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CN111760320B - 一种减缓冷凝液汽提塔塔顶回流系统腐蚀的方法及装置 - Google Patents

一种减缓冷凝液汽提塔塔顶回流系统腐蚀的方法及装置 Download PDF

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CN111760320B CN202010803824.8A CN202010803824A CN111760320B CN 111760320 B CN111760320 B CN 111760320B CN 202010803824 A CN202010803824 A CN 202010803824A CN 111760320 B CN111760320 B CN 111760320B
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Abstract

本申请提供了一种减缓冷凝液汽提塔塔顶回流系统腐蚀的方法及装置，涉及煤化工和石油加工技术领域。该装置包括冷凝液汽提塔和喷淋塔，通过用喷淋塔对由冷凝液汽提塔的塔顶输出的塔顶不凝气进行降温冷却。上述装置结构简单，操作方便，以喷淋塔作为不凝气的冷却系统，代替传统的塔顶冷凝器可有效解决或减缓现有冷凝液汽提工艺中塔顶回流系统中氨类物质局部严重腐蚀的腐蚀问题，降低检维修费用避免或减少因泄露问题造成的非计划停工，降低维护费用，保障整个汽提系统的安全、稳定、长周期运行。

Description

一种减缓冷凝液汽提塔塔顶回流系统腐蚀的方法及装置
技术领域
本发明涉及煤化工和石油加工技术领域，具体而言，涉及一种减缓冷凝液汽提塔塔顶回流系统腐蚀的方法及装置。
背景技术
CO变换工艺是煤化工生产过程中的关键环节，是合成氨、甲醇及制氢等工艺中一种重要的净化工艺过程。为满足节水、节能的要求，煤气化水煤浆流程和干粉流程的工艺冷凝液都将回收利用。
变换工段的冷凝液汽提塔的作用是将返回气化的低温冷凝液中的氨汽提出去，维持系统中氨平衡，其汽提效果将直接影响到气化灰水中氨的指标，从而影响到气化废水的排放量。变换冷凝液汽提塔的设计一般均采用蒸汽直接汽提，汽提气经冷凝分离后，不凝气直接单独送火炬或硫回收处理，分离器底部的含氨冷凝液则由于含氨高，较难处理，一般直接送气化磨煤。该流程的缺点是含氨冷凝液返回气化磨煤，由于磨煤的煤浆温度较高，导致有部分氨挥发出来，且氨的返回会导致气化出口氨或惰性气含量增高。为解决该问题，而将变换冷凝液汽提塔的冷凝器置于冷凝液汽提塔塔顶，通过回流提浓，氨全部进入不凝气，这样就避免了含氨污水的处理。
但是，设计有回流系统的塔顶冷凝器普遍存在腐蚀泄漏问题。发生腐蚀的工厂多发生在开车半年到一年之间，腐蚀的材质均为不锈钢，严重制约了装置的长周期稳定运行，在对装置的安全生产造成极大威胁的同时，也带来了一定的经济损失和环境危害。
鉴于此，特提出本申请。
发明内容
本发明的目的包括提出一种减缓冷凝液汽提塔塔顶回流系统腐蚀的方法及装置，以解决上述技术问题。
本申请可以这样实现：
第一方面，本申请提供一种减缓冷凝液汽提塔塔顶回流系统腐蚀的方法，包括以下步骤：用喷淋塔对由冷凝液汽提塔的塔顶输出的塔顶不凝气进行降温冷却。
在可选的实施方式中，将冷凝液汽提塔的塔顶输出的塔顶不凝气与进料换热后输入至喷淋塔的下部进行降温冷却。
在可选的实施方式中，还包括：将喷淋塔的塔底的液相进行换热，将换热后的一部分液相并入冷凝液汽提塔的塔顶，剩余的液相作为冷凝介质进入喷淋塔的顶部。
在可选的实施方式中，换热前，还包括对喷淋塔的塔底的液相进行加压。
在可选的实施方式中，冷凝液汽提塔的气相温度为120-160℃，优选为135-150℃。
在可选的实施方式中，冷凝液汽提塔的塔顶输出的塔顶不凝气在进入喷淋塔之前的温度为110-140℃，优选为120-130℃。
在可选的实施方式中，喷淋塔的塔顶气相温度为75-95℃，优选为80-90℃。
在可选的实施方式中，并入冷凝液汽提塔的塔顶的液相的温度为35-50℃，优选为40-45℃。
在可选的实施方式中，进入喷淋塔的顶部的液相的温度为35-50℃，优选为40-45℃。
在可选的实施方式中，还包括回收喷淋塔的塔顶输出的含NH3的不凝气。
在可选的实施方式中，将含NH3的不凝气回收至硫回收单元或火炬系统。
第二方面，本申请提供一种减缓冷凝液汽提塔塔顶回流系统腐蚀的装置，包括冷凝液汽提塔和喷淋塔，喷淋塔的入口与冷凝液汽提塔的出口连通对由冷凝液汽提塔的塔顶输出的塔顶不凝气进行降温冷却。
其中，冷凝液汽提塔可以为单塔形式也可以为双塔形式。
在可选的实施方式中，装置还包括进料换热器，进料换热器的入口与冷凝液汽提塔的塔顶出口连通以将冷凝液汽提塔的塔顶输出的塔顶不凝气换热，喷淋塔的塔底的入口与进料换热器的出口连通以将进料换热器换热后的塔顶不凝气输入至喷淋塔的下部进行降温冷却。
在可选的实施方式中，装置还包括回流换热器，回流换热器的入口与喷淋塔的塔底的出口连通，回流换热器的出口分别与喷淋塔的顶部的入口以及冷凝液汽提塔的塔顶的入口连通以将换热后的一部分液相并入冷凝液汽提塔的塔顶，剩余的液相作为冷凝介质进入喷淋塔的顶部。
在可选的实施方式中，装置还包括回流泵，回流泵的入口与喷淋塔的塔底的出口连通以将喷淋塔的塔底的液相进行加压，回流泵的出口与回流换热器的入口连通以将加压后的液相输入回流换热器进行换热。
在可选的实施方式中，喷淋塔的上部设有除雾器。
在可选的实施方式中，喷淋塔的上部设有分配器。
本申请的有益效果包括：
以喷淋塔作为塔顶不凝气的冷却系统代替传统的塔顶冷凝器，由于喷淋塔的喷淋面积大，接触面积大，从而可使腐蚀物质均匀分布，扩大气液分布面积，从而有效解决或减缓现有冷凝液汽提工艺中塔顶回流系统中氨类物质局部严重腐蚀的腐蚀问题，降低检维修费用避免或减少因泄露问题造成的非计划停工，降低维护费用，保障整个汽提系统的安全、稳定、长周期运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例1提供的减缓冷凝液汽提塔塔顶回流系统腐蚀的装置的结构示意图。
图标：1-冷凝液汽提塔；2-进料换热器；3-喷淋塔；4-回流泵；5-回流换热器；6-塔顶不凝气；7-低温冷凝液；8-含NH3的不凝气；9-循环冷却进水口；10-循环冷却水排出口。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
下面对本申请提供的减缓冷凝液汽提塔塔顶回流系统腐蚀的方法及装置进行具体说明。
目前设计有回流系统的塔顶冷凝器无论是单塔还是双塔，无论是卧式还是立式均普遍存在腐蚀泄漏问题，发明人通过长期研究得出造成上述问题的主要原因在于：塔顶冷凝器为管束结构，气液分布面积小，氨类物质集中于管束内，易导致管壁附近气液组成变化较大，从而造成塔顶冷凝器局部腐蚀，此外，还容易造成管束内壁出现穿孔等现象。
鉴于此，本申请特提出一种减缓冷凝液汽提塔塔顶回流系统腐蚀的方法，包括以下步骤：用喷淋塔对由冷凝液汽提塔的塔顶输出的塔顶不凝气进行降温冷却。
以喷淋塔作为塔顶不凝气的冷却系统代替传统的塔顶冷凝器，由于喷淋塔的喷淋面积大，塔顶不凝气与喷淋塔的接触面积大，从而可使腐蚀物质均匀分布，扩大气液分布面积，进而有效解决或减缓现有冷凝液汽提工艺中塔顶回流系统中氨类物质局部严重腐蚀的腐蚀问题，降低检维修费用避免或减少因泄露问题造成的非计划停工，降低维护费用，保障整个汽提系统的安全、稳定、长周期运行。
在可选的实施方式中，冷凝液汽提塔的气相温度为120-160℃，如120℃、130℃、140℃、150℃或160℃等，优选为135-150℃，如135℃、140℃、145℃或150℃等。
冷凝液汽提塔的塔顶不凝气主要含有CO2、H2S、NH3以及水。上述各物质的相对挥发度为：CO2>H2S>NH3>H2O。在处理过程中，最大程度将除水以外的三种物质除去。值得说明的是，上述四种物质形成四元物系，该物系为挥发性弱电解质水溶液，在水溶液中弱电解质呈电离平衡和水解(化学)平衡，游离态分子在两相中又呈气液平衡。上述四元物系中还含有固体NH4HCO3、(NH4)2CO3、(NH4)2S和NH4HS，大多以NH4 +、HS-、S2-、HCO3 -、CO3 2-离子状态存在，由离子水解而成的游离态NH3、H2S和CO2很少。在上述温度条件下，可有效地将NH3、H2S和CO2从酸性水中分离出来。
在可选的实施方式中，将冷凝液汽提塔的塔顶输出的塔顶不凝气与进料换热后输入至喷淋塔的下部进行降温冷却。
在可选的实施方式中，冷凝液汽提塔的塔顶输出的塔顶不凝气在进入喷淋塔之前的温度为110-140℃，优选为120-130℃。上述温度可保证H2S、NH3、CO2排出完全，又可防止H2S和NH3带水量过大。当温度过低会导致热量不足，造成净化水中硫和氨含量增大，产品质量不合格；当温度过高，又会使塔顶酸性气带水量过大，蒸汽耗量高、塔顶冷凝负荷大。
进一步地，还包括：将喷淋塔的塔底的液相进行换热，将换热后的一部分液相并入冷凝液汽提塔的塔顶，剩余的液相作为冷凝介质进入喷淋塔的顶部。换热过程中，换热器还通入有循环冷却进水，换热后排出循环冷却水。该换热器也可看作为冷却器。
进一步地，换热前，还包括对喷淋塔的塔底的液相进行加压，以在泵的作用下泵入至换热器中。
在可选的实施方式中，喷淋塔的塔顶气相温度可以为75-95℃，优选为80-90℃。该温度范围可防止氨盐结晶，堵塞设备和管道，造成事故。值得说明的是，喷淋塔的塔顶气相温度高于95℃会导致过量的水被汽化。温度低于75℃，NH3和H2S会形成氨盐。
在可选的实施方式中，并入冷凝液汽提塔的塔顶的液相的温度为35-50℃，优选为40-45℃。进入喷淋塔的顶部的液相的温度也为35-50℃，优选为40-45℃。上述温度下可获得氨浓度很低(高纯度，例如酸性气中氨含量小于1.5％)的酸性气。
在可选的实施方式中，还包括回收喷淋塔的塔顶输出的含NH3的不凝气。例如可将含NH3的不凝气回收至硫回收单元或火炬系统。
承上，本申请提出的减缓冷凝液汽提塔塔顶回流系统腐蚀的方法至少具有以下效果：
1)该方法可有效解决或减缓现有冷凝液汽提工艺中塔顶回流系统的腐蚀问题，降低检维修费用；
2)该方法可最大限度的保留现有设备及选材，实现有效的资源效益最大化，从而减少不必要的材料升级；
3)该方法通过采用喷淋塔的方式代替现有的水冷器，实现减少氨类物质局部严重腐蚀的目的；
4)该方法在喷淋段设置换热器，利于热能的回收及利用；
5)该方法适应性广，可应用到其他出现类似腐蚀问题的工艺装置。
此外，本申请还提供了一种减缓冷凝液汽提塔塔顶回流系统腐蚀的装置，包括冷凝液汽提塔和喷淋塔，喷淋塔的入口与冷凝液汽提塔的出口连通对由冷凝液汽提塔的塔顶输出的塔顶不凝气进行降温冷却。
在可选的实施方式中，装置还包括进料换热器，进料换热器的入口与冷凝液汽提塔的塔顶出口连通以将冷凝液汽提塔的塔顶输出的塔顶不凝气换热，喷淋塔的塔底的入口与进料换热器的出口连通以将进料换热器换热后的塔顶不凝气输入至喷淋塔的下部进行降温冷却。
在可选的实施方式中，装置还包括回流换热器，主要用于喷淋塔塔底液相的热量回收利用，回流换热器的入口与喷淋塔的塔底的出口连通，回流换热器的出口分别与喷淋塔的顶部的入口以及冷凝液汽提塔的塔顶的入口连通以将换热后的一部分液相并入冷凝液汽提塔的塔顶，剩余的液相作为冷凝介质进入喷淋塔的顶部。换热器还设有循环冷却进水口以及循环冷却水排出口。
在可选的实施方式中，装置还包括回流泵，回流泵的入口与喷淋塔的塔底的出口连通以将喷淋塔的塔底的液相进行加压，回流泵的出口与回流换热器的入口连通以将加压后的液相输入回流换热器进行换热。
在可选的实施方式中，喷淋塔的上部设有除雾器，用于细小水滴的脱除。进一步地，喷淋塔的上部还可设置分配器，用于提升冷凝效果。
值得说明的是，本申请中喷淋塔所设置的除雾器以及分配器可参照现有技术进行设置，其位置关系在此不做过多赘述。冷凝液汽提塔、喷淋塔、进料换热器、回流泵以及回流换热器之间可通过管道或管线等连通。
实施例1
请参照图1，本实施例提供一种减缓冷凝液汽提塔塔顶回流系统腐蚀的装置，其包括冷凝液汽提塔1(单塔)、进料换热器2、喷淋塔3、回流泵4及回流换热器5，进料换热器2的入口与冷凝液汽提塔1的塔顶出口连通，喷淋塔3的塔底的入口与进料换热器2的出口连通，回流泵4的入口与喷淋塔3的塔底的出口连通，回流泵4的出口与回流换热器5的入口连通，回流换热器5的出口分别与喷淋塔3的顶部的入口以及冷凝液汽提塔1的塔顶的入口连通。回流换热器5还设有循环冷却进水口9以及循环冷却水排出口10。
采用上述装置，将由冷凝液汽提塔1的塔顶输出的塔顶不凝气6经进料换热器2加热后输入至喷淋塔3的下部进行降温冷却，随后将喷淋塔3的塔底的液相经回流泵4加压泵入回流换热器5中进行换热，将换热后的一部分液相(低温冷凝液7)并入冷凝液汽提塔1的塔顶，剩余的液相(冷凝液)作为冷凝介质进入喷淋塔3的顶部。同时将喷淋塔3的塔顶输出的含NH3的不凝气8进行于硫回收单元进行去硫回收。
其中，冷凝液汽提塔1的气相温度为143℃，冷凝液汽提塔1的塔顶输出的不凝气在进入喷淋塔3之前的温度为122℃，喷淋塔3的塔顶气相温度为78℃，并入冷凝液汽提塔1的塔顶的液相的温度为40℃，进入喷淋塔3的顶部的液相的温度为40℃。
某煤制甲醇过程中，通过比较，采用本实施例提供的减缓冷凝液汽提塔塔顶回流系统腐蚀的装置和方法制备后，塔顶腐蚀速率降至0.1mm/a左右，安全运行1.5a以上，而未使用该方法前(区别在于不含喷淋塔3，直接采用的是塔顶冷凝器)塔顶腐蚀速率为3-5mm/a。
实施例2
本实施例提供一种减缓冷凝液汽提塔塔顶回流系统腐蚀的装置，其包括冷凝液汽提塔(双塔)、进料换热器、喷淋塔、回流泵及回流换热器，进料换热器的入口与冷凝液汽提塔的塔顶出口连通，喷淋塔的塔底的入口与进料换热器的出口连通，回流泵的入口与喷淋塔的塔底的出口连通，回流泵的出口与回流换热器的入口连通，回流换热器的出口分别与喷淋塔的顶部的入口以及冷凝液汽提塔的塔顶的入口连通。回流换热器还设有循环冷却进水口以及循环冷却水排出口。
采用上述装置，将由冷凝液汽提塔的塔顶输出的塔顶不凝气经加热器加热后输入至喷淋塔的下部进行降温冷却，随后将降喷淋塔的塔底的液相经回流泵加压泵入回流换热器中进行换热，将换热后的一部分液相(低温冷凝液)并入冷凝液汽提塔的塔顶，剩余的液相(冷凝液)作为冷凝介质进入喷淋塔的顶部。同时将喷淋塔的塔顶输出的含NH3的不凝气进行于硫回收单元进行去硫回收。
其中，冷凝液汽提塔的气相温度为155℃，冷凝液汽提塔的塔顶输出的不凝气在进入喷淋塔之前的温度为，喷淋塔的塔顶气相温度为135℃，并入冷凝液汽提塔的塔顶的液相的温度为91℃，进入喷淋塔的顶部的液相的温度为47℃。
某煤制甲醇过程中，通过比较，采用本实施例提供的减缓冷凝液汽提塔塔顶回流系统腐蚀的装置和方法制备后，塔顶腐蚀速率为小于0.2mm/a左右，每月检修次数由数次延长到安全运行1a以上，而未使用该方法前(区别在于不含喷淋塔，直接采用的是塔顶冷凝器)塔顶腐蚀速率为4-6mm/a。
综上，本申请提供的减缓冷凝液汽提塔塔顶回流系统腐蚀的装置结构简单，对应的方法操作方便，以喷淋塔作为不凝气的冷却系统，代替传统的塔顶冷凝器可有效解决或减缓现有冷凝液汽提工艺中塔顶回流系统中氨类物质局部严重腐蚀的腐蚀问题，降低检维修费用避免或减少因泄露问题造成的非计划停工，降低维护费用，保障整个汽提系统的安全、稳定、长周期运行。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (19)

1.一种减缓冷凝液汽提塔塔顶回流系统腐蚀的方法，其特征在于，包括以下步骤：用喷淋塔对由冷凝液汽提塔的塔顶输出的塔顶不凝气进行降温冷却；
所述冷凝液汽提塔的气相温度为120-160℃；所述冷凝液汽提塔的塔顶输出的所述塔顶不凝气在进入所述喷淋塔之前的温度为110-140℃；所述喷淋塔的塔顶气相温度为75-95℃。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将冷凝液汽提塔的塔顶输出的塔顶不凝气与进料换热后输入至喷淋塔的下部进行降温冷却。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：将所述喷淋塔的塔底的液相进行换热，将换热后的一部分所述液相并入所述冷凝液汽提塔的塔顶，剩余的所述液相作为冷凝介质进入所述喷淋塔的顶部。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，换热前，还包括对所述喷淋塔的塔底的所述液相进行加压。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述冷凝液汽提塔的气相温度为135-150℃。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述冷凝液汽提塔的塔顶输出的所述塔顶不凝气在进入所述喷淋塔之前的温度为120-130℃。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述喷淋塔的塔顶气相温度为80-90℃。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，并入所述冷凝液汽提塔的塔顶的所述液相的温度为35-50℃。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，并入所述冷凝液汽提塔的塔顶的所述液相的温度为40-45℃。
10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，进入所述喷淋塔的顶部的所述液相的温度为35-50℃。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，进入所述喷淋塔的顶部的所述液相的温度为40-45℃。
12.根据权利要求1-11任一项所述的方法，其特征在于，还包括回收所述喷淋塔的塔顶输出的含NH3的不凝气。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，将含NH3的所述不凝气回收至硫回收单元或火炬系统。
14.一种减缓冷凝液汽提塔塔顶回流系统腐蚀的装置，其特征在于，包括冷凝液汽提塔和喷淋塔，所述喷淋塔的入口与所述冷凝液汽提塔的出口连通对由冷凝液汽提塔的塔顶输出的塔顶不凝气进行降温冷却。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述装置还包括进料换热器，所述进料换热器的入口与所述冷凝液汽提塔的塔顶出口连通以将所述冷凝液汽提塔的塔顶输出的塔顶不凝气换热，所述喷淋塔的塔底的入口与所述进料换热器的出口连通以将所述进料换热器换热后的塔顶不凝气输入至喷淋塔的下部进行降温冷却。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述装置还包括回流换热器，所述回流换热器的入口与所述喷淋塔的塔底的出口连通，所述回流换热器的出口分别与所述喷淋塔的顶部的入口以及所述冷凝液汽提塔的塔顶的入口连通以将换热后的一部分液相并入所述冷凝液汽提塔的塔顶，剩余的液相作为冷凝介质进入所述喷淋塔的顶部。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述装置还包括回流泵，所述回流泵的入口与所述喷淋塔的塔底的出口连通以将所述喷淋塔的塔底的液相进行加压，所述回流泵的出口与所述回流换热器的入口连通以将加压后的液相输入所述回流换热器进行换热。
18.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述喷淋塔的上部设有除雾器。
19.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述喷淋塔的上部设有分配器。
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