专利名称：气体急冷吸收塔的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气体急冷吸收的空塔设备。
背景技术：
在许多化工生产装置中，吸收和急冷是非常重要的两个单元。在气相反应结束后，一般都需要利用吸收单元吸收气相反应产物，然后再经后续分离提纯单元得到符合要求的产品。因此，吸收或急冷的好坏，直接影响到整个化工装置的产品回收率和产品的生产成本，目前应用最多的吸收塔和急冷塔是常规的填料塔或板式塔。
文献JP80104246介绍了一种丙烯腈的急冷和吸收中和塔设备，其塔最下段为拉西环填料，上部各段为筛板塔的结构。此发明的气体进料中所含的固体杂质和高粘度聚合物很多，在填料环境中运行容易形成堵塞，最终导致气体通道和液体通道分布不均匀，气液传热和传质效率不高。另外，塔内的压力控制要求高。据该专利称，吸收中和气体进料中的未反应氨效果为90％左右。丙烯腈在此塔和未反应氨的聚合损失仍然很大。
文献《气体吸收》(B.M.拉姆，化学工业出版社，1985)中介绍了另一类用于吸收和急冷的塔设备。这类塔设备大都采用板式结构，如泡罩塔板，筛孔塔板和浮阀塔板。此类塔设备虽然可适应负荷变化大，要求操作弹性高的装置中，但是此类塔设备要求的压降大。在反应体系为常压或低压的情况下，反应后的产物气体具有的压力通常不高，因此难于符合此类塔设备所要求的压力降。另外，在塔板上存在着一定的液面梯度，使气体在塔板上不能均匀地分布在靠近溢流堰的那部分塔板上液位较低，大部分气体从此通过，造成气体在塔内的分布不均匀。这种现象在大塔径的设备中尤为明显。
上述文献都是要求气体具有一定的压头，并且不含固体悬浮杂质和其它高粘度液体聚合物。由于堵塞和气体分布不均匀，造成了塔设备内气液接触不好，气液传热和传质效率不高。因此在一些常压体系和杂质含量高的物系中，它们都无法高效率地运用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中吸收和急冷过程中所产生的气液接触不良，传热和传质效率不高，在常压体系和高污染物系中常规吸收和急冷设备无法高效率运行的缺点，提供一种新的急冷吸收塔。该急冷吸收塔具有不易堵塞、气液分布均匀，塔内气液传热和传质的效率高，对体系压头要求低的特点。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下一种气体急冷吸收塔，至少由上段和下段二段组成，上段和下段中间有集液盘，集液盘上有升气管，上段为空塔喷淋式结构或1～5块塔板的塔板式结构，下段为含有气体再分布器的喷淋结构，喷淋结构位于集液盘下面，气体再分布器上面，气体进口管位于气体再分布器下面，其特征在于气体进口管沿气体走向1/4～1/3管程部分不开口，剩余部分朝上开口，开口部分的垂直距离为进口管径的1/3～1/2；朝上剩余部分沿管长对称开有两个出口槽，出口槽弧度大小为朝上剩余部分圆弧弧长的1/6～1/4。
上述技术方案中，下段喷淋层数为1～5层，喷淋结构中喷嘴的安装角度α为0～180°，优选范围为0～60°或120～180°，同一层喷嘴按规则几何形状排列，规则几何形状为同心圆、矩形、正方形或正三角形。上段为1～5块塔板的塔板式结构，塔板为逆流式双溢流塔板。气体再分布器优选方案为由1～20个圆锥形或椭圆锥形单元件组成，单元件按塔垂直轴线对称排列，气体再分布器高度为气体进口管径的30％～100％。气体进口管优选方案为不开口部分与朝上开口部分的垂直端面是封闭的。
本发明通过特殊的进气管结构，消除了气体在进塔后撞壁再反向上升的不对称分布。在气体再分布器的作用下，气体得到进一步的均一化。同时液相优选采用多向多层的喷淋方式，可以调节喷嘴喷淋的方向和喷淋的层数，达到使液相分布有针对性地与气相分布对应。此种接触方式，气液接触更加充分，传热和传质效率得到很大的提高，吸收和急冷迅速，减少了气液在塔内的停留时间，降低了能耗，提高了吸收效率。另外，由于下段为空塔结构，不易被固体杂质和/或其他高粘度聚合物杂质堵塞。在多段式空塔设备上部各段，由于要求每段有独立的液相循环喷淋型式，因此要求上升气体通道有一定的高度，以便形成一定的液位进行液相循环喷淋。但是，上升气体通过气体通道后，在气体通道之间存在着气体分布不均的问题，影响上部各段的气液接触，降低吸收和急冷的效果。在上部各段增加错流塔板后，气体得到了重新分布，更加均匀，气液接触更加充分，气液传热和传质效率大大提高，吸收和急冷的效果有了很大的改善。工业装置应用证明本发明可使整个装置能耗降低15％～30％，主要产品的吸收效率提高15％左右，取得了较好的技术效果。
图1为本发明的急冷吸收塔设备和工艺流程；图2为本发明的气体进口管及E-E截面和A-A截面示意图；
图3A为本发明的气体再分布器；图3B为本发明的气体再分布器单元件；图4A为喷淋层设置方式；图4B为喷嘴的排列方式；图4C为喷嘴的安装方式。
图1～图4中1为空塔设备，2为气体进料，3为气体再分布器，4为塔板，5上升气体通道，6为喷嘴，7为下段循环喷淋液，8为吸收液，9为吸收尾气，10为气体进口管，11为上段循环喷淋液，12为上升气体，L1、L2、L3、L4为喷淋层，α为喷嘴的安装方向与垂直面的交角。
图1中，气体进料2通过气体进口管10进入空塔下部，通过气体再分布器3进行一次再分布，然后与循环喷淋液7逆向接触被急冷、吸收；循环喷淋液7在与气体进料2接触吸收后从塔釜排出，吸收液一部分进入后续处理工段，一部分作为循环喷淋液进行循环喷淋。经急冷塔下段接触后的气态急冷流出物经上升气体通道上升至塔上段，通过上段塔板4进行再一次分布后，与循环喷淋液11逆向接触被进一步急冷和吸收；吸收液一部分与下段吸收液合并进入后续处理单元中，一部分作为循环喷淋液进行循环喷淋。吸收后尾气从塔顶排出，进入后续处理工段。
气体进口管的优选方案中，不开口部分与朝上开口部分的垂直端面是封闭的。图2A-A截面示意图中的阴影部分即表示封闭的部分。
下面通过实施例来对本发明作进一步的阐述。
具体实施例方式
比较例1以重量百分比计，气体进料组成为丙烯腈12.3，乙腈0.5，氢氰酸1.5，丙烯醛0.1，丙烯酸0.1，氨0.5，其他85.0。流量为49千克/小时，进料温度220℃，采用硫酸水溶液中和吸收氨。利用文献JP80104246中二段式吸收塔设备，其中塔设备下段为拉西环填料，上段为塔板，塔板数为5。实验证明中和吸收氨的效率为80.5％，能耗为232千瓦/千克丙烯腈。
比较例2以体积百分比计，气体进料组成为CO230.2，CO 4，H248，N217.8；流量为905千克/小时，进料温度85℃，采用25℃的水溶液吸收CO2。利用一段塔板式吸收塔设备，浮阀塔板数为5，采用普通的进气管并且无气体再分布器。实验证明吸收CO2的效率为82％。
实施例1以重量百分比计，气体进料组成为丙烯腈12.3，乙腈0.5，氢氰酸1.5，丙烯醛0.1，丙烯酸0.1，氨0.5，其他85.0。流量为9.25千克/小时，进料温度220℃，采用硫酸水溶液中和吸收氨。利用本发明的二段式塔设备，下段喷淋为5层，喷嘴安装角度为0°、30°、150°三种；上段喷淋为3层，喷嘴安装角度为0°、180°两种，上段塔板数为2；同一层喷嘴按三角形排列。气体进口管沿气体走向1/4管程部分不开口，剩余部分朝上开口，开口部分的垂直距离为进口管径的1/3；出口槽弧度大小为朝上剩余部分圆弧弧长的1/4。气体再分布器由10个圆锥形单元件组成，高度为气体进口管径的60％。中和吸收氨的效率为95.0％，工业装置的能耗为195.0千瓦/千克丙烯腈。
实施例2以重量百分比计，气体进料组成为丙烯腈12.3，乙腈0.5，氢氰酸1.5，丙烯醛0.1，丙烯酸0.1，氨0.5，其他85.0。流量为9.25千克/小时，进料温度220℃，采用硫酸水溶液中和吸收氨。利用本发明的二段式塔设备，下段喷淋为3层，喷嘴安装角度为0°、30°、180°三种；上段喷淋为2层，喷嘴安装角度为0°、150°两种，上段塔板数为2；同一层喷嘴按矩形排列。气体进口管沿气体走向1/3管程部分不开口，剩余部分朝上开口，开口部分的垂直距离为进口管径的1/2；出口槽弧度大小为朝上剩余部分圆弧弧长的1/4。中和吸收氨的效率为93.5％，工业装置的能耗为197.5千瓦/千克丙烯腈。
实施例3以重量百分比计，气体进料组成为丙烯腈12.3，乙腈0.5，氢氰酸1.5，丙烯醛0.1，丙烯酸0.1，氨0.5，其他85.0。流量为9.25千克/小时，进料温度220℃，采用硫酸水溶液中和吸收氨。利用本发明的二段式塔设备，下段喷淋为3层，喷嘴安装角度为0°、150°、180°三种，上段喷淋为3层，喷嘴安装角度为0°，上段塔板数为1；同一层喷嘴按正方形排列。气体进口管沿气体走向1/3管程部分不开口，剩余部分朝上开口，开口部分的垂直距离为进口管径的1/2；出口槽弧度大小为朝上剩余部分圆弧弧长的1/6。气体再分布器由6个椭圆锥形单元件组成，高度为气体进口管径的100％。中和吸收氨的效率为96.3％，工业装置的能耗为188千瓦/千克丙烯腈。
实施例4以体积百分比计，气体进料组成为CO230.2，CO 4，H248，N217.8；流量为905千克/小时，进料温度85℃，采用25℃的水溶液吸收CO2。利用本发明的一段式塔设备，液相循环喷淋为3层，喷嘴安装角度为0°、180°两种，同一层喷嘴按正方形排列。气体进口管沿气体走向1/4管程部分不开口，剩余部分朝上开口，开口部分的垂直距离为进口管径的1/2；出口槽弧度大小为朝上剩余部分圆弧弧长的1/6。气体进口管不开口部分与朝上开口部分的垂直端面是封闭的。气体再分布器由12个圆锥形单元件组成，高度为气体进口管径的80％。实验证明吸收CO2的效率为93.6％。
权利要求
1.一种气体急冷吸收塔，至少由上段和下段二段组成，上段和下段中间有集液盘，集液盘上有升气管，上段为空塔喷淋式结构或1～5块塔板的塔板式结构，下段为含有气体再分布器的喷淋结构，喷淋结构位于集液盘下面，气体再分布器上面，气体进口管位于气体再分布器下面，其特征在于气体进口管沿气体走向1/4～1/3管程部分不开口，剩余部分朝上开口，开口部分的垂直距离为进口管径的1/3～1/2；朝上剩余部分沿管长对称开有两个出口槽，出口槽弧度大小为朝上剩余部分圆弧弧长的1/6～1/4。
2.根据权利要求1所述气体急冷吸收塔，其特征在于下段喷淋层数为1～5层，喷淋结构中喷嘴的安装角度α为0～180°，同一层喷嘴按规则几何形状排列，规则几何形状为同心圆、矩形、正方形或正三角形。
3.根据权利要求2所述气体急冷吸收塔，其特征在于喷淋结构中喷嘴的安装角度α为0～60°或120～180°。
4.根据权利要求1所述气体急冷吸收塔，其特征在于上段为1～5块塔板的塔板式结构，塔板为逆流式双溢流塔板。
5.根据权利要求1所述气体急冷吸收塔，其特征在于所述气体再分布器由1～20个圆锥形或椭圆锥形单元件组成，单元件按塔垂直轴线对称排列，气体再分布器高度为气体进口管径的30％～100％。
6.根据权利要求1所述气体急冷吸收塔，其特征在于所述气体进口管不开口部分与朝上开口部分的垂直端面是封闭的。
全文摘要
本发明涉及一种气体急冷吸收塔，主要解决现有技术中吸收和急冷过程中所产生的气液接触不良，传热和传质效率不高，在常压体系和高污染物系中常规吸收和急冷设备无法高效率运行的问题。本发明通过采用气体进口管沿气体走向1/4～1/3管程部分不开口，剩余部分朝上开口，开口部分的垂直距离为进口管径的1/3～1/2；朝上剩余部分沿管长对称开有两个出口槽，出口槽弧度大小为朝上剩余部分圆弧弧长的1/6～1/4的技术方案，较好地解决了该问题，可用于硫酸、乙烯、腈类化学品如丙烯腈、甲腈吡啶等众多无机化学品和有机化学品的工业生产装置中。
文档编号B01D53/18GK1981912SQ200510111470
公开日2007年6月20日 申请日期2005年12月14日 优先权日2005年12月14日
发明者甘永胜, 吴文伟, 邵百祥, 何志 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院