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1、第十五届全国化 1 j - 甲醇技术年会 堡! ! ! 生型苎i ! ! 型! 型! 苎! 竺! 坚唑竺! ! ! ! ! ! ! 丝! ! 竺! ! ! ! 坚! 壁! 坚 径向侧导喷射塔板在甲醇精馏工段中的应用 王柱祥张振欧 ( 河北工业大学化工塔器设计中心 商恩霞郭秀玲 天津市创举科技有限公司3 0 0 1 3 0 ) 近年来，我国的甲醇工业正随下游产品的开发而迅速发展。目前很多企业都开始着手甲醇的生产和 开发，在过去较小规模的联醇生产的基础上，开发大规摸的单醇生产。而有条件的工厂，甲醇生产的原 料也由天然气、半水煤气转而使用过去废弃不用的焦炉煤气。据中国化工报2 0 0 5 年9 月7
2、 日报道， 继云南曲靖8 万讹焦炉气制甲醇的装置投产后，2 0 0 5 年9 月5 日，建滔( 河北) 焦化有限公司的1 2 万讹焦炉气制甲醇生产装置投产，一次试车成功，产品达到美国A A 级标准。这是我国焦炉气制甲醇 的第二套装置。在这个工程中，天津市创举科技有限公司承担了甲醇精馏工段的设计和甲醇精馏塔内件 的设计、制造和安装工作。 1甲醇精馏概述 1 1 甲醇精馏 在甲醇生产中，当原料气在甲醇合成塔内发生甲醇反应的同时，还伴随一系列的副反应。其产物是 由甲醇、水及有机杂质等组成的混和溶液，称之为粗甲醇。粗甲醇中带有很多杂质，必须经过精馏才能 获得所需要的精甲醇。 1 2 粗甲醇的组成 由于
3、甲酵合成时可以采用不同的催化剂，而且受压力、温度、合成气组成甚至是催化剂使用时期不 同的影响，故粗甲醇的组成十分复杂。各厂之间、甚至一个厂在催化剂使用的不同时期内，粗甲醇的组 成都不同。据有关资料，粗甲醇的组分有4 0 多种，其中列出了3 0 种主要组分及沸点，还未包括常规状 态F 的气体成分。常见的2 5 个组分及常压下的沸点见表1 。 表1 粗甲醇的组成 组成 沸点( ) 组成 沸点( )组成沸点( )组成沸点( )组成沸点( ) H 2 2 5 2 8 二甲醚 - 2 4 8 4 甲醇 6 4 7 正丙醇9 7 2 l异戊醇1 1 9 N 2 1 9 58 甲酸甲酯 3 1 _ 8 正己
4、烷6 8 7 4正庚烷9 84 3正辛烷1 2 56 7 C 0, 1 9 1 5 正戊烷 3 6 0 7 乙酸已酯 7 7 1异T 醇9 95 正戊醇1 3 7 9 8 A t “1 8 58 丙酮 5 6 2 9乙醇7 83 2 水1 0 0正壬烷1 5 0 8 C 0 2 7 8 4 乙酸甲酯 5 7 2 异丙醇 8 2 3 3 正丁醇 1 1 7 6 6 正癸烷 1 7 4 1 1 3 粗甲醇精馏工艺选择 目前，我国的甲醇精馏工艺主要分为双塔精馏和三塔精馏两种。双塔精馏主要在系统能力比较小， 投资比较紧，同时对甲醇质量没有特别严格要求的场合下采用；随着甲醇单系统能力的增大，用户对甲 醇
5、质量要求的提高，特别是用户在甲醇生产中迫切地要求降低能耗，因此催生了甲醇的三塔精馏。相对 于般塔精馏，三塔精馏具有能耗低和产品精度高的优点，它的能耗至少要比双塔精馏低3 0 。但是它 也有缺点：那就是投资相对较高，操作也比较复杂。 相对于某一个工厂，究竟是选用双塔精馏还是三塔精馏，完全取决于其自身的条件。比如投资条件、 甲醇的用途、是否要求高精度甲醇及当地的能源价格等，还取决于操作人员的技术水平。把各种条件综 合起来分析，投资者才能进行正确的判断和决定。 2 径向侧导喷射塔板( C J S T ) 径向侧导喷射塔板是隶属河北工业大学的天津市创举科技有限公司研发的大家都知道，垂直筛板的 工作原理
6、是：下层塔板上升的气体经塔板板孔上升，塔板上的液体靠自身的静压从帽罩底隙进入罩内， 被上升的气体提拉、破碎、混合向罩顶撞击实现第一次传递过程；当气液混合物打到罩顶后折返，将气 第十五届全国化肥一甲醇技术年会 堡! ! ! 生型生! ! 型! ! ! 型兰竺生些些竺! ! 旦! ! ! ：! ! ! 竺! ! 型坚竺! ! ! 液接触面更新，在罩内完成了第二次传质过程；然后，气液混合物经罩侧面的小孔喷出，液体被分散成 大量商径不等的液滴，形成大量再次被更新的表面，在塔板上进行第三次传质。气流每经过一层塔板， 就要进行三次强烈的传质过程。因此说它的板效率是比较高的。径向侧导喷射塔板是垂直筛板的更新
7、换 代产品，相对于垂直筛板，它除了具有垂直筛板的优点外，还具有以下特点： ( 1 ) 由于帽罩为条形排布，塔板上液体流动通道变宽，流动阻力变小，这可使塔板上的液面梯度 减小，从而使通过塔板板孔的气体分布趋于均匀。 ( 2 ) 由于帽罩的特殊结构，可使每层塔板的雾沫夹带减小，从而使塔板在通量增大时雾沫夹带不 会超标。这就使径向侧导喷射塔板的生产强度变得更大。 ( 3 ) 由于帽罩上液体的喷射具有方向性，因此可以减少液体的返混，从而增大板效率。 ( 4 ) 帽罩上喷出的液体可以对喷，对喷的结果可以强化传质效率。 由于径向侧导喷射塔板具有以上特点，因此它的板效率相对较高，通量也较其它塔板大。已经在很
8、 多塔内使用了这种塔板，特别是应用在化肥行业的变换气脱硫塔、饱和塔、甲醇精馏塔和焦化行业的脱 苯塔、精苯工段的初馏塔、两苯塔、吹苯塔、纯苯塔、甲苯塔等塔器中，使用效果都很好。 3精馏塔内件的选择 对于甲醇精馏塔内件，目前国内主要的选择有板式塔和填料塔。 3 1 板式塔 老式的精馏塔都采用板式塔板，从泡罩塔、浮阀塔开始，逐渐进步到目前采用的微分浮阀塔、垂直 筛板塔和径向侧导喷射塔等。老式塔比，如泡罩塔、浮阀塔等，因板效率低，使得塔板层数多，一般的 主塔要设8 5 层塔板。这样使精馏塔塔高很高，从而使泵的电耗加大，能耗增大，设备投资也很大。从 目前提倡的成本意识上讲是不可取的。 新式塔，如垂直筛板
9、塔、径向侧导喷射塔等，因为板效率高，因此塔板层数可大大减少。对于垂直 筛板塔主塔塔板层数可减到7 0 层甚至更少；因塔板的特殊构造，可缩短板间距，因此塔高大大降低， 它的塔高可以和填料塔相似。这样，精馏工段的电耗就大幅度降低。 另外，板式塔的一个最大的优点就是能很容易地处理侧线采出问题。因板式塔的每层塔板上都可以 设采出点，在侧线采出区内，相邻的6 块塔板上可连续设6 个采出点，那么不论粗甲醇的成分如何变化， 都能很容易的采出高品质的甲醇来。相对于填料塔，解决这个问题就比较难了。必须明确，对于要求精 甲醇达到美国A A 标准的厂家来说，是须慎重考虑的一个关键问题。 采用径向侧导喷射塔还有一个最
10、大的优点，那就是业主可以省下很大一部分投资。相对于填料塔， 径向侧导喷射塔内件的投资要比丝网波纹规整填料节省3 0 以上。而能耗可以和填料塔相当或略高。 3 2 填料塔 一般讲，大型的甲醇精馏装置大多采用填料塔，其目的可以降低塔高，从而达到节能。但是，填料 塔在甲酵精馏的使用上也存在一定的不足：相对于板式塔，它的投资比较高：其侧线采出也不太好处理。 因它的侧线采出点必须布置在分布器上。为了减少投资，它每层填料的高度都不可能布置得太低，不然 就会增加塔填料的层数，相对增加了分布器的个数，从而增加投资。但是在侧线采出的区域，还必须增 加采出点，以应对不同粗甲醇组成的需要。这就是一个矛盾。 从设计者
11、角度出发，对于使用填料塔的甲醇精馏。一般的设计思路是尽量减少侧线采出点，但这要 求准确地计算出采出点的位置，实际上这是不太容易做到的。在甲醇生产的前期和后期，因粗甲醇的组 成不相同，当租甲醇成分变化时( 这种变化是必然会发生的) ，或业主要求乙醇含量较低时，填料塔的 设计就很难，它要求设计者的经验非常丰富。换句话说，对于填料塔，在设计上的要求是非常严格的。 有些设计者采用填料塔，主要意图就是要为自己的设计负责，选择最节能的设计方案。但是，采用径向 侧导喷射塔也可以同样达到此设计意图，而且计算上还有更大的裕度。既可做出节能设计，又可为业主 1 3 9 第十五届全国化肥一甲醇技术年会 T h e1
12、 5 t h N a t i o n a lF e r t i l i z ea n d M e t h a n o l T e c h n i c a l A n n u a l M e e l c i n g 节省丈量的投资。 4建滔( 河北) 化工有限公司的选择 4 1 选择三塔精馏 由于建滔公司的产量较大，能耗要求较低，为了给业主节约能源，选择了三塔精馏方案。当然，由 于业主是香港的公司，生产管理比较严格，仪表的配置也比较先进( 控制仪表选用D C S 系统) 。正是由 于硬件和软件条件都不错，因此选用三塔精馏就很容易成功。 4 2 选择我们的径向侧导喷射塔板 使用美国的P R O -
13、 I I 化工工艺模拟计算软件对各塔的工作状态进行了详细的模拟计算后，最后确定 各塔规格为： 预塔，中1 2 0 0 m m ，塔板层数4 5 层；加压塔，中1 6 0 0 i n n 3 ，塔板层数7 0 层；常压塔，0 1 8 0 0 m m ， 塔板层数7 0 层。 5 建滔公司目前的生产情况 建滔公司到目前班产已达到1 0 0t 的水平，而且在逐月增长。由于建滔公司的流量计不太准，按总 流量和各分流量两组流量计的流量值综合分析，目前建滔公司甲醇精馏的吨醇蒸汽耗应该在11 0 0k 左 右，这就是说，使用径向侧导喷射塔板在三塔甲醇精馏上可以达到比较低的能耗水平。在甲醇精馏上使 用径向侧导
14、喷射塔板是成功的。 建滔公司目前各塔使用的回流比都比较小。按原设计，预塔回流比为0 5 ，加压塔为2 0 ，常压塔为 2 5 。但是实际控制要比此数值低。在这样的操作条件下，甲醇质量仍可达国标优级品。由于客户在乙 醇含量上没增加特殊要求因此就可以在比较节能的条件下生产。如果客户要求达到美国A A 标准，则 操作条件就要变化。当然。如果这样操作，回流比和采出点都要变化，操作方法也应变化。 建滔公司目前加压塔和常压塔的采出比是l ：l ，但是按文章的观点，该比例应当在0 4 7 ：O 5 3 时最 节能。因此建滔公司还是有办法进一步节能的。 6讨论 ( 1 ) 建滔公司设计的控制系统虽然很先进，采
15、用了D C S 系统，但是在控制器的设置中，少加了3 个计算机显示及调节仪表，即预塔、加压塔和常压塔的回流比的自动调节。目前在计算机上能看到的只 是1 个回流量，而一般控制的是回流比，因此当系统处理量发生变化时或者主观上虽然没有加减量，但 是由于设备原因，系统也在加减量时，只能手调回流量来维持设定的回流比。此类操作是经常发生的， 因此对于总控室的操作人员来讲，这是一个很繁重、但是必须做到的工作。如果回流比不能经常保持在 设定值，那么精馏塔的状态就不可能稳定。因此在今后的设计中，必须注意加装回流比的自动调节设备。 ( 2 ) 流量计选择的不合理，因此流量不准，大大影响了操作的稳定性。因此，今后在
16、精馏系统的 设计和仪表选型时，必须加以注意。 ( 3 ) 在生产过程中，曾把产量提到班产1 4 0t 的水平。结果发现，在高负荷的操作条件下，产品质 量更容易控制，操作反而趋于简单。这也说明了径向侧导喷射塔板的操作弹性是很大的，而且负荷越高 越容易操作。 ( 4 ) 建滔公司的产量是逐月递增的。这除了客观上的原因外，操作工逐渐熟悉自己的操作要点并 总结出经验也是十分重要的。这也从另一方面说明了三塔精馏操作的复杂性。 ( 5 ) 建滔公司目前粗甲醇含石蜡比较多，造成过滤器堵塞等弊病。主要原因是甲醇触媒选择的不 合适，或者是合成工艺不当引起的。在这样的条件下，若选用丝网规整填料作为精馏塔内件，那么就会 很容易堵住网眼，造成传质效率下降。但如果选用板式塔，这个问题就不存在了。 ( 6 ) 从建滔公司的经验可以看出- 在甲醇精馏塔内使用径向侧导喷射塔板效果是很好的，并可以 在大型装置上推广。
