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高效规整填料在工业中的应用

作者:user 来源:  日期:2019-09-28 22:25
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随着新型填料的开发和应用,采用填料的效果要优于采用板式塔,这在许多装置的大型塔设备中已经得到很多应用。与板式塔相比较,填料塔具有效率高、压降和持液量小、放大效应不明显等特点,特别适用于分离高沸点或热敏性物质的蒸馏等过程。规整填料在石油化工等领域中得到了广泛的应用,成为提高产品产量、改进分离效果、节能降耗以及稳定操作的重要技术措施。 
 
 在炼油生产、石油化工、精细化工等领域中,气液传质设备是广泛地应用于单元操作过程中,气液两相通过塔及其构件进行接触传质,有时还伴有传热过程。塔的结构型式及尺寸直接影响单元操作时的流体力学状态和传质(传热)性能[1]。 
  自从20世纪70年代以来,随着新型填料的开发和应用,采用填料的效果要优于采用板式塔,这在许多装置的大型塔设备中已经得到很多应用。美国的著名学者Fair教授,曾经提出[2]:在未来的十年内,填料塔将会慢慢取代板式塔;而在低压降下,规整填料也会受到更多地青睐。 

  1 规整填料 

  1.1 概述 
  规整填料是在塔内组成了有规律的、均匀排列的、由许多结构单元相同的空间单元体整齐规则堆放的填料,其可以逐层整块地放入塔内。由于结构的特点,决定了规整填料规定了固定的气、液通路与两相间的接触方式,使其空隙率高、有效传质表面积大、传质效率高、压降低,而且强化了气液两相的径向混合,从而降低了沟流壁流现象的发生,减小了放大效应[3]。规整填料相比于新型散堆填料的传质性能,其优点在于其具有较低的等板高度HETP,而这种差异主要源自于规整填料具有更大的体积传质系数KGa和KLa[4]。近年来,规整填料在石油化工等领域中得到了广泛的应用,成为提高产品产量、改进分离效果、节能降耗以及稳定操作的重要技术措施。 
  1.2 规整填料的特点 
  通过研究表明,规整填料具有以下一些 
  特点[5]: 
  (1)相对于散堆填料其分离效率较高。由于较大的比表面积的原因,规整填料提高了单位高度的理论板数,比如金属丝网填料就能达到理论板数能10块/米以上; 
  (2)气液通量和操作弹性相对较大。相比于同等直径的板式塔,其产气量往往能够大幅度提高,而且规整填料允许的通量可在较大的范围内变化,但是在实际生产中,填料塔的弹性比还主要受制于塔内液体分布器操作弹性的限制; 
  (3)阻力压降低。其显著特点是,即使在较大负荷下规整填料的压降仍是较小的; 
  (4)放大效应不明显。与散堆填料的不同之处在于规整填料在应用于大型塔设备时,其分离效率是降低较少的。 

  2 高效规整填料在工业中的应用 

  2.1 BH填料在甲醇精馏装置中的应用 
  甲醇是一种重要的有机化工产品,不仅在化学工业中占据重要的地位,而且也在国民生产中得到广泛应用。因为受制于合成条件等因素,工业中需要通过精馏单元除去甲醇中的杂质,来得到高纯度产品。也就是说,为了达到节能降耗以及生产出高质量产品的目的,一般情况下生产企业会对甲醇精馏塔进行升级改造,而BH型高效填料已经成功应用于该领域。 
  采用双塔精馏工艺流程,对3万吨/年甲醇装置进行技术改造,把原有直径为Φ1600的斜口板式塔改造成直径为Φ1000的填料塔。采用新型高效填料,理论级数为2.4块/米,总填料层高度在实际中为9.7米,同时对塔内件的设计进行了优化。通过合理设计,新塔的效率得到提高,回流比从原来的1.8减至1.4,而塔釜液相中的甲醇含量也从原来的0.7%降至0.05%。通过技术改造,每年在冷却水费用、水蒸气费用以及甲醇消耗费用上可节约共计136.5万元/年,而设备改造的成本仅为32.5万元,投资收回期为79天。 
  在实际改造项目中,北京化工实验厂用此技术对精馏主塔进行了改造,将年产3万吨/年的生产能力提高到6万吨/年,提高产量的同时,在节能方面也达到了降耗的目的。 
  此外,某外资电容器厂为了生产高端产品,需要通过技术改造得到高纯度的甲醇溶剂,而对生产排放物又有严格的限制指标,其技术改造前后的技术指标见表1。用BH型填料对甲醇精馏塔进行改造,甲醇产品的成分由99.5%提高至99.95%以上,使下游的电子产品次品率大幅度减少。不仅如此,塔釜物料中的甲醇含量减少到了0.001%,塔的回流比从改造之前的2.25降低到1.5,塔的能耗降低了23%,这样每年节约蒸汽用量2000t,冷却循环水70000t,仅两项就可为企业每年节约成本33多万元,在降低了原料成本和环境污染的同时,为企业带来可观的经济效益。 
 
  2.2 高效填料在聚氯乙烯工业中的应用 
  聚氯乙烯是一种重要的化工原料,是最早用于工业化生产的管道材料。在工业上,聚氯乙烯的传统合成方法是氯乙烯单体在引发剂作用下聚合而成,氯乙烯又是由氯化氢和乙炔加成得到的。所以乙炔的合成在聚氯乙烯生产中有着重要的地位。 
  在某聚氯乙烯厂的新区扩建项目中,在两座乙炔清净塔中采用BH型高效波纹填料,其中,塔径为2m,填料高度约10m、材质为陶瓷。通过此次改造,净化后出塔的气相中S、P含量为零;两清净塔可串联使用;清净塔压力降不大于15mmHg;且设备内表面达到防止NaClO腐蚀要求。 
  改造后将原有生产能力扩大了2.3倍,同时延长了催化剂的使用寿命,并且减少了副反应得发生、提高了产品质量。在保证后续工段良好运行的同时,为企业每年带来320万元的经济效益。 
 
  2.3 高效填料在装置改造中的应用 
  原有乙酸乙烯与副产物乙酸甲酯分离塔采用的是浮阀结构,因为分离能力低,使乙酸甲酯中排放的乙酸乙烯含量超标严重,增加原料消耗的同时,生成的有害杂质影响了产品的质量。实际改造中,在原塔基础上嫁接4.5m BHS型填料。本项技术的应用,使分离效率提高了40%、生产能力提高了50%,同时降低了原料消耗,节约了产品能耗,提高了产品的质量和产量,为企业带来经济效益893.24万元。可见,BHS型高效填料的研究与应用有着广阔的前景。
高效规整填料在工业中的应用
 某化工装置要进行扩能改造,对产品方案进行优化,同时扩大产能。原有脱碳七塔的原料需要精细切割,将C6~C7馏分从C6~C9+馏分中分离出来后,送往下游的芳烃抽提装置进一步深加工。在装置改造过程中,由于受原有占地的限制以及节省投资等因素,把原有的一台板式塔(含有33块浮阀塔盘)改造为填料塔。在设计过程中,改造后的填料塔将在真空条件下进行操作,并且为了降低塔釜的温度,要求整塔压降控制在9kPa以内。改造中,我们采用了BH型高效规整填料替代原有浮阀塔盘,理论级数为2.4块/米,总填料层高度在实际中为10.7米,分三段装填入塔。开车后,经过标定,塔压降实测值仅为6kPa。由于填料的分离效率高,回流比维持在较低水平,塔顶塔釜产品均满足分离指标。改造后,脱碳七塔的气相符合提高了2倍,充分体现了高效规整填料对大负荷的适应性。 
 
  该装置的脱碳八塔也采用BH型填料,塔顶分离C8,塔釜采出C9+。改造后,塔顶C8中的杂质含量控制在1500ppm以内,满足设计时的分离要求;由于BH型填料分离效率高,塔的实际操作回流值较设计值低10%。经过改造,每年可节约蒸汽用量7800t,冷却循环水376000t,此两项就能为企业每年节约成本105多万元,帮助企业进一步实现节能减排,增产增效的目标。 

  3 结论 

  由此可见,塔器对于整个石化装置的生产能力、产品质量,以及企业的能耗指标、环保等方面有着重要的影响。与板式塔相比较,填料塔具有效率高、压降和持液量小、放大效应不明显等特点,特别适用于分离高沸点或热敏性物质的蒸馏等过程,对于旧有板式塔的改造也提供了一种可行的方案。随着我国石化行业和高新技术的不断发展,以及对节能减排要求的逐步深入,开发国内独有的新型高效填料日趋迫切,填料塔技术的研究以及应用将进入一个新的发展时期。 

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