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波纹填料塔工业应用进展
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波纹填料塔工业应用进展

2020-01-22      阅读:
摘要
概述波纹填料塔开发研究的发展历程,介绍了上海化工研究院在推广应用中的技术手段与效果,列举的国内重要工业应用实例表明波纹填料塔适用于新产品开发与技术改造中大量的分离过程,值得深入推广应用。
一、前言
塔器是化工厂的标志,它广泛用于精馏吸收(解吸)、萃取、洗涤、化学交换、生化处理、热交换等单元操作。在炼油、石油化工、化肥、核工业及环保等部门中都占有重要地位。表1总了我国大型企业上海石油化工总厂塔设备概况。显然,塔器属于量大、面广的重要化工设备一般的占总设备投资的20%左右,有的甚至高达30%。另外,蒸馏(精馏)又是能量多,热效率低(仅5%)的耗能大户,美国蒸馏耗能约占化工行业的71.6%,有些国家竞占52%一04%。因此,塔器无论在投资还是在能耗方面都具有举足轻重的地位,它一直是世界上普遍关注的重要课题,国际上已召开过五次精馏与吸收专会议。我国也举办了三次全国塔器会议。
塔器分为两大类:板式塔和填料塔。板式塔有泡罩塔、筛板塔,浮阀塔等。一般而言,其结构较简单适应性强,易于放大、造价较低,但效率低,压降高,持液量大;而填料填料塔则效率高,压降小,持液量小,但有些填料价格较高,对初始分布敏感,隔一定高度需要装收集分布器装置等。过去板式塔的开发及应用研究速度一直保持领先,然而最近二十年来填料塔的开发应用研究却加快了速度。各种新型高效填料特别是波纹填料的开发成功和基础理论研究的成果已基本上解决了填料塔工程放大之后应用发展更迅速,日益大型化。由于它们适应了当前化工、尤其是炼油,石油化工、精细化工、化肥的需要,又满足了节能及环保的要求,所以应用日趋广泛。尤其在取代传统填料及部分板式塔的技术改造中取得了显著的经济效益和社会效益,已引起人们的普遍关注,这是当前国际上塔器研究与应用的一个重要突破。美国著名学者Fair教授认为最近十年蒸馏装置的头号新闻是汽一液接触的填料塔逐步取代板式塔。规整填料作为低压降下具有高传质效率装置而成为佼者,这种评价符合现代填料塔分离进展实际情况。
二、规整塔填料
众所周知,填料塔的核心是填料,它的性能往往决定了塔器的应用。填料按其结构形状区分有散堆填料和规填料两大类,前者为一定几何形状和尺寸的填料颗粒体.通常以散装方式堆积在塔内.如鲍尔环等;而规整填料则是由许多相同几何形状的填料单元组成。以整砌方式装入塔内,因而在整个塔截面上形成许多并列藕合、空间对称的传质单元。规整填料的分类及主要类型与规格如图l及表2所示`
显然,在规整填料中,波纹填料和格栅型填料成为代表,特别是波纹填料由于其优良的流体力学和传质及线性放大的性能(如表3所示),所以其规格与工业应用发展更快。成为当今推广应用的热点。
三、波纹填料的工业应用
塔器是投资大、能耗多,量大面广的重要单元设备,其分离所得产品往往与深度加工密切相关。
目前我国塔器仍比较落后,木格子填料、拉西环、泡罩塔板等处处可见。经常出现产量低、质量差、能耗高、污染严重等问题。就是弓}进装置中,经过十多年运转也面临不适应增产节能需要的局面,所以我国塔器技术进步要求迫切,技术改造任务宠大,北京燕山石油化工总厂、上海石油化工总厂、山东齐鲁石化总厂、大庆石化总厂、无锡合成化工厂、北京制药二厂等单位先后引进新型波纹填料塔并已见成效,但总的看来数量有限。面临增产节能的迫切需要,许多单位纷纷采取国产化技术改造的途径,业已取得事半功倍的实效,如上海高桥化工厂环氧丙烷精馏塔、苯乙烯精馏塔,兰州合成橡胶厂、常州化工厂、岳阳石化总厂苯乙烯精馏塔,北京燕山石化总厂汽油分馏塔、脱甲烷塔、脱乙烷塔、南京金陵石化公司、杭州电化厂环氧丙烷精馏塔,天津助剂厂环氧乙烷精馏塔,_匕海炼油厂脱腊油酚精制萃取塔、上海溶剂厂三聚甲醛精馏塔以及湖南湘潭有机化工厂、湖北宜昌五二五厂、老河口化工厂、辽宁庆阳化工厂、广茂名化工厂,浙东宁波化工、山东曲阜有机化工厂、江苏常州化工厂等的硝基甲苯精馏塔等等不胜枚举。现简要介绍一些波纹填料在蒸馏、吸收、解吸领域的重要应用:
1.三聚甲醛精制
工程塑料聚甲醛的聚合单体是三聚甲醛,这是一种甲醛的环状三聚体,由于其合成反应中间发生一系列副反应,生成甲醇、甲缩醛等多种产物。另外工艺中需加入二氯乙烷及未反应的甲醛使三聚甲醛的反应液含有大量杂质,而且由于聚甲醛聚合反应对单体纯度要求很高(工艺指标总杂质含量在400ppm以下),这就对三聚甲醛的精制提出很高的要求,采毛金属丝网波纹填料分离三聚甲醛精制品获得成功,产品纯度大于”.59%,杂质含量小于300pp二.提高了生产能力,降低了能耗,每年经济效益达420万元。
2.对、邻、间硝基甲苯分离
硝基甲苯是合成甲苯胺和某些染料的重要原料。硝基甲苯同分异构体沸点十分相近.高温下又易碳化.是难分离的热敏性物质。过去国内常用精馏(板式塔)—结晶法,产品纯度不高,操作不易连续,劳动条件差。生产过程中产生的冷母液。利用率下降。作为彩色影剂CD一2的宝贵原料间硝基甲苯随冷母液排放导致公害。采用三座金属丝网波纹填料塔全精馏分离新工艺获得成功·邻硝基甲苯纯度达99.7%,产品质量达到德国拜耳公司水平,畅销国内外。波纹填料塔与板式塔的比较如表4所示,其生产能力提高了二倍。目前国内大部分硝基甲苯分离装置均采用波纹填料全精馏法生产.总生产能力在4万吨/年以上,年产值超过2.5亿无,利税超过4千万/年,已形成全行业推行技术改造。
生产实践表明.金属丝网波纹填料塔效率为板式塔的4倍.分离能力达01倍。充分体现了金属丝网波纹填料真空精馏塔效率高、压降小、通量大的特点。而且开停车方便,可以过续生产。操作条件好、劳动强度低.塔釜温度低,有效地防止了结焦,改善了环境保护条件。
3.环氧丙烷提纯
对一套6500吨/年的环氧丙烷常压精馏装置进行技术改造,原精馏装置包括一座直径800毫米粗馏塔和两座直径分别为800毫米和600毫米的精馏塔(三塔均为05块浮阀塔板),将三座浮阀塔改造为一座直径800毫米的金属孔板波纹填料塔,其中精馏段为61米孔板波纹填料,分为五段,中间设专用液体收集分布器,提馏段为20块浮动喷射板(板间距400毫米),改造后获得成功,实现了环氧丙烷分离的单塔流程,塔顶直接得到环氧丙烷成品,质量达到部颁优级品,釜底排液环氧丙烷含量簇l%,直接排至二氯沉降槽。在塔截面和回流比相同的情况下,生产能力提高25~04%,能耗显著下降,蒸汽单耗是原精馏装置的三分之一,每年为企业增加收益约230万元,装置的改造费用仅81万元.
4乙苯/苯乙烯分离 
孔板波纹填料在乙苯/苯乙烯分离装置上取得成功,一套年产1万吨苯乙烯分离塔,直径2.6健米,采用205型孔板波纹填料进行技术改造后与板式塔相比,全塔压降05一06毫米汞柱.塔釜温度减小20℃(由103℃降至80一83℃)物系聚合度大大降低,同进也减少了蒸汽耗量,生产能力提高25%。另外,在目前我国最大的一套年产3万吨苯乙烯装置中,乙苯蒸出塔和苯乙烯精馏塔均采用金属孔板波纹填料,其中乙苯蒸出塔直径3.2/2.8米,总高26米,由化工流程模拟软件P二cess进行优化设计,同时采用合理塔内件.建成投产后一次开车成功。经过一年运转确认:技术指标达到设计要求,效率和负荷明显优于原定指标,每年为企业增创经济效益数百万元。表5汇总了国内外苯乙烯精馏装置改造情况的比较。据报导,全世界苯乙烯单体产量的04%是从孔板波纹填料塔中分离得到的。
5.丁烯一2分离
采用金属丝网波纹填料应用于分离丁烯一2的工业装置,从碳四中成功地获得了丁烯一2馏份供农药厂应用,为生产高效低毒新型农药提供了原料,同时它也是一种重要化工原料。该塔平均操作温度55℃,塔顶压力6kg/厘米’(绝压)与板式塔比较如表6所示。
由表6可见,采用波纹填料时产品质量有所提高.在相同工艺条件和分离要求下,波纹填料塔有较大生产能力,全塔压降减小0.6kgc/mZ相应釜温约可降低6℃,节约塔釜加热蒸汽约01%·由于波纹填料分离效率高,塔体积显著降低,使用同样进料泵,回流泵的情况下,可节电03一04%.重整橡胶溶剂油塔技术改造应用计算机化工流程模拟系统对橡胶溶剂油塔的生产方案及操作条件进行了模拟优化,拆除
局部塔板,改用新型高效波纹填料,首次在一座塔内分离出三种牌号溶剂油#6、#9、#210。溶剂油的收率提高了6.5%%,而且#6抽提溶剂油的质量大为提高.己烷含量从09%一19%提高到96%~97%,达到国家金奖的标准,新增经济效益每年800万元以上,改造成功达到预期日标.同时表明应用化工流程模拟软件对老装置的生产方案和操作条件进行优化改造,投入少,效果好。为老装置挖潜改造提供了有效途径,值得广泛推广应用。
7常减压蒸馏置改造
某厂常压塔中部分浮阀塔板用波纹填料代替,其中包括液体分布器,支承栅等内件,并用常三线供二中回流返回到填料上方,技术改造投产成功,强化了塔的分离能力,如表7表所示。更换波纹填料后,常二中的运行并不影响320“重液蜡产品质量,相反得到改善,馏程变窄与常二重迭下降近10`C.另外,减少了汽提蒸汽用量,提高了换热终温,降低了常顶负荷,节省了大量冷却水,缓和了本厂供水予盾,经济效益显著,1、2个月即可收回改造投资。
8化肥厂解吸塔改造
某天然气化肥厂系日产1620吨乒氧化碳汽提法的尿素生产厂,回收稀氨水中氨及二氧化碳的解吸塔为浮阀塔,设计入塔氨水含量2.82%,含二氧化碳1.97%,解吸后废水含氨005%,但投产以来上述指标均超过设计值,尤其近几年来因汽提塔堵较多,03MPa尾气回收系统投用等原因,稀氨水中氨及二氧化碳含量进一步升高,达设计值2倍半,只好减少加热蒸汽量,造成废水含氨高达05一1%,再通过环保专用的第二解吸塔进一步解吸以保证排放废水达标,但这样做能耗大,又造成新的大气污染,今采用孔板波纹填料对解吸塔进行改造取得成功,解吸废水含氨003一。05%而且不论操作条件如何变化从未发生液泛。其回收氨及节能经济效益也很大,投资回收期不到半年,环保效益也十分显著。
综上所述,以波纹填料为代表的规整填料具有效率高、通量大、压降小、放大效应不明显,操作弹性大适用面广等显著优点,集中体现了现代先进塔填料的技术水平。出现了新型规整填料不仅取代传统填料而且在适当条件下代替板式塔乃至在炼油,石油化工等行业形成与塔板相竞争的新局面,估计世界上应用波纹填料塔数千座,最大直径41米,产生了显著的经济和社会效益。这就是新型填料塔分离技术的主要发展趋势之一。新型填料塔开发应用方兴未艾预计90年代还将持续下去,为使我国规整填料塔推广更进一步,化工部组织了上海化工研究院、天津大学、化工部第六设计院和化工机械研究院编写了《工业塔新型规整填料应用手册》,这是我国规整填料设计与应用的第一部专业书,约40万字,200多幅图表和138个应用实例,现已出版发行,坚信我国规整填料工业应用定会取得更大成效。

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