CO2气提塔的气提过程原理结构和作用.docx

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1、CO2气提塔的气提过程原理结构和作用CO2气提塔的气提过程原理结构和作用 气提塔中气提过程： 气提塔实际上是一个多管降膜式湿壁塔。合成塔来的反应液，其中含氨：30.14、二氧化碳：17.49、尿素：34.49。通过合成塔出料调节阀HV201利用液位差进入气提塔上花板，每根气提管上部有一液体分布器，当液体流过分布器小孔后呈膜状向下沿管内壁流动。随着阀开度的改变，分布器上液层高度也改变。负荷高，液层高，流过小孔流量大，反之即小。当液体下流后与下部来的二氧化碳气体相遇，首先是游离氨被逐出，再向下是甲铵分解即以两个氨分子一个二氧化碳分子这样的比例分解出来。由于管外有压力为2.0MPa左右，温度为230

2、的中压饱和蒸气供给热量，使分解反应能够不断进行。气提过程之所以能实现是由于与反应液呈平衡的溶液表面上氨蒸汽压力始终大于气相中氨分压。这样氨一直可以被分解出来，而二氧化碳则是由于化学平衡关系，当减低气相氨的浓度后，反应向左进行。在加热和汽提的联合作用下，使尿素、氨基甲酸铵分解成氨和二氧化碳，并随气体介质一起从液体分布器上部的升气管出去进入高压甲铵冷凝器。底部出来的尿素溶液送入后系统进一步减压分解其中的氨基甲酸铵。 气提塔中气提原理 汽提是以一种气体通过反应混合物，从而降低另一种或几种气体的分压，使离解 压力降低的过程。所谓二氧化碳气提就是一种气体通过反应物，从而降低气相中 氨和(或)二氧化碳的分

3、压，使甲铵分解。甲铵分解的反应方程式： NH2COONH4 (液) 2NH3 (气) + CO2 (气) Q 这是一个可逆吸热体积增大的反应，只要能提供热量、降低压力或降低气相中NH3和CO2某一组分的分压，都可以使反应向着甲铵分解的方向进行，以达到分解甲铵的目的。 采用液态甲铵的生成或分解来说明：2NH3(液)+CO2(液) = NH2COONH4(液) 溶液中氨和二氧化碳与气相中的氨和二氧化碳处于平衡，假设它们分别符合拉乌尔与亨利定律，则有： PNH3 = P0NH3?NH3(液) PCO2=HCO2?CO2(液) PNH3 - 溶液中氨的平衡分压 PCO2 - 溶液中二氧化碳的平衡分压

4、P0NH3 - 纯氨的饱和蒸汽压 HCO2 - 二氧化碳的亨利系数 NH3(液) - 液相中氨分子分率 CO2(液) - 液相中二氧化碳分子分率 由上述各式可知：当用二氧化碳为气提剂时，气相中的氨分压趋近于零，则 液相中氨的平衡分压大于实际气流中的氨分压，故液相中的氨不断汽化逸出，液相中NH3(液)降低，反应向着甲铵分解成氨和二氧化碳的方向进行。这就促使了液相中甲铵的分解。 在甲铵分解的同时，液相中CO2(液)增加，与此相平衡的二氧化碳分压大于实际气相中的二氧化碳分压，促使液相中二氧化碳汽化逸出。因此液相中甲铵不断分解，液相中氨和二氧化碳不断汽化逸出，从而实现气提过程。 从理论上讲，在任何压力

5、和温度范围内，用气提的方法都可以把溶液中未反应的甲铵完全分解。但在工业上，由于要求过程在一定的速度下进行，因此必须保持足够高的温度。 汽提塔的结构 我国目前引进装置在用的汽提塔，根据工艺流程的不同，主要有二氧化碳汽提塔和氨汽提塔，分别用于二氧化碳和氨作汽提介质。尽管汽提介质不同，但设备主要结构基本一致。都是一台立式固定管板降膜式列管换热器。汽提塔高压部分由管箱短节球形封头、人孔盖、液体分布器、汽提管、升气管、管板等部分组成。低压部分由低压壳体、膨胀节、防爆板等组成。不同之处是氨汽提工艺的汽提塔管箱内装有使气、液充分接触的鲍尔环填料层；其次是氨汽提工艺的汽提塔上下结构对称，可以倒头使用，二氧化碳

6、工艺的汽提塔不能倒头使用。由于生产中需要控制尿素溶液的液位，因此在汽提塔底部装有用钴60作为射线源的液位计测量控制装置。同时为了减少热量损失和防止设备或管道内可能发生的局部结晶或局部冷凝而引起的腐蚀，整个设备及进出口管道须用保温棉保温，汽提塔的全部重量由焊接在膨胀节上方壳体上的支座承受。 气提塔的结构总体上分为三个部分，上部是供出尿塔合成液与汽提气进行气液分离，其中的主要部件就是液体分布器，在每一根汽提管上部管口均对应一个液体分布器，该分布器结构其实非常简单，就是一根约600 mm长的管子，管子下部每间隔120有一个约2.5mm的小孔，这样设计的目的是为了保证每根汽提管均有合成液进入，避免“干

7、管”而引起汽提管超温，从而造成汽提管腐蚀加剧而损坏；中部就是汽提管了；下部供汽提液与CO2气进行气液分离，其中的主要部件就是CO2气分布器，该分布器结构也非常简单，主要起到均布CO2气的作用。 主要部件的结构特点如下: a.密封结构 我国引进尿素生产装置中汽提塔的密封结构主要有：不锈钢齿形垫、纯钛透镜垫。这种结构具有耐腐蚀、密封性能好，结构简单，制造方便，能重复使用等优点。在引进的大型尿素生产装置中，包括汽提塔在内的几台高压设备密封结构，均采用螺栓拉伸器按要求预紧，在开车升温过程中，设备升温到120时再进行热紧。螺栓拉伸器有液压和风动两种方式。无论是何种方式，在预紧、热紧的过程中都必须按顺序分

8、几次对称均匀地预紧、热紧，以便使密封垫达到较为理想的密封效果。 b.衬里 尿素汽提塔结构与合成塔不同，只有高压管板、管箱和球形封头上才有衬里。衬里主要形式有松衬里、爆炸复合衬里、堆焊衬里。衬里的材质主要有316LMOD不锈钢及工业纯钛。就目前应用而言，汽提塔多采用爆炸形式衬里。机械松衬里虽便于检漏，但制造工艺复杂，贴紧度差，不能承受较大温度、压力的波动。堆焊衬里虽能承受较大温度压力的波动，但制造需要专用焊接设备及消耗大量昂贵的焊材，成本较高，并且衬里也不能检漏，因此应用较少。虽然爆炸复合衬里制造质量不易控制，不易检漏，但贴紧度好，制造成本较低，所以应用较多。引进的CO2汽提法的汽提塔多为8mm

9、厚的爆炸型316L不锈钢衬里，NH3汽提塔多为5mm厚爆炸型钛衬里。对于堆焊的纯奥氏体不锈钢衬里至少有3mm以上厚度的堆焊层，以满足其耐腐蚀性能的需要。衬里检漏管一般设在焊缝的上、下两侧，其作用是在制造、维修过程中来进行渗漏检查，生产过程中用来监测设备有无泄漏。 c.液体分布系统 液体分布系统是汽提塔的重要组成部分，其作用是确保介质均匀进入汽提管中形成连续均匀的液膜，以确保汽提效果。若出现偏流，导致液体分布不均匀，就会降低汽提塔的汽提效率，从而影响生产，并造成对设备的腐蚀。为此后期引进的氨汽提尿素装置在汽提管上部又增加了十字分布器、溢流槽及填料层，以提高汽提效果。进入汽提塔的物料首先通过十字分

10、布器进入溢流槽，由溢流槽内向外溢流，然后进入填料层(与气体充分接触)，到填料层底部通过分布头上的三个均布的切向小孔进入汽提管内。来自于汽提管内的气体经过填料层、溢流槽内的4个集气管，进入汽提塔顶部，从气相排出。从结构上看，切向孔比直孔能够使液体分布更为均匀，因此也就更为合理。 分布器头制造安装应符合下列要求： (1)分布头小孔尺寸必须符合制造公差要求。 (2)分布头上的3个小孔必须均布，光滑无刺，无油污，并处于同一标高。 (3)分布器与汽提管连接处的接头尺寸符合公差要求，F4垫安装后不得有间隙，以免引起管头腐蚀。 (4)液体分布头与升气管组焊后同轴度应符合要求，以便于满足栅板安装 的要求。 (

11、5)分布头与升气管组焊前应进行空气阻力降试验，要求每个分布头的阻力降数值与平均阻力降的数值差在平均阻力降的8%以内为合格。大修后也应该做该试验，一般取不少于50个为试验基数。 d.汽提管 目前汽提法(CO2汽提法、NH3汽提法)尿素汽提塔换热管长一般为6m，其尿素装置生产能力的大小一般由气体管数量多少而定。汽提管用材较早是316L、316LMOD不锈钢，后来采用25-22 型不锈钢及工业纯钛，最近又出现了锆材复合管。 汽提管的制造、安装要求如下： (1)汽提管顶端外表密封面直径公差不大于0.1mm。 (2)汽提管端面水平高度之差CO2汽提法要求不大于2mm，NH3汽提法要求不大于1mm。 (3

12、)汽提管安装后垂直度偏差0.5mm/m，而且3mm。检查前应松开膨胀节紧固螺栓(可取中心管与周围管比较测定)。 (4)管端应光滑无刺。 (5)汽提管与管板的连接采用焊接，不采用胀管连接。其原因一是避免因胀管造成的局部应力腐蚀；二是一旦管端泄漏，因管子与管板间有间隙，轻则造成腐蚀管板，重则进入蒸汽冷凝液造成的后果更为严重。 e.安全附件 汽提塔的安全附件是为了一旦汽提管破裂时，能释放低压侧内过高压力，以确保设备的安全。就采用形式而言有爆破板和安全阀两种形式。早期引进的CO2汽提法工艺中的汽提塔都采用爆破板，后来引进的NH3汽提工艺中的汽提塔一般采用安全阀。爆破板有倒拱型和预拱型爆破板。引进的CO

13、2汽提塔爆破板采用倒拱型，其后国产尿素装置衬钛CO2汽提塔采用的是预拱型爆破板。引进的CO2汽提塔要求爆破板的直径大于100mm，实际标准为200mm，爆破压力为3.0MPa；国产衬钛汽提塔爆破压力为3.1MPa；引进的NH3汽提塔安全阀的起跳压力为2.8 MPa。 爆破板的安装、使用和检修应注意以下各点： (1)爆破板应安装于壳侧蒸汽冷凝液最高液位以上。 (2)与爆破板相连的排放管应引至车间(厂房)外，且管口向上。 (3)由于工作压力的波动及板片材料的影响，介质对板片的腐蚀等因素，须定期更换爆破板。 (4)更换新爆破板安装前应清洁干净，并着色检查。 (5)安装倒拱型爆破板前，应将刀口修钝。

14、(6)若自制爆破板，所选材料的成分性能都必须与原设计要求一致，要厚薄均匀，无缺陷，并经试验合格后才能使用。 (7)安装爆破板时应防止装反或装错，紧固法兰螺栓应均匀。 汽提塔的作用 气提塔的作用是在与尿素合成塔同等压力下，在通入CO2气体的同时，加热 合成反应液，促使合成反应液中的甲铵分解并逐出游离CO2和NH3，然后将分解后CO2和NH3与CO2原料气一起返回到高压冷凝器内。 对该设备的基本要求是： 塔内气、液体进入气提管内要有良好的分布，能获得高的气提效果； CO2气提合成反应液后，溶液中氨含量减少，为防止设备被腐蚀，气提塔必须用相应耐腐蚀材料制造。 气提塔为立式降膜式列管换热器，其上管箱内装有液体分布器，下管箱内装有CO2气体入口分布器和自控液位控制器。 合成反应液从管口N12进入气提塔上管箱内，经上管箱内的液体分布器将液体均匀分布到每根气提管内。由于液体分布器的作用，液体在管内形成一层液膜向下流。CO2气体由塔底管口N10进入塔内，经气体分布器均匀分布到每根气提管内，与液体逆流接触且产生气提作用。气提作用所需要的热量由高压汽包来的高压饱和蒸汽供给，该蒸汽从接管N11引入气提塔壳侧，蒸汽冷凝液由管N6排回到高压汽包。合成反应液经气提后所得到的CO2和NH3与CO2原料气从管口N2一起返回到高压冷凝器内，气提液则由管N9进入低压循环系统。