填料塔

【填料塔】

1、規(guī)整填料
2、支撐柵板
3、液體收集器
4、降液管
5、管式液體分布器
此結(jié)構(gòu)適合于直徑小于800mm的填料塔。

一、前言
　　一套*的年產(chǎn)30萬噸單醇項(xiàng)目，采用的是集團(tuán)有限公司高效塔內(nèi)件為核心的4塔精餾技術(shù)。在十個(gè)多月的運(yùn)行中，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)都好于設(shè)計(jì)。據(jù)了解，將國(guó)內(nèi)技術(shù)用于這么大甲醇裝置是罕見的。
甲醇精餾裝置是甲醇生產(chǎn)的重要后處理工序，其能耗占甲醇生產(chǎn)總能耗的20%左右。傳統(tǒng)的精餾塔大都是以浮閥為主的板式塔，雖然先后也出現(xiàn)了導(dǎo)向浮閥、斜孔篩板等新型板式塔；但由于板式塔開孔率低，介質(zhì)傳質(zhì)、傳熱效率差。再加之塔身高達(dá)50多米，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝和檢修十分困難，控制點(diǎn)多。實(shí)際生產(chǎn)中，持液量和阻力大、能耗高，總體效果不太理想。
　　 為減少甲醇在精餾中的損耗和提高熱利用率，無錫市豐學(xué)石化裝備有限公司的工程技術(shù)人員在充分調(diào)研國(guó)內(nèi)大部分甲醇精餾生產(chǎn)裝置和科研單位科研成果的基礎(chǔ)上，在國(guó)內(nèi)開發(fā)了不銹鋼絲網(wǎng)波紋規(guī)整填料和配套的新型氣液分布器為核心的精餾新技術(shù)、新工藝。其核心設(shè)備精餾塔都選用新型填料型的，且可以根據(jù)甲醇規(guī)模的大小，分別選用2—4個(gè)塔。同時(shí)，為提高甲醇收率，還對(duì)原流程進(jìn)行了優(yōu)化，增加了排氣冷凝器等甲醇回收裝置。
　　 甲醇是一碳化學(xué)中重要的有機(jī)產(chǎn)品和最重要的基本有機(jī)化工原料之一，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中有廣泛的應(yīng)用：經(jīng)過羰基化、烷基化、氫化脫氫等一系列反應(yīng)可得到較多的有機(jī)化工產(chǎn)品，在農(nóng)藥、染料、燃料以及三大合成材料生產(chǎn)中都要用甲醇作為原料或溶劑；近年來，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)石油能源的短缺問題越來越嚴(yán)重，尋找石油的替代燃料不僅關(guān)系著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，而且關(guān)系到國(guó)家能源和環(huán)境的安全，甲醇是解決此問題最現(xiàn)實(shí)、的途徑之一。
　　 甲醇工業(yè)的節(jié)能降耗，對(duì)提高裝置的經(jīng)濟(jì)性和企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力有重要的作用。近年來，隨著氮肥企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐的加快、甲醇市場(chǎng)的好轉(zhuǎn)，以及甲醇生產(chǎn)與合成氨的近似，因此，越來越多氮肥廠家上馬了聯(lián)醇裝置或不斷提高甲醇在產(chǎn)品中的比重。據(jù)《中國(guó)化工報(bào)》報(bào)道：我國(guó)近幾年將新增甲醇生產(chǎn)能力500多萬噸，甲醇節(jié)能降耗的生產(chǎn)技術(shù)也引起眾多企業(yè)的重視。甲醇精餾裝置是甲醇生產(chǎn)的重要后處理工序，其能耗占甲醇生產(chǎn)總能耗的20%左右，在甲醇生產(chǎn)中占據(jù)重要的位置，*、節(jié)能、高效的精餾裝置，對(duì)降低甲醇成本、提高企業(yè)的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力起著重要的作用。
二、精餾方法的選擇
　　 精餾是應(yīng)用泛的利用各物質(zhì)沸點(diǎn)的不同進(jìn)行的分離操作，其廣泛應(yīng)用促使技術(shù)已相當(dāng)成熟，但技術(shù)的成熟并不意味著之后不再需要發(fā)展而停滯不前。由于其應(yīng)用的廣泛，每一個(gè)進(jìn)步哪怕是微小的，也會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，正因?yàn)槿绱?，精餾的研究仍受到廣泛的重視，不斷取得進(jìn)展。
無錫市豐學(xué)石化裝備有限公司開發(fā)的高效塔內(nèi)件在精餾中的成功應(yīng)用，呈現(xiàn)出了取代板式塔的趨勢(shì)。該技術(shù)和工藝具有比表面積大，液體分布均勻，塔體阻力小，氣液相通量大，傳質(zhì)分離效率高，操作具有彈性，安裝檢修方便等優(yōu)點(diǎn)，能使主、預(yù)塔的塔高降低三分之一。實(shí)際生產(chǎn)中，產(chǎn)品質(zhì)量好，消耗低，易操作、工藝指標(biāo)調(diào)整快。
三、精甲醇工藝過程簡(jiǎn)介
　　 來自甲醇合成工段的粗甲醇，經(jīng)減壓進(jìn)入粗甲醇貯槽，經(jīng)粗甲醇預(yù)熱器加熱至70℃左右進(jìn)入預(yù)精餾塔，出預(yù)塔氣體經(jīng)冷卻后進(jìn)入預(yù)塔回流槽，加水萃取后進(jìn)入預(yù)塔回流，然后進(jìn)入主塔，出加壓塔氣體經(jīng)冷卻后至加壓塔回流槽，以便提供主回流使用。精醇采出首先考慮主回流采出，這樣可充分利用塔的效率，甲醇品質(zhì)較好。甲醇的精餾分二個(gè)階段：先在預(yù)塔中脫除輕餾分，主要是二甲醚；后進(jìn)入主精餾塔，進(jìn)一步把高沸點(diǎn)的重餾分雜質(zhì)脫除，主要是水、異丁基油等。從塔頂采出的精甲醇經(jīng)冷卻器冷卻至常溫后，就可得到高純度的符合國(guó)家優(yōu)級(jí)品指標(biāo)的精甲醇產(chǎn)品。
　　 傳統(tǒng)的甲醇精餾裝置中，精餾塔大部分選用了板式塔結(jié)構(gòu)，塔身高大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝和檢修十分困難，控制點(diǎn)多，操作復(fù)雜，工藝指標(biāo)反應(yīng)滯后，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，不易控制。實(shí)際生產(chǎn)中，持液量大、阻力大、能耗高，增加了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，削弱了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
四、填料塔的特點(diǎn)
　　無錫市豐學(xué)石化裝備有限公司的工程技術(shù)人員充分調(diào)研了國(guó)內(nèi)大部分甲醇精餾生產(chǎn)裝置，結(jié)合科研單位的科研成果，開發(fā)了新型的填料型甲醇精餾裝置。我公司開發(fā)的甲醇精餾裝置，精餾塔內(nèi)都選用甲醇精餾專用不銹鋼絲網(wǎng)填料，這種填料有如下特點(diǎn)：
4.1 傳熱、傳質(zhì)效率高
（1） 我們選用的高效甲醇精餾專用不銹鋼絲網(wǎng)填料，單位體積具有較大的比表面積，增加了氣液兩相的接觸傳熱、傳質(zhì)基礎(chǔ)。
（2） 高效甲醇精餾專用不銹鋼絲網(wǎng)填料的理論塔板數(shù)遠(yuǎn)高于相同高度的板式塔，使塔的有效傳質(zhì)、傳熱面積增大，塔高可降低1/3左右。
（3） 由于這種填料的表面安排合理，防止填料表面出現(xiàn)干區(qū)，同時(shí)有利于氣液兩相在填料層中的均勻流動(dòng)并能促進(jìn)汽、液兩相的表面更新，從而使填料表面真正用于傳質(zhì)的有效面積增大，總體平均的傳質(zhì)系數(shù)和推動(dòng)力增高。
（4） 我公司甲醇精餾專用不銹鋼絲網(wǎng)填料經(jīng)過特殊溶劑處理后，表面對(duì)于液相的潤(rùn)濕性好，容易使液體分布均勻。
4.2 壓降小、氣液相通量大
（1） 新型填料空隙率大，壓降小，通量大。
（2） 新型填料流道規(guī)則，持液量小、阻力小。
（3） 新型填料由于進(jìn)行了特殊的加強(qiáng)處理，有足夠的強(qiáng)度。所以在安裝時(shí)，不易使填料表面變形而使流道變化。
4.3 液體分布均勻
由于絲網(wǎng)網(wǎng)片上的流道與軸線有一定傾角，相鄰兩網(wǎng)片上的流道傾角方向相反，而上下兩層填料緊密貼合，并相互交錯(cuò)900安裝，促使液體經(jīng)過每一層后重新分布而趨于均勻，強(qiáng)化了液體的均布能力，具有優(yōu)良傳質(zhì)、傳熱能力。
五、分布器的設(shè)計(jì)和安裝
　　 填料塔在操作過程中，液體和氣體的初始分布和再分布對(duì)填料塔性能影響很大，特別是液體分布器是填料塔內(nèi)最重要的構(gòu)件。我公司對(duì)分布器的選型、設(shè)計(jì)、制造等環(huán)節(jié)都給予了高度重視并不斷進(jìn)行優(yōu)化：
（1） 針對(duì)甲醇精餾生產(chǎn)特點(diǎn)，結(jié)合生產(chǎn)廠家裝置能力，我們對(duì)再沸器出口氣體選用新型分布器，在設(shè)計(jì)制造時(shí)力求達(dá)到的分布效果。在投入使用之前，由公司具有豐富經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)安裝，確保達(dá)到預(yù)期效果。
（2） 液體進(jìn)口分布器（初始分布器）的選型，我們采用新型分布器，根據(jù)各裝置能力情況，設(shè)計(jì)出合理的結(jié)構(gòu)，盡量做到初始分布均勻。
（3） 在填料塔中，相同高度的理論塔板數(shù)要遠(yuǎn)高于板式塔。而填料超過一定高度，塔中普遍存在的液相壁流，容易引起填料段內(nèi)氣液不均勻分布，從而造成效率大幅度下降。這就要求要有較為合理的填料分段及液體收集再分布裝置。我們根據(jù)不同的裝置規(guī)模進(jìn)行合理選用與設(shè)計(jì)。由于設(shè)計(jì)合理、精心制造、認(rèn)真安裝，確保運(yùn)行效果良好。
六、應(yīng)注意的幾個(gè)問題
（1） 精餾塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是相似的，上部為精餾段，物料經(jīng)加熱器加熱到沸點(diǎn)以上溫度時(shí)進(jìn)入填料層，在內(nèi)件上進(jìn)行傳質(zhì)、傳熱，輕組分不斷被加熱、汽化、上升，重組分不斷被冷卻、液化、下降。在塔的上部氣相出口設(shè)有冷卻器和回流槽，以提供回流液。下部有熱虹吸式再沸器，靠低壓蒸汽加熱源源不斷地提供熱能，保持整個(gè)塔的填料層處于沸騰狀態(tài)。根據(jù)各組份氣液相傳遞過程，合理進(jìn)行填料的分段和高度的設(shè)計(jì)，使混合物的氣液相的單元操作合理進(jìn)行，達(dá)到預(yù)期的精餾效果。
（2）填料及分布器的安裝，精餾效果的好壞，不僅要求設(shè)計(jì)合理，而且填料和分布器的安裝要引起高度重視，即使是質(zhì)量較好的填料和結(jié)構(gòu)合理的分布器，如果安裝方法不當(dāng)，仍會(huì)對(duì)精餾效果產(chǎn)生較大影響。我們公司從工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、安裝測(cè)試、開車等，均由有一定專業(yè)技術(shù)水平的工程技術(shù)人員進(jìn)行、的技術(shù)服務(wù)。因此每套裝置都能順利投產(chǎn)并達(dá)到預(yù)期效果，使用戶收取得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
七、經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)
　　 國(guó)內(nèi)規(guī)模為30萬噸/年的甲醇裝置本來就不多，而在精餾裝置中設(shè)備和技術(shù)都是自己的更是很難找出第二家。正在運(yùn)行的那套裝置，其噸甲醇主要消耗指標(biāo)如下（按生產(chǎn)一噸甲醇計(jì)）：從下表可以看出，填料精餾塔的四項(xiàng)指標(biāo)消耗均比板式塔低，從而降低了精甲醇的成本，提高了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，