立體傳質(zhì)塔板CTST在環(huán)氧乙烷精餾塔上的應(yīng)用

郜闖(遼陽石化分公司烯烴廠 遼寧 遼陽111000)

一、裝置概況

遼陽石化分公司環(huán)氧乙烷/乙二醇裝置采用SHELL生產(chǎn)技術(shù)，于2007年12月建成投產(chǎn)運行，該技術(shù)是當(dāng)代最先進(jìn)的技術(shù)之一。它和當(dāng)前世界上其他最先進(jìn)的環(huán)氧乙烷/乙二醇生產(chǎn)技術(shù)一樣有著許多共同之處：采用氧氣氧化法；載銀高選擇型催化劑；列管式固定床反應(yīng)器；用沸騰水汽化除去氧化反應(yīng)熱副產(chǎn)高壓蒸汽；氧化反應(yīng)用甲烷致穩(wěn)；尾氣回收乙烯；環(huán)氧乙烷和水加溫加壓后在管式反應(yīng)器中絕熱水解生成乙二醇；多效蒸發(fā)脫水；生成高質(zhì)量的產(chǎn)品，可滿足各種用途的要求。特別是高選擇性的催化劑在環(huán)氧乙烷/乙二醇領(lǐng)域始終處于領(lǐng)先的地位。

二、改造背景

環(huán)氧乙烷是一種重要的化工原料，主要用于生產(chǎn)聚酯和防凍劑的原料乙二醇，也可用于生產(chǎn)非離子表面活性劑、乙二醇醚和醫(yī)藥原料等多種下游產(chǎn)品，應(yīng)用十分廣泛。因為環(huán)氧乙烷常壓下沸點僅為10.7攝氏度，易燃易爆，不適宜長途運輸，所以商品環(huán)氧乙烷產(chǎn)量較少。特別是一段時間以來，隨著遼陽石化周邊的民營環(huán)氧乙烷深加工企業(yè)產(chǎn)能不斷擴(kuò)大，國內(nèi)環(huán)氧乙烷供求矛盾一直突出，產(chǎn)品一度供不應(yīng)求。

三、工藝流程簡介

原裝置環(huán)氧乙烷精制塔C-303以來自V-306的環(huán)氧乙烷/水溶液為進(jìn)料，再沸器以來自E-209的貧吸收液為熱源，高純環(huán)氧乙烷產(chǎn)品從C-303第58塊塔盤側(cè)線采出，經(jīng)高純EO冷卻器E-311冷卻后，用高純EO輸送泵P-305A/B送至EO罐區(qū)儲罐。塔頂氣經(jīng)EO精制塔頂冷凝器E-312及E-313冷卻后，流至EO精制塔回流罐V-305，該EO大部分回流，其余作為脫醛部分，送至乙二醇反應(yīng)器作為進(jìn)料。本次改造擴(kuò)能項目在原有C-303塔基礎(chǔ)上，塔殼、板間距、降液管、支撐圈、連接方式均不變，只將原塔板更換為CTST塔板，可提高處理能力100%至150%甚至更高，提高分離效率。

四、新型塔板簡介

1.工作原理

立體傳質(zhì)塔板CTST為獨特的立體結(jié)構(gòu)，以梯形噴射罩作為氣液接觸、傳熱、傳質(zhì)元件；塔板采用矩形開孔，并在上方設(shè)置梯形噴射罩，罩的側(cè)面為帶篩孔的噴射板，兩端為梯形的短板，上部為分離板，噴射板與分離板間為氣液通道，噴射板與塔板的底隙，為液體進(jìn)入罩體的通道。分離板的作用，一是提供氣液接觸空間，二是使氣液兩相有效分離，減少霧沫夾帶。

CTST為氣液并流噴射型塔板[1-2],氣體自板孔進(jìn)入噴射罩中，在板孔附近形成低壓區(qū)；液體受罩體內(nèi)外壓差和板面液面高度靜壓強(qiáng)的作用自罩底隙進(jìn)入罩內(nèi)；在塔板至罩頂?shù)牧Ⅲw空間中，液體經(jīng)過拉膜提升——破碎——碰頂折返——噴射——互噴——分離六個步驟和氣體完成傳質(zhì)。

2.立體傳質(zhì)塔板CTST主要技術(shù)性能

(1)氣相通過能力大：由于上升的氣液被分離板強(qiáng)制分離，大大提高了分離效率，所以大幅度減小了霧沫夾帶，提高了氣相負(fù)荷操作上限。實驗表明在相同的塔板開孔率時，CTST的操作上限比F1浮閥高一倍以上[3]。

(2)液相通過能力大：液相處理能力就是降液管的通過能力。降液管的主要作用是液氣分離。一般鼓泡型塔板板上液體的氣含率在50%甚至更高。由于CTST塔板上層液體為清夜層，流到降液管中的液體基本不含氣泡，所以降液管的通過能力可提高一倍以上。

(3)板壓降低、能耗低。由于CTST工作室氣體直接進(jìn)入冒罩內(nèi)，而不需穿過板上液層，所以其板壓降可大幅度降低。

(4)操作彈性大：CTST塔板操作下限為漏液控制，其漏液點略高于浮閥塔板，其操作上限比浮閥塔板高一倍，其操作彈性是浮閥塔板的1.5-2倍。

(5)在相同的降液管寬度、氣體流速、液體流量下，CTST降液管中泡沫高度較小，液體停留時間長,因此較浮閥塔更易處理發(fā)泡體系。[4]

五、改造前后工況對比

遼陽石化環(huán)氧乙烷(EO)裝置節(jié)能及增加商品量改造項目完成單線改造并投運近三個月，單線環(huán)氧乙烷生產(chǎn)能力增加3.75t/h。

該項目是遼陽石化今年啟動的重點挖潛增效項目。項目采用單塔流程與三塔流程相結(jié)合的自主精制工藝路線，對現(xiàn)有環(huán)氧乙烷精制塔采用高效、高處理量的新型塔內(nèi)件進(jìn)行改造，并更新配套部件提高精制能力，采用熱水型溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組替代蒸汽噴射制冷方式實現(xiàn)節(jié)能增效。在開車階段，重點加強(qiáng)改造部分的工藝、設(shè)備監(jiān)控和優(yōu)化工作，使裝置生產(chǎn)負(fù)荷在較短時間內(nèi)達(dá)到了設(shè)計值。精餾塔改造前后各參數(shù)入下表所示：

表1 精餾塔改造前后各參數(shù)對比

小結(jié)

利用改造前后分析數(shù)據(jù)對全塔輕關(guān)鍵組分環(huán)氧乙烷(EO)進(jìn)行物料衡算：

F：進(jìn)料量

XF：進(jìn)料輕組分濃度XF

D:塔頂采出量

XD:塔頂輕組分濃度

W:塔底采出量

Xw:塔底輕組分濃度

塔頂EO產(chǎn)品的收率：

即：

表2 改造前后EO量對比

可以看出雖然各流量儀表存在誤差，但物料衡算的結(jié)果基本相符。

改造前后，在進(jìn)料量減少3t/h的情況下，塔頂輕組分采出增加了2.5t/h，說明改造后的高效塔板為全塔氣液交換提供了較大的接觸面積，在塔板總數(shù)不變的情況下，較浮閥塔板有更大的塔板效率。

改造前后塔頂產(chǎn)品的收率從56%提高到了74%。

在精餾塔氣液相負(fù)荷增加近2倍的情況下，全塔壓降反而減少23.33%，相對揮發(fā)度增大，有利于氣液分離，降低了全塔單位能耗。

[1]李春利，馬曉東.大通量高效塔板—立體傳質(zhì)塔板CTST[J].河北工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程研究所,河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2013.01.

[2]王志英，隋紅，高長虹，李春利.CTST和浮閥塔板降液管操作能力比較[J].河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報.2003，1007-2373.

[3]劉繼東，李春利，李柏春.新型垂直篩板塔空間持液量與塔板效率的研究[J],河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2000，29(5)：41-44.

[4]于文奎，李柏春，曹立珊，等.梯形立體傳質(zhì)塔板(CTST)流體力學(xué)性能研究[A].第八屆全國化學(xué)工程學(xué)術(shù)會議論文集[C].天津大學(xué)。1996，251-256.