山西晋煤天源化工有限公司(以下简称晋煤天源公司)于2004年成立，初始设计生产规模为年产合成氨360 kt、甲醇40 kt、大颗粒尿素600 kt。经过近几年的发展，生产能力不断提高，现已形成年产420 kt合成氨、50 kt甲醇、730 kt大颗粒尿素的生产能力，并可根据市场需求生产多肽尿素。晋煤天源公司采用的主要生产工艺为固定层间歇式气化工艺制气、全低变变换工艺、NDC湿法脱硫、NHD湿法脱碳、瑞士卡萨利公司的低压合成、挪威海德鲁公司的大颗粒造粒技术。

晋煤天源公司脱碳工段采用湿法工艺，脱碳液为NHD(聚乙二醇二甲醚)溶液。经过近几年的技术升级改造，合成氨装置产能由360 kt/a提高至420 kt/a，但脱碳工段未进行扩能改造，导致在生产系统满负荷运行过程中，脱碳后的脱碳气中CO₂体积分数达到2.0%(设计指标1.0%)，其在后工段中会与H₂反应生成甲醇和水，造成有效气体H₂的损耗。经多次论证，决定对脱碳工段进行技术改造，在保证工艺系统稳定运行的情况下，将脱碳气中的CO₂体积分数降至＜1.6%。

晋煤天源公司脱碳工段工艺流程:来自变脱工段的变脱气在脱碳塔与NHD溶液逆流接触，气体中的CO₂被NHD溶液吸收，从脱碳塔顶部出来的脱碳气送后工段; 吸收CO₂后的NHD富液经高压闪蒸槽、低压闪蒸槽、汽提塔多次减压及汽提再生后循环使用。

整个脱碳流程涉及的设备较多，如对单一设备进行改造，无法保证脱碳工段的稳定性。经多次技术论证、外出考察，确定对脱碳工段的脱碳塔液体分布器及填料进行改造，在不增加脱碳塔阻力的情况下提高脱碳塔的吸收效率，实现脱碳工段长周期、满负荷稳定运行。

晋煤天源公司脱碳塔直径为Φ 4 000 mm，共装填5层填料(50^#聚丙烯阶梯环)，每层填料高度为7 m，每层填料上方配置老式槽盘式液体分布器。在本次改造中，晋煤天源公司将5层液体分布器更换为新型槽盘式液体分布器，从下往上数的第3层和第4层填料更换为ZUPAC系列双向金属折峰式波纹填料。

2.1 ZUPAC系列双向金属折峰式波纹填料

ZUPAC系列双向金属折峰式波纹填料(图 1)是在普通波纹板规整填料与Intalox散堆填料的优良组合基础上开发出的一种综合性能优良的新型规整填料，其每一周期波纹是由位于4个平面上的4个以上断续平面图形薄片相交所组成，其侧向投影形状为2条交错的波纹状折线。该填料均匀分布的平行四边形通道完全取代了常见规整填料上的圆形通孔，不仅可节省材料8.5%，而且也增大了比表面积。ZUPAC系列双向金属折峰式波纹填料在结构上的优化使气液流道得到优化，提高了传质效率; 开孔率增大，使通量提高、压降更低; 比表面积增大，使理论板数有所增加，抗堵塞能力、填料刚度等方面均大大增强。该填料压降小、通量大、气体横向流通性好、分离能力较大，可广泛应用于精馏、吸收、萃取、换热、洗涤等工业领域。

图 1

ZUPAC系列双向金属折峰式波纹填料

晋煤天源公司1^#系统脱碳塔原采用的填料为50^#阶梯环，通过对50^#阶梯环、25^#星形环、ZUPAC系列双向金属折峰式波纹填料在相同工况下进行水力计算，结果表明在操作条件相同的情况下，ZUPAC系列双向金属折峰式波纹填料的压降和液泛率(持液量)与散堆填料相比具有较大的优势; 与晋煤天源公司2^#系统脱碳塔及变换气脱硫工段使用的散堆填料比较，脱碳工段采用的ZUPAC系列双向金属折峰式波纹填料不仅气液接触面积大、吸收效率和液泛点高，而且具有操作弹性大、对异常工况适应性强等特点。

2.2 新型槽盘式液体分布器

在脱碳工段改造中，将晋煤天源公司1^#系统脱碳塔的5层老式槽盘式液体分布器更换为新型槽盘式液体分布器(图 2)。该新型槽盘式液体分布器是在老式槽盘式液体分布器的基础上发展起来的新型产品，其采用多个U形分布槽与支持圈一起组成液相通道，每2个U形分布槽之间形成气相通道。U形分布槽开有均匀底孔和侧孔，大大提高了分布效果，适用于大喷淋密度的场合。与老式槽盘式液体分布器一样，新型槽盘式液体分布器具有集液、气体分布、液体分布的功能，同时具有操作弹性更大、抗堵塞能力强的特点，有助于塔器的长周期正常运行。

图 2

新型槽盘式液体分布器

该改造项目改造工期短，在冬季错峰生产期间完成，未影响公司生产计划。脱碳工段改造共投资约180万元，其中填料、分布器、辅件等约150万元，施工费用约30万元。

脱碳工段改造完成后，在生产系统满负荷运行的情况下，脱碳塔出口脱碳气含CO₂体积分数由2.0%降至1.6%，可减少H₂损耗600 m³/h(标态)。按年运行8 000 h、氨售价2 800元/t计，年可增产合成氨3 600 t，年可创收约1 000万元。