新型填料及內件在甲醇精餾塔中的應用
規整填料由于其分離效率高、阻力小、通量大等優點,已在國內化工等行業的工業化裝置中廣泛應用。國內以波紋填料應用較廣,主要品種有蘇爾壽的CY型、 BX型絲網波紋填料、Mellapak系列M-125~M650孔板波紋填料、國內自己研制開發的SW-1型和SW-2型網孔波紋填料。在幾萬t/a甲醇裝置中(二塔流程)大都采用CY型(700m2/m3)及SW-1型(650 m2/m3),而在10萬t/a以上的(三塔流程)裝置中考慮到更節能及放大效應等原因而陸續以BX(500 m2/m3)及SW-2(450-500 m2/m3)取代CY型及SW-1型,均取得良好結果,而SW型填料在原料成本和技術優勢上比絲網填料更具實用性。
采用三塔流程精餾裝置生產甲醇我廠已有150,100,50 kt/a生產使用實踐經驗。以山東壽光聯盟股份有限公司的6×104t/a甲醇為例,其蒸汽能耗甲醇為950kg/t(參見山東壽光聯盟股份有限公司劉志臣撰寫的“以煤為原料的甲醇裝置設計方案與運行情況”,安徽省化工研究院徐兆瑜撰寫的“甲醇產業的發展和工藝技術新進展”。
2005年投產的甲醇裝置以上海國際化建公司設計的瀘天化綠源醇業公司40×104 t/a精甲醇最具規模(粗甲醇1675 t/d,精甲醇1337 t/d),經生產實踐證明,其選用雪浪化工填料廠生產的SW-2型網孔填料是恰當的,基本達到高效、節能目的,在今后更大型的甲醇項目中可適當總結改進后選擇應用。探索投資省、效率高的填料,同時又滿足節能及提高產品質量的要求,為此提出改進塔填料及選擇更優化的塔內件(收集再分布器)的建議,供設計單位及用戶參考、指正。
1.塔填料
填料的比表面積與填料的空隙率是一組矛盾,對規整填料而言,比表面積與效率成正比,即填料的比表面積越大,理論板數越多,效率越高,但隨之而來的是空隙率越小,壓降增大,單位截面積的通量減少,如CY(700 m2/m3)型效率高于BX(500 m2/m3)型,而通量小于BX型,孔板填料情況也如此,效率為M450>M350>M250>M125,而通量則相反。
SW型網孔波紋填料系上海化工研究院與雪浪化工填料廠聯合開發的新型規整填料,1995年通過國家科委鑒定,1996年獲科技成果二等獎,并獲得國家專利,已在全國20多個省市數千項目中用于精餾吸收,特別適用于真空、常壓及加壓精餾裝置。
SW-1型及SW-2型填料是在總結了國內外應用技術的基礎上,采用價值分析法簡化加工,節約材料,因而具有極大實用意義,已在石化、醫藥、化肥、輕化、環保、基本有機合成等領域廣為推廣應用,取得良好社會與經濟效益,使用塔徑達3m以上,并在油脂化工等高溶點熱敏性物系應用也取得良好效果。
SW-1型填料壓降與孔板M450相當,效率略低于CY型絲網波紋填料。SW-2型填料壓降大大低于孔板M450型,效率略等于BX型絲網填料,高于M450型孔板填料。
2.塔內件
填料塔在分離工程中的廣泛應用,已取得了很大的成效,但有了高效的填料,必須有先進的收集再分布器等塔內件的配合,才能取得更好的分離效果。
目前國內外的收集再分布器大體為四類,第1種為斜板式收集器加排管式分布器,該型式在有機化工中應用較多,其優點為通量大,分布較均勻,但容易堵。第2 種為上部斜板式收集器,下部為二級槽式分布,該分布器分布孔設于兩側面沉積物在底部,能防堵,且操作彈性較大,但各分布槽較難保持同一平面,影響均勻分布。該分布器由收集器及分布器兩部分分開組成,在塔內占高度較高,一般大塔其高度在2m左右,造價相應較大。第3種為槽盤式收集再分布器,該分布器收集及再分布連成一體,所占高度較低,具有槽式分布器的優點,防堵及操作彈性大,但該分布器在塔內壁需焊一支撐圈,以固定收集分布器,其通量不如上述二種分布器的通量大,在大型塔徑應用中需加托梁支持。第4種為托盤式收集再分布器,該分布器在塔內壁不焊支撐圈,在分布器底板上焊有比塔徑稍小的收集圈,通氣框上懸掛有集液角鋼,收集液體后流入分布槽內,所有收集槽相連通,使收集分布器內液位持平,分布孔設在分布槽兩側,該分布器既能防堵,且操作彈性大,分布均勻,氣體流通面積達52%以上,分布器上部有防壁流圈,能解決壁流現象。該分布器用于瀘天化40×104t/a甲醇項目,原設計12×104t/a,使用新型填料及內件后可超過15×104t/a,我廠經近千座大小塔器應用后均取得滿意效果。
為了適應直徑3500mm以上及更大塔徑的要求,在托盤式收集再分布器的基礎上我們發明了大型可拆式托盤液體分布器(專利號:ZL200610088161.6)。該分布器的收集主槽作為大梁固定于塔壁,使大塔徑收集再分布器下面不需要另加托梁,收集分布副槽分塊與主槽兩側緊固及溝通,使整個分布器內液體聯通,收集器與托盤式相同,用收集角鋼集液后流入收集槽,收集外圈與底板焊接,分布孔設在收集副槽兩側,液體由導液角鋼及導液板均勻分布至填料層上,分布器上面同托盤式分布器一樣焊有防壁流圈,解決塔壁流現象。該分布器結構簡單、緊湊、合理,全部分塊后由人孔送入塔內組裝,由于不另加托梁,能使分布器與填料層離得較近,不影響塔內氣流均勻分布。該分布器采用槽梁一體化,在塔內所占高度較低,減少了制作成本,它是托盤式分布器在大型塔中的應用,保持了原有的優良特性,能防塔壁流,通氣量大、防堵、操作彈性大、高度低,下部不設托梁,并且在較大塔截面積的情況下任意設置液體分布點,是一個較理想的再分布器。
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