吸收塔优化改造小结

2020-03-16

兖矿鲁南化工有限公司二期醋酸装置原始设计产能为300 kt /a,历经几次优化改造后,系统产能扩大至450 kt /a。系统配套的低压尾气吸收塔( 简称吸收塔) 处理能力为800 m3/h,采用DN38 金属矩鞍环填料,系统扩能至450 kt /a 后,处理气量超过800 m3/h 时,吸收塔会出现拦液现象,影响吸收塔的吸收效果,拦液现象严重时,尾气中碘吸收不充分,会造成过量碘随尾气通过火炬排放的事故( 简称“火炬跑碘事故”) 2017 年醋酸装置产能计划由450 kt /a 提升至600kt /a,吸收塔处理能力更是不能满足需求,为保证吸收塔对放空尾气的吸收效果,避免火炬跑碘事故发生,亟需对吸收塔实施改造。

1 吸收塔概况

1. 1 吸收塔构造

吸收塔由3 段筒体和2 个封头组成( 如图1) ,其筒体自上而下分别命名为第Ⅰ、第Ⅱ、第Ⅲ筒体,分布器和再分布器均安装于第Ⅰ筒体中。分布器和再分布器之间,填料限位板( 填料限位板安装于乱堆填料之上,其作用是防止上升的尾气将填料夹带到塔的上部空间) 之下、鞍型填料限位板( 鞍型填料限位板设置于乱堆填料之下,其作用是承载填料,强度较大,鞍型方向与尾气上升方向一致) 之上装有DN38 金属矩鞍环填料; 类似的,在第Ⅱ筒体内,填料限位板之下、鞍型填料限位板之上也装有DN38 金属矩鞍环填料,2 层填料共5 m3。吸收塔本体及填料材质均为316L

1. 3 吸收塔管口布置情况

吸收塔管口布置情况见表2 ( 对应图1)

N1 为待吸收尾气( 尾气的主要成分为碘甲烷、CO、醋酸等) 入口,N2 为纯度较高的醋酸进口,N3 为尾气出口,N4 为吸收碘甲烷后的醋酸溶液出口。纯度较高的醋酸由泵打入N2 口,经N2 口内接短管喷淋至分布器上,在重力作用下醋酸向下流动,在第Ⅰ筒体和第Ⅱ筒体中与上升的含碘甲烷的尾气充分接触,吸收了尾气中碘甲烷的醋酸溶液经N4 口排出; 上升的尾气被醋酸充分吸收,不能被吸收的CO 等气体向上经N3 口排出吸收塔,送至火炬系统焚烧处理。

2 吸收塔处理能力受限的原因

2. 1 吸收塔泛点气速( uF ) 核算

吸收塔相关参数: 液相负荷L = 4 m3/h,气相负荷G = 1 200 m3/h ( 标态) = 753. 53 m3/h( 工况) ; 气相密度ρg =2. 4 kg /m3,液相密度ρL =1 040. 5 kg /m3,液相粘度μL = 1. 094 cP; 金属矩鞍环规格DN38,吸收塔内径800 mm

采用Bain-Hougen 关联式lg ( a /ε3 ) ×( uF2 /g) × ( ρgL ) × μL0. 2 = A 1. 75 × ( L /G) 0. 25 × (ρg /ρL ) 0. 125进行计算。查金属矩鞍环的相关参数,DN38 金属矩鞍环比表面积a = 112m2 /m3,空隙率ε= 0. 96 m3 /m3,则a /ε3 =126. 59 m-1 ; DN38 金属矩鞍环A 值为0. 062 25,带入Bain-Hougen 关联式中,则为lg 126. 59 ×( uF2 /9. 81 ) × ( 2. 4 /1040. 5 ) × 1. 0940. 2 =0. 06225 1. 75 × ( 4 /753. 53 ) 0. 25 × ( 2. 4 /1040. 5) 0. 125,可解得泛点气速uF = 4. 78 m/s

空塔气速一般为泛点气速的50% 80%,则理论最大空塔气速不应超过4. 78 × 80% =3. 824 m/s。吸收塔直径800 mm,工况下尾气气量753. 53 m3 /h,则空塔气速为0. 417 m/s。可以看出,吸收塔原始设计富余量较大,可满足气量进一步提升的要求。

2. 2 据核算结果查找原因

结合系统扩能( 450 kt /a 提升至600 kt /a)计划,针对吸收塔处理气量超过800 m3 /h 时常出现拦液问题,醋酸车间制定方案,首先对吸收塔填料进行了更换,随后对填料压盖、分布器等方面的因素进行排查,发现分布器存在较为突出的瓶颈问题,需进行优化改造。

吸收塔内件包含一个分布器及一个再分布器,分布器位于两段填料上部、吸收剂管下部,再分布器位于第一段填料支撑板的下部。分布器和再分布器均由两部分——液相分布板和气相升气管组成。液相分布板的主要作用是将吸收剂均匀分布,吸收剂从单个小孔中向下流出,经过填料层,与上升的尾气充分接触,达到充分吸收的目的; 气相升气管的主要作用是将吸收后的放空气从升气孔中导出,然后进入上一层填料继续吸收,最终气相进入火炬系统燃烧。负荷提升后,由于尾气气量增加,而气相升气管总横截面积较小,气流受阻导致塔釜压力升高,塔釜压力升高后,因吸收剂压力较低,无法顺畅地从液相分布板流下,由此造成吸收塔出现拦液现象。

3 吸收塔内件改造情况

2018 67 月,利用系统停车期间按照方案进行优化改造。

3. 1 改造前吸收塔内件情况

( 1) 分布器: 分布器设计有6 DN50 升气管[结构如图2 ( a) ],采用DN50 不锈钢管加工制作,焊接在液相分布板上; 液相分布板上共开了5 圈孔,单孔直径7 mm,开孔数共计85 ( 1 30 个、第2 20 个、第3 15 个、第4 12 个、第5 8 )

( 2) 再分布器: 再分布器设计有6 DN50升气管[结构如图3 ( a) ],采用DN50 不锈钢管加工制作,焊接在液相分布板上; 液相分布板上共开了9 排孔,单孔直径7 mm,开孔数共计68 ( 1 4 个、第2 6 个、第3 8 个、第4 12 个、第5 8 个、第6 12 个、第78 个、第8 6 个、第9 4 )

3. 2 优化改造措施

( 1) 分布器及再分布器升气管数量保持6个不变,升气管尺寸由2″改为3 ( 即由DN50 改造为DN80) ,以增大通气能力。

( 2) 分布器液相分布板开孔数量由85 个增至110 个,再分布器液相分布板开孔数量由68个增至110 个,开孔直径仍为7 mm

改造前后分布器液相分布板上升气管及布孔情况对比见图2 ( 图中6 个圆圈为升气管,圆形虚线为液相分布板上的布孔情况) ,再分布器液相分布板上升气管及布孔情况对比见图3 ( 图中6 个中型圆圈为升气管,正方形四角小圆圈为液相分布板上的布孔情况) ,分布器上升气管结构对比见图4

4 改造效果

2018 67 月,利用系统停车期间按照方案对吸收塔内件进行了优化改造,随后投运。实际运行情况表明,此举改善了吸收塔的吸收效果,优化了系统运行,避免了火炬跑碘而酿成环保事故,消除了系统扩产的瓶颈问题,吸收塔处理气量由800 m3 /h 提升至1 500 m3 /h,完全满足醋酸装置扩能至600 kt /a 的需求。

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