專利名稱：用于傳質(zhì)過(guò)程有熱反應(yīng)的板式塔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳質(zhì)過(guò)程有熱反應(yīng)的板式塔，特別是涉及傳質(zhì)過(guò)程有少量放熱反應(yīng)的板式塔，如化肥行業(yè)中的碳化綜合氨回收清洗塔、合成馳放氣回收塔，及合成兩氣回收塔。
在化肥行業(yè)，特別是中小氮肥廠，目前生產(chǎn)中使用的碳化綜合氨回收清洗塔，合成馳放氣回收塔、合成兩氣回收塔大多為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的泡罩塔。這種結(jié)構(gòu)的回收清洗板式塔，盡管目前仍廣泛使用，但其不足的地方也是本技術(shù)領(lǐng)域所共知的。這就是傳質(zhì)效率低，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，維修十分困難，設(shè)備易發(fā)生堵塞，碳化尾氣時(shí)常跑高。為了克服尾氣跑高，生產(chǎn)中常采用加大軟水注入量的方法，這又導(dǎo)致了大量稀氨水產(chǎn)生。無(wú)法利用的稀氨水通常是排入地溝，這既污染環(huán)境，又造成氨與軟水的浪費(fèi)。為了改進(jìn)氮肥生產(chǎn)中的這種狀況，人們進(jìn)行了廣泛的探索。石家莊開發(fā)區(qū)正元高效塔器公司將垂直篩板技術(shù)用于小氮肥生產(chǎn)，開發(fā)出了整個(gè)塔的塔盤都為垂直篩板塔盤的回收清洗塔，并申請(qǐng)了中國(guó)實(shí)用新型專利，于1993年3月16日獲得專利權(quán)(專利號(hào)為ZL92232700.9)。垂直篩板塔盤由篩板和位于篩孔上方的泡罩構(gòu)成，泡罩壁上加工有與篩孔垂直的通氣孔。這種塔盤屬于噴射型塔板，傳質(zhì)效率很高。但在氮肥生產(chǎn)中，合成氣溶解于水的吸收過(guò)程為放熱反應(yīng)，并且溶于水的傳質(zhì)速率隨著水溫升高而降低。該專利沒(méi)有注意到這一問(wèn)題，采取相應(yīng)的技術(shù)措施。因而正元高效塔器公司開發(fā)的用于小氮肥生產(chǎn)的碳化綜合塔，在夏季生產(chǎn)中，特別是在南方地區(qū)的夏季生產(chǎn)中，由于氣溫水溫較高和溶解吸收過(guò)程中的放熱反應(yīng)，塔體溫度升高，使用效果不佳，尾氣中的NH3氣，CO2氣均超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。企業(yè)為了滿足生產(chǎn)需要，仍不得不加注大量軟水，大量無(wú)法利用的稀氨水排放地溝，生產(chǎn)成本和能耗較高，并且尾氣中還夾帶大量的液沫。因此，在生產(chǎn)實(shí)踐中，有少數(shù)氮肥廠采用該塔后，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)要求，有的廠甚至遺棄該塔，另外尋找新的技術(shù)。
針對(duì)上述已有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種在傳質(zhì)過(guò)程中，邊傳質(zhì)邊進(jìn)行換熱，傳質(zhì)效率高，能耗與生產(chǎn)成本低，氣體處理能力大，壓降低，不易堵塞的吸收清洗板式塔。
可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的吸收清洗板式塔，包括有塔體，塔盤，氣體進(jìn)出口、液體進(jìn)出口，并至少在一層塔盤塔板上設(shè)置用于冷卻或加熱吸收液的換熱裝置，設(shè)置換熱裝置的塔盤層的塔板為篩板。
為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明還采取了以下技術(shù)措施
不設(shè)置換熱裝置的塔盤層采用垂直篩板塔盤。垂直篩板塔盤的結(jié)構(gòu)可以設(shè)計(jì)成由篩板塔板和設(shè)置在篩孔上方的泡罩構(gòu)成，泡罩壁上加工有與篩孔垂直的通氣孔，泡罩的沿口面與篩板面平行且有一定間隙。
塔的最下一層塔盤為帽罩式升氣濃縮塔盤，以取代現(xiàn)有技術(shù)的單升氣筒升氣段。帽罩式升氣濃縮塔盤的結(jié)構(gòu)可以設(shè)計(jì)成由塔板、固置在塔板上的升氣筒、與升氣筒相配置的帽罩和出液管構(gòu)成，帽罩設(shè)置在升氣筒上方，帽罩壁上加工有條形通氣孔。
在塔的最上一層塔盤的上方不少于0.5米的地方設(shè)置除沫裝置，脫除氣體中夾帶的液體。
設(shè)置換熱裝置的塔盤，其上下相鄰的塔盤為不設(shè)置換熱裝置的塔盤。當(dāng)設(shè)置換熱裝置的塔盤層不少于2個(gè)時(shí)，位于塔上部設(shè)置換熱裝置的塔盤其上下不設(shè)置換熱裝置的塔盤層數(shù)，大于位于塔下部設(shè)置換熱裝置的塔盤其上下不設(shè)置換熱裝置的塔盤層數(shù)。
換熱裝置為換熱管軸線與篩板面平行的臥式換熱器，換熱管的高度不大于塔盤溢流堰的高度。最好是將臥式換熱裝置設(shè)計(jì)成彎管抽屜式結(jié)構(gòu)，并在一個(gè)塔盤上設(shè)置兩個(gè)相互獨(dú)立的彎管抽屜式換熱裝置。
本發(fā)明采取上述技術(shù)措施具有以下比較突出的優(yōu)點(diǎn)效果1．本發(fā)明特有的冷卻平衡段，即在篩板塔板上設(shè)置換熱裝置的塔盤段，不僅氣液能充分接觸，有較高的傳質(zhì)效率，還能將傳質(zhì)過(guò)程中的溶解熱迅速移走，塔溫得到有效控制，加速了NH3快速吸收，氣膜控制合理，傳質(zhì)效率明顯提高，同時(shí)減輕了下段垂直篩板塔盤段的負(fù)荷，使稀氨水提濃得以進(jìn)一步加強(qiáng)，達(dá)到了邊傳質(zhì)邊換熱的效果。這也正是本發(fā)明區(qū)別于正元塔器公司的回收清洗塔的關(guān)鍵所在。
2．本發(fā)明用于化肥生產(chǎn)中的碳化綜合氨回收清洗塔、合成馳放氣回收塔，冷卻平衡段塔盤層數(shù)不多，一般為3～6層(冷卻平衡段塔盤層數(shù)根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷及塔出口NH3氣、CO2氣指標(biāo)確定)。不設(shè)置換熱裝置的塔盤采用垂直篩板塔板結(jié)構(gòu)。垂直篩板塔盤屬于噴射型塔板，有很高的傳質(zhì)效率。因此，整塔的傳質(zhì)效率很高。又由于本發(fā)明根據(jù)整塔的傳質(zhì)負(fù)荷變化及傳質(zhì)溶解熱對(duì)傳質(zhì)過(guò)程的影響，將冷卻平衡段塔盤層與非冷卻平衡段塔盤層交替設(shè)置，并使位于塔上部的冷卻平衡段塔盤其上下不設(shè)換熱裝置的塔盤層數(shù)大于位于塔下部的不設(shè)換熱裝置的塔盤層數(shù)，有效地消除了傳質(zhì)溶解熱對(duì)傳質(zhì)過(guò)程不利影響，進(jìn)一步提高了整塔的傳質(zhì)效率，降低了塔出口氣中的NH3氣、CO2氣含量，提高了氨水的濃度，氨得到了回收利用。
3．本發(fā)明用升氣濃縮塔盤取代已有技術(shù)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的升氣帽，不僅比已有技術(shù)的升氣布?xì)舛尾細(xì)飧鼮榫鶆?，而且增加了一層傳質(zhì)段，即氣體在進(jìn)入原有的傳質(zhì)吸收段之前已進(jìn)行了一次傳質(zhì)過(guò)程，降低了氣體傳質(zhì)負(fù)荷。而吸收液在完成了原有的吸收過(guò)程之后又進(jìn)行了一次吸收過(guò)程，提高了吸收液的濃度，吸收液得到了濃縮。并且本發(fā)明的升氣濃縮塔盤屬于泡罩塔盤，操作彈性大，運(yùn)行平穩(wěn)，而在塔的運(yùn)行中，塔下部的氣體負(fù)荷大，將塔的最下一層塔盤設(shè)計(jì)成泡罩塔盤，有利于提高整塔的操作彈性和運(yùn)行平穩(wěn)性。
4．本發(fā)明新增設(shè)的除沫裝置，能有效脫除氣體夾帶的液沫，這既回收了有效成份，也為氣體的下道工藝過(guò)程創(chuàng)造了有利條件。
5．本發(fā)明的換熱裝置采用彎管抽屜式結(jié)構(gòu)換熱裝置，一個(gè)塔板上設(shè)置多個(gè)相互獨(dú)立的換熱裝置(換熱裝置設(shè)置的個(gè)數(shù)根據(jù)塔的直徑大小確定)，各層塔盤的塔板都采用篩板。因此，本發(fā)明具有壓降低，抗堵塞能力強(qiáng)，壽命長(zhǎng)，安裝方便，維修工作量低。
本發(fā)明由于采取了多種有效的創(chuàng)造性技術(shù)措施，技術(shù)性能十分優(yōu)良，與已有技術(shù)相比，傳質(zhì)效率提高25％左右，氣體處理能力提高50％左右，且壓降低、抗堵塞能力強(qiáng)、操作彈性大、運(yùn)行平穩(wěn)、壽命長(zhǎng)、維修工作量低。將本發(fā)明用于化肥行業(yè)的碳化綜合氨回收清洗塔，合成馳放氣回收塔，可以產(chǎn)生以下積極效果1．在正常工作狀況下，夏季每日可以凈多回收氨2～4噸(按年產(chǎn)合成氨2.5萬(wàn)噸能力計(jì)算)，稀氨水可全部回收，在保證水平衡的條件下，回收塔氣體出口NH3≤0.05g/m3,CO2≤0.15％，氨水濃度達(dá)100～130TT，經(jīng)合成“兩氣”凈氨塔，氣體出口NH3≤0.1g/m3，并可使回收的氨水濃度提高到180～200TT。
2．碳化工段可取消固定回收塔下段。改造原綜合塔后，可做到三塔聯(lián)合生產(chǎn)，減少設(shè)備的投資，提高設(shè)備的生產(chǎn)能力。
3．合成系統(tǒng)的“兩氣”回收，只需對(duì)原凈氨清洗塔進(jìn)行改造，即可滿足氨系統(tǒng)的回收能力。
4．采用本發(fā)明后，可在節(jié)水節(jié)電，提高氨的回收效率、換熱效率和產(chǎn)量，降低成本，增加經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境保護(hù)方面取得顯著效果，并能當(dāng)年收回改造投資。
本發(fā)明特別適宜于小塔處理大氣量。
本發(fā)明除了可廣泛適用于化肥行業(yè)中的碳化綜合氨回收清洗塔、合成馳放氣回收塔，合成兩氣回收塔，也能很好地適用于其他行業(yè)有放熱反應(yīng)或吸熱反應(yīng)的傳質(zhì)過(guò)程，都能取得很好的效果。
附圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2是附圖1中的垂直篩板的結(jié)構(gòu)示意圖。
下面結(jié)合著


，給出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，并通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。
實(shí)施例是本發(fā)明在四川中江某氨肥廠的工業(yè)實(shí)驗(yàn)。以本發(fā)明對(duì)該廠原有φ1600/φ2000回收清洗進(jìn)行改造。該廠生產(chǎn)能力為年產(chǎn)2.5萬(wàn)噸合成氨。以天然氣為原料，造氣系統(tǒng)采用CCR流程，碳化系統(tǒng)采用三塔流程。改造前，回收清洗塔采用傳統(tǒng)的泡罩塔型，其傳質(zhì)效率低，維修十分困難，設(shè)備易發(fā)生堵塞。碳化尾氣時(shí)常跑高。生產(chǎn)中采用加大軟水量來(lái)控制，軟水加入量每小時(shí)高達(dá)20m3以上，塔出口尾氣氨含量達(dá)1.5g/m3，稀氨水排入地溝，既污染環(huán)境，又造成氨和軟水的浪費(fèi)。
改造的方案是對(duì)原塔上部直徑為φ1600的碳化綜合氨回收清洗塔進(jìn)行改造，改造的具體內(nèi)容是將φ1600的原塔體加高，塔體1內(nèi)共設(shè)置15層塔盤，其中冷卻平衡段塔盤4層，即在篩板上設(shè)置冷卻裝置的塔盤4層，不設(shè)置冷卻裝置的垂直篩板塔盤10層，塔的最下一層為升氣濃縮塔盤3，在最上一層塔盤的上方1.5米的地方設(shè)置除沫裝置9。冷卻平衡段塔盤層5與非冷卻平衡段塔盤層4在塔內(nèi)的布局，從塔的上部至塔的下部依次為三層垂直篩板塔盤→一層冷卻平衡段塔盤→三層垂直篩板塔盤→一層冷卻平衡段塔盤→二層垂直篩板塔盤→一層冷卻平衡段塔盤→一層垂直篩板塔盤→一層冷卻平衡段塔盤→一層垂直篩板塔盤→一層升氣濃縮塔盤。冷卻平衡段塔盤5由篩板塔板和安置在塔板上的彎管抽屜式結(jié)構(gòu)的冷卻裝置6構(gòu)成，冷卻裝置的換熱管軸線與塔板面平行，冷卻裝置的換熱管不高于溢流堰。一層塔板上設(shè)置三個(gè)相互獨(dú)立的冷卻裝置6。非冷卻平衡段塔盤層為垂直篩板塔盤，由篩板塔板19和設(shè)置在篩孔20上方的泡罩17構(gòu)成，泡罩壁上均勻地加工有通氣孔18，通氣孔的方向與篩孔的方向垂直。泡罩沿口面與塔板面平行且有一定距離。升氣濃縮塔盤3由塔板15，固置在塔板上的10根升氣筒13，與升氣筒相配置的帽罩12和位于塔板之上的氨水出口接管2構(gòu)成，帽罩固置在升氣筒的上方，帽罩壁四周加工有條形通氣孔14。軟水進(jìn)口接管8位于最上一層塔盤之上，稀氨水進(jìn)口接管7位于從下向上數(shù)的第6層塔盤之上，氣體從進(jìn)口接管16進(jìn)入塔底部，經(jīng)與稀氨水、軟水傳質(zhì)后從位于塔體頂部的出口接管10排出。11是檢修入孔。塔所有的零部件均用環(huán)氧樹脂涂刷四遍進(jìn)行防腐處理。
用本發(fā)明進(jìn)行技術(shù)改造后的碳化綜合氨回收清洗塔，通過(guò)滿負(fù)荷開車試運(yùn)行(滿負(fù)荷為175m3/min)，測(cè)得主要技術(shù)指標(biāo)如下壓縮機(jī)工作負(fù)荷175m3/min；軟水流量3.0m3/h；塔溫36℃尾氣出口NH3含量0.071g/m3；尾氣出口CO2含量0.02％稀氨水濃度達(dá)74～76TT以上測(cè)試數(shù)據(jù)表明，該設(shè)備改造后的工藝指標(biāo)優(yōu)于部頒標(biāo)準(zhǔn)，減少了循環(huán)量，節(jié)約了能耗，杜絕了稀氨水排放，碳化實(shí)現(xiàn)了水平衡，消除了因稀氨水排放對(duì)環(huán)境的污染。
根據(jù)上述工藝指標(biāo)測(cè)算，每年多回收氨400噸，價(jià)值72萬(wàn)元；節(jié)電7.92KWh，價(jià)值3.6萬(wàn)元；節(jié)水14.4萬(wàn)噸，價(jià)值8.64萬(wàn)元。經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。
權(quán)利要求
1．用于傳質(zhì)過(guò)程有熱反應(yīng)的板式塔，包括有塔體(1)、塔盤、氣體進(jìn)出口、液體進(jìn)出口，其特征是至少在一層塔盤的塔板上設(shè)置用于冷卻(或加熱)吸收液的換熱裝置(6)，且設(shè)置換熱裝置的塔盤(5)塔板為篩板塔板。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的板式塔，其特征是不設(shè)置換熱裝置的塔盤(4)為垂直篩板塔盤。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的板式塔，其特征是塔的最下一層塔盤為帽罩式升氣濃縮塔盤(3)。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的板式塔，其特征是在塔的最上一層塔盤的上方不少于0.5米的地方設(shè)置除沫裝置(9)。
5．根據(jù)權(quán)利要求2所述的板式塔，其特征是所說(shuō)的垂直篩板塔盤由篩板塔板(19)和設(shè)置在篩孔(20)上方的泡罩(17)構(gòu)成，泡罩壁上加工有與篩孔(20)垂直的通氣孔(18)，泡罩的沿口面與篩板面平行且有一定間隙。
6．根據(jù)權(quán)利要求3所述的板式塔，其特征是所說(shuō)的帽罩式升氣濃縮塔盤由塔板(15)，固置在塔板上的升氣筒(13)，與升氣筒相配置的帽罩(12)和出液接管(2)構(gòu)成，帽罩設(shè)置在升氣筒上，帽罩壁上加工有條形通氣孔(14)。
7．根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5或6所述的板式塔，其特征是設(shè)置換熱裝置的塔盤，其上下相鄰的塔盤為不設(shè)置換熱裝置的塔盤。
8．根據(jù)權(quán)利要求7所述的板式塔，其特征是當(dāng)設(shè)置換熱裝置的塔盤層不少于兩層時(shí)，位于塔上部設(shè)置有換熱裝置的塔盤其上下不設(shè)置換熱裝置的塔盤層數(shù)，大于位于塔下部設(shè)置有換熱裝置的塔盤其上下不設(shè)置換熱裝置的塔盤層數(shù)。
9．根據(jù)權(quán)利要求8所述的板式塔，其特征是所說(shuō)的換熱裝置為換熱管軸線與篩板面平行的臥式換熱器，換熱管的高度不大于塔盤溢流堰的高度。
10．根據(jù)權(quán)利要求9所述的板式塔，其特征是所說(shuō)的臥式換熱裝置為彎管抽屜式結(jié)構(gòu)，一個(gè)塔盤上至少設(shè)置兩個(gè)相互獨(dú)立的彎管抽屜式換熱裝置。
全文摘要
本發(fā)明是一種用于傳質(zhì)過(guò)程有熱反應(yīng)的板式塔,特別適用于傳質(zhì)過(guò)程有少量放熱反應(yīng)的吸收清洗塔,如化肥行業(yè)中的碳化綜合氨回收清洗塔、合成馳放氣回收塔、合成兩氣回收塔等。其結(jié)構(gòu)是在塔內(nèi)特別設(shè)計(jì)了升氣濃縮塔盤、冷卻平衡段塔盤、除沫段,主傳質(zhì)塔盤采用垂直篩板塔板,冷卻平衡段塔盤與主傳質(zhì)塔盤交錯(cuò)布置。本發(fā)明的主要特點(diǎn)是傳質(zhì)效率高,氣體處理能力大,排放氣中NH
文檔編號(hào)B01D3/18GK1215620SQ97107740
公開日1999年5月5日 申請(qǐng)日期1997年10月27日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月27日
發(fā)明者王成 申請(qǐng)人:王成