塔式吸收设备在天然气液化前净化工艺中的应用

图1-1 填料吸收塔示意图

天然气液化前的净化工艺包括脱硫、脱碳、脱水、脱汞等。在以MEA等醇胺吸收原料天然气中的CO₂、H₂S的工艺中，吸收塔是一个很重要的设备。吸收塔通常有两种：填料吸收塔与板式吸收塔。

1.填料吸收塔

利用塔内填料，以增加吸收剂（MDEA）与原料气接触面积，通过气液接触进行的一种气液交换设备。

填料塔由塔体、填料、塔内件及筒体构成（图1-1）。填料塔塔体是一个立式圆筒，填料分规整填料和散装填料两大类。吸收塔的吸收效果取决于所使用的填料的形式、材料等。塔内构件有不同形式的液体分布装置、填料固定装置或填料压紧装置、填料支承装置、液体收集再分布装置及气体分布装置等。

吸收剂（MDEA）从塔顶进入，经液体分布器喷洒在填料上，并沿填料表面流下。原料气由塔底送入，与吸收剂逆向交叉流过填料层空隙，在填料层表面气液两相密切接触后发生质交换，带走原料气中的酸性气体。

图1-2 板式吸收塔内部结构

图1-3 塔板负荷性能(www.xing528.com)

2.板式吸收塔

板式吸收塔由圆筒形塔体和按一定间距水平装置在塔内的若干塔板组成（图1-2），工业上广泛应用于精馏和吸收过程。在天然气预处理中主要用于吸收原料气中的酸性气体。

板式塔工作时，吸收剂（MDEA）在重力作用下，自上而下依次流过各层塔板，至塔底排出；原料气在压力差推动下，自下而上依次穿过各层塔板，至塔顶排出。每块塔板上保持着一定深度的液层，气体通过塔板分散到液层中去，进行相际接触传质。

塔板，又称塔盘，是板式塔中气液两相接触传质的部位，决定塔的操作性能。为满足吸收或分离操作所提出的各种要求，新型塔板不断出现，已有数十种。通常塔板主要由以下三部分组成：

（1）气体通道 为保证气液两相充分接触，塔板上均匀地开有一定数量的通道供气体自下而上穿过板上的液层。气体通道的形式很多，它对塔板性能有决定性影响，也是区别塔板类型的主要标志。

（2）溢流堰 为保证气液两相在塔板上形成足够的相际传质表面，塔板上须保持一定深度的液层。为此，在塔板的出口端设置溢流堰。塔板上液层高度在很大程度上由堰高决定，对于大型塔板，为保证液流均布，还在塔板的进口端设置进口堰。

（3）降液管 降液管是液体自上层塔板流至下层塔板的通道，也是气（汽）体与液体分离的部位。为此，降液管中必须有足够的空间，让液体有所需的停留时间。操作时，板上液体随机地经某些筛孔流下，而气体则穿过另一些筛孔上升。

各种塔板只有在一定的气液流量范围内操作，才能保证气液两相有效接触，从而得到较好的传质效果。塔板正常操作时气液流量的范围，可用塔板负荷性能图（图1-3）来表示。图中的几条边线所表示的气液流量限度为：①漏液线。气体流量低于此限时，液体经开孔大量泄漏。②过量雾沫夹带线。气体流量高于此限时，雾沫夹带量超过允许值，会使板效率显著下降。③液流下限线。若液体流量过小，则溢流堰上的液层高度不足，会影响液流的均匀分布，致使板效率降低。④液流上限线。液体流量太大时，液体在降液管内停留时间过短，液相夹带的气泡来不及分离，会造成气相返混，板效率降低。⑤液泛线。气液流量超过此线时，引起降液管液泛，使塔的正常操作受到破坏。

如果塔板的正常操作范围大，对气液负荷变化的适应性好，就称这些塔板的操作弹性大。