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氮肥工业传质与分离设备一直是颗粒型填料和板式塔居统治地位,近年来,规整填料在中小氮肥厂逐步得到应用。本文就其应用情况作粗浅分析与评述。 1 主要应用种类及特性0 f+ e5 X1 D% g2 c8 w$ t! p
1.1 金属丝网波纹填料
由金属丝网压成的波纹板片组成,波高小,比表面积大,表面湿润性能好,分离效率极高,每m 填料层可达10块或更多理论板的分离效率。但因其制造材料不锈钢等丝网价格贵,单位体积填料造价高,且强度较低,一般适用于难分离和热敏性物系的真空精馏、常压精馏与吸收,塔径不大(2 m以下)、不易堵塞和腐蚀的场合。分单层和双层金属丝网波纹填料。单层金属丝网波纹填料有250型、500型、700 型,以500型应用最为广泛。: d, }: _8 h/ j8 u6 c7 W
1.2 网孔(板网)波纹填料 ) O6 K6 U4 K( j# g5 \* V1 I" J
网孔波纹填料是近期开发成功的一种新型波纹填料,是直接将不锈钢等薄带适当处理拉制成特定规格的菱形网板,成本比丝网显著降低的同时具有金属丝网波纹填料的优良性能,工业应用日趋扩大,适用范围类似于金属丝网波纹填料的应用场合及特殊工况。
1.3 金属孔板波纹填料 ' |1 j3 D6 q& m i
多由不锈钢波纹板片组成,板片上钻有许多5 mm左右的小孔。其性能介于金属网波纹填料与散堆填料之间。由于结构合理,强度高,造价较金属丝网波纹填料低,耐腐蚀性好,抗污染能力强,压降低,通量大,它特适用于常压和中等真空度及有污染危险的有机物蒸馏,并适用于常压及加压逆流吸收过程。在设计新塔和改造旧塔中,它用来代替鲍尔环之类的散堆填料和某些板式塔。尤其是在大型塔器改造中,对提高产品的产量和质量,降低能耗都有明显的经济效果。
1.4 塑料孔板波纹填料
结构与金属孔板波纹填料类似,材质有聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯等。主要优点是耐腐蚀、质轻、价廉、阻力小、效率较高、放大效应小。目前主要有125 Y和250 Y两种规格,它们适用于各种吸收和解吸过程,也用于废气净化及大液体负荷和高操作压力的过程与提高现有塔器的生产能力,还适合于易起泡沫的物系。应用于化肥及环保部门都取得了良好的效果。
2 工程应用实例与效果近年来,中小氮肥厂特别是小氮肥厂在进行技术改造和扩大能力时,应用规整填料均取得较大成功。
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2.1 造气综合洗气塔 ) l8 q5 L9 y& T5 E O
陕西扶风氮肥厂在设计造气�2 200综合洗气塔时选用上海化工研究院研制的低压降耐堵塞的规整填料,实装2 m高,处理半水煤气量平均在11 500～12 000 m 3/h,循环冷却水量120 m 3/h,进口气温100～120℃,出口气温40～50℃,实际全塔压降490 Mpa。改造前半水煤气出口温度在80℃以上,严重影响造气正常操作及制气量的提高。虽然压降有所提高,但稳定了造气操作,提高了制气率。
2.2 脱硫工段的改造 6 G' b1 L4 O7 J+ }' Y3 Z
脱硫塔用规整填料改造可以提高生产能力和脱硫效率,稳定生产 ,提高经济效益。脱硫效率提高可以减少变换触媒中毒,减少铜液中CuS沉淀,提高铜液质量,减少铜耗,铜洗工段微量跑高和带液现象可以大大减少。湖北宜化集团股份有限公司1993年对脱硫工段采用栲胶脱硫工艺, 在�4 000脱硫塔 ,�3 600冷却清洗塔中使用250 Y聚丙烯孔板波纹填料进行彻底改造。脱硫效率、生产能力大大提高,半水煤气出口H 2 S在0.01 g/m 3 以下,有时测不出。脱硫效率提高,对联醇工段特别有利,联醇触媒使用周期延长一倍左右。必须注意的问题是脱硫塔中使用规整填料,必须和静电除焦等其他设备配套使用,各厂要根据实际情况选择不同的规格型号。9 B/ \( e" W L x5 W* Z- S
2.3 变换热水饱和塔
金属板波纹填料可以用于直接传热设备。乐亭化肥厂改�1 400热水塔中的�5 0瓷矩鞍环为250Y型不锈钢板波纹填料及内件,填料高度由原来6 m降为4 m。投运后两年未大修,变换气进口温度由160℃提高到210～230℃, 出口温度由135℃降到110～120℃,提高了热水塔效率,增加了变换系统自产蒸汽量,扩大能力35%以上,取得了较好经济效益。在热水塔中水气直接接触,热水升温的极限受湿球温度限制,单靠热水塔还不够,热交换器、水加热器等其他设备要完好。如果饱和塔同时改造,节能效果会更显著。9 w* f( O+ p2 n. }, U9 i
2.4 氨回收塔
扶风氮肥厂用塑料孔板波纹填料改造�1 800泡罩塔,制备氨水的浓度由原来远低于40 t·t提高到40～60 t·t,原出塔气相氨大于2.3 g/m 3,改造后在操作压力不变,进塔氨含量8 g/m 3,CO 2 0.4%,循环喷淋量45 m 3/h,出塔氨含量降到1.0～1.2 g/m 3,CO 2 0.2%,同时系统压降下降了0.020 2 Mpa。经清洗塔后碳化气氨含量小于0.1 g/m 3提高了氨水浓度,达到了碳化水平衡的要求,减少了环境污染。
2.5 精炼铜洗塔 s3 n( R5 F7 @; l/ n# V
天津大学1992年用250Y不锈钢孔板波纹填料及内件改造湖北宜化集团股份有限公司�1 000铜洗塔,取得了成功。铜洗塔原设计内装鲍尔环50 mm ×50 mm×1.5 mm;气量33 540 m 3/h ;铜液量43～48 m 3/h。设计计算证明该塔能满足年产8万t氨的需要,但考虑到其内部结构设计不尽合理:填料不分段,气液易偏流;液体分布装置为莲蓬头,液体初始分布不均;富裕能力不大,难以适应联醇生产精炼负荷波动大的特点。技术改造后的铜洗塔具有如下优势:在工艺波动的情况下,保证出口气体微量合格,铜液喷淋密度可调范围宽,操作弹性大,适应性强,无带液事故发生,可根据入塔气体负荷及CO%高低来调节铜液用量。铜液循环量以原设计4.2 m 3/t NN 3减少到2.3 m 3/t NH 3,铜、冰醋酸、氨、蒸汽消耗大为降低,铜泵少开,冰机负荷减轻,冷却水用量减少,节能降耗带来了可观的经济效益。& v) G R8 v3 z0 @# z
2.6 新产品开发 . Z S! `( [& Q, R3 `, D8 V( Z. T
全国很多中小氮肥厂采用联醇工艺生产甲醇, 再深加工生产甲醛、季戊四醇等。在这些方面,规整填料已经得到应用。文献介绍,甲醇精制脱醚塔采用5.6 m 700型金属丝网波纹填料代替18 m高60块实际板浮阀塔,提高了分离效率,保证了质量和得率,用500型金属丝网波纹填料改造季戊四醇生产装置旧塔器,塔高由28 m降低到12 m,产量提高了1倍,节能效果显著。甲醛吸收塔的填料,早期采用拉西环;70年代后,逐渐改用鲍尔环、阶梯环,也有用矩鞍环的,其材质多为陶瓷。近年来,有采用金属孔板波纹填料和金属丝网波纹填料的,材质大多为不锈钢。选用效率高的填料在同等条件下可减少塔径和塔高。. x+ y. u8 q: B3 o/ g' |/ k
3 应用趋向与建议9 W7 u# o" O4 ?% ?8 F+ ^# a* ?+ x
3.1 二氧化碳吸收塔 3 Z# R5 W( L$ Z2 Z; e
现在很多小氮肥厂改产尿素, 碳酸丙烯酯脱碳塔采用散堆填料,为扩大生产能力,脱碳效率、降低消耗可以使规整填料,并对气液分布装置进行改造。经计算用金属孔板波纹填料改造二氧化碳吸收塔中50 mm×50 mm鲍尔环填料,在塔径、塔内填料高度、操作压力、压力降及分离效率一样的情况下,孔板波纹填料的处理量可以增加30%。
3.2 尿素装置解吸塔 3 N5 R/ a9 _! f/ T9 a
年产4万t水溶液全循法尿素装置解吸系统排出废液设计要求含氨不大于0.07%(wt),分析控制指标0.06%。实际生产很难达到指标,且超标比较严重。用规整填料改造板式结构解吸塔,解吸后排出废液含氨量可以降低到0.03%～0.05%,其回收氨及节能的经济效益都会很明显。这是一个值得加以研究的问题。$ p6 E3 J! Y+ ~
3.3 碳钢渗铝孔板波纹填料 : a1 \( ]. o7 _5 @ R; e
天津大学1989年3月研制生产了碳钢渗铝孔板波纹填料,填补了国内空白。不但具有板波纹填料优良的综合性能,还有优良的耐热性和耐蚀性。20#渗铝钢抗高温氧化性是20#钢的146～340倍,18～8不锈钢的2～3倍;其耐H 2 S腐蚀性能是碳钢289倍,18～8不锈钢的60倍。若以每立方米填料价格计,其比不锈钢波纹填料便宜20%～50%;若按年均造价(造价/寿命)来比,它甚至比碳钢波纹填料还便宜。该填料已在化肥等行业应用,值得推广应用。& u3 S5 j& a+ B4 |# ~# u6 G
3.4 工程应用注意事项
工业上应用规整填料塔,塔径、塔体倾斜度、填料分段和安装都必须符合规定要求。液体分布、液体收集和再分布、填料支承圈、填料限位压圈等塔内件都必须设计合理,加工安装精确。对于大直径塔或气体入口动压头与塔压差之比大于2.5(如加压塔)时,应考虑气相分布装置。被处理物系带有悬浮固体的情况下,一般不宜用丝网型波纹填料。塔内易产生聚合物或有焦油的情况下,不仅丝网填料不适用,用孔板波纹填料也要格外谨慎,应采取一定措施。填料一旦被污染,只宜用化学方法清洗。波纹填料比表面积很大,在塔停止操作后,填料表面会有较大静持液量。这时塔内温度还未降下来,对于易氧化的物料,若有大量空气快速进入,塔内温度可进一步升高,烧毁填料。这种情况不停车,应向塔内通入氮气保护,或先用其他溶剂清洗介质再停车。在大多数情况开车时,丝网填料要进行充分预液泛,使其形成良好的液膜,方能达到高效。一般说来预液泛有三种方式:①淹塔后泛塔;②泛点通量下,采用大通量全回流操作;③在大于泛点通量下全回流操作。通常采用第三种方法。规整填料塔在分离效率、压降等方面优于板式塔和散堆填料塔,但它仍具有散堆填料塔的局限:换热不便,侧线抽出困难,抗腐蚀性相对于板式塔较差, 过程控制困难等。工程中要具体问题具体分析。" C: ~9 ?8 q# M% Q: S
