您的位置:首页 > 资料下载 > 学术论文> 正文
传质分离装置在洗脱苯中的应用
发布时间:2012/7/30 8:44:49 点击次数:2444
摘要:简述了传质分离装置的选择依据,介绍了洗苯、脱苯过程的传质分离特点,结合工艺有针对性的提出关键设备的选型,介绍了新型塔板CJST的传质原理、特点及应用取得的效果。

传质分离装置在洗脱苯中的应用
 

    在炼焦化产中,粗苯回收是非常重要的工段,直接关系到企业的经济效益及生产能耗。近几年,焦炭行业取得了迅猛发展,企业对化产的重视程度也进一步提高,一些新技术、新设备相继在化产回收中得到推广应用,不仅提高了粗苯收率,还降低了生产能耗。在粗苯回收工段,最为关键的设备是洗苯塔和脱苯塔,设备传质效率的高低直接决定着粗苯收率、洗油消耗和蒸汽消耗。尽管企业认识到回收装置的重要性,但对传质分离装置和传质特点了解还很不够,这里着重介绍洗脱苯工段的塔器技术及应用。

1.传质分离装置

    塔器作为最常见的传质分离装置,种类很多,一般归为两大类:塔板和填料。塔板中较为常见的有泡罩、浮阀、筛孔、垂直筛板等;填料类又分为规整填料和散堆填料,形式更是多样。常常对于同一个生产操作,可有多种选择,往往令选用者难于决策。它既要遵循一般的技术经济准则,又要考虑到工艺过程的特殊要求。具体选择哪一种塔型,概括讲可从三个方面考虑,首先要遵循操作的可行性,保证塔的正常稳定运行;其次从化学工程角度考虑,要求效率高、通量大、压降低和弹性好;最后再从经济角度优化评选。

2.洗苯塔

    洗苯塔的作用是用洗油将煤气中的苯吸收下来,洗油与煤气在洗苯塔内逆向流动通过气液接触装置实现传质分离。

    该塔从液气负荷的操作体积比来看,属于较小的液气比操作,液气比约为1/500。从该角度去选择传质装置,塔板最为适合,因为塔板具有较大的持液量和较长的持液时间,它可依靠溢流堰高度来维持塔盘上的液量,而对于这点,填料是做不到的。所以从有利于传质效率的发挥角度考虑,应选板式塔。但从满足工艺系统要求上,还是选择了填料,原因是塔板阻力降较高,对煤气的输送动力消耗影响大。

    早期的洗苯塔填料有木格、钢板网等,因其效率低、通量小,所选设备较为庞大,有的采用两塔或三塔吸收。随着煤气净化度提高以及对化产的重视,现已逐渐被高效填料取代。较为常见的有孔板波纹填料、轻瓷填料、塑料花环和阶梯环填料。其中不锈钢孔板波纹填料效率高,通量大,250Y型最为适合,缺点是造价较高。所以有的厂家选用以聚丙烯为材质的250Y型填料,效率高且价格低廉。唐钢炼焦制气厂现已使用4年,效果很好,煤气含苯始终在2.5g/m3以下,缺点是不能用蒸汽吹扫。轻瓷填料使用较多,优点是价格低廉,抗堵塞好,易于蒸汽吹扫,缺点是通量小,易于破碎。塑料花环和阶梯环填料从效率和通量上介于前两者之间,阶梯环的抗堵性及通量略好于花环。

    选择了高效填料,不一定就能发挥出高效率。填料效率能否有效的发挥,液体分布器至关重要,尤其对于大塔径小液气比的操作,而洗苯塔正是属于此类操作。所以在分布器的设计、选型和安装上应特别予以重视。填料效率的高低取决于自身比表面积的大小,而效率的发挥要求填料表面被液体有效的润湿成膜,未被液体浸润的填料将不起作用。洗苯塔的喷淋密度较小,一般在6m3/m2h左右,一旦液体分布不均极易出现“干板”,相当于气流短路,导致吸收效率下降,所以对分布器的要求不仅考虑液体分布器的喷淋点数,还要特别注意安装时的水平度,保证液体均匀分布,它比一般塔的水平度要求更高。目前,逐渐被厂家采用的有槽式和槽盘分布器,该类分布器具有很好的均布性能,已逐步取代管式、孔盘式和喷嘴式分布器。

    减少洗油夹带也是塔设备需要解决的任务之一,一些厂家的洗苯塔洗油夹带较为严重,其原因不外乎以下几种:

(1)填料堵塞造成气速增大导致对洗油的夹带;

(2)采用喷嘴式分布器,由于喷嘴效果不好形成雾滴极易被煤气夹带;

(3)塔径过小空塔气速高形成夹带。对于形成的夹带可通过捕雾装置来解决,可以用比表面积较大的散堆填料或规整填料,效果最好的当属丝网除沫器,但要考虑定期蒸汽吹扫。

    要想获得较为理想的洗苯效果,除了选用合理的塔器装置以外,还应注重工艺操作条件的控制,如煤气的温度,洗油的质量,洗油循环量等。它不属于塔器技术问题,这里不再赘述。

3.脱苯塔

    脱苯是将富油中的粗苯,采用加热或气提的方法蒸脱出来。洗苯塔出来的富油经加热升温到180℃进入脱苯塔中部,依靠气液传质装置与塔底进入的蒸汽逐级作用,实现粗苯与洗油的分离。

    从富油中脱出的粗苯量只约占富油量的1/50,这就意味着如用直接精馏的方法需要将富油加热到较高的温度。根据计算,富油入塔温度需高达250-300℃,塔底更高,而塔顶一般在90-95℃才能保证粗苯质量,意味着热量和冷量消耗很高,并且对设备和操作要求更高。采用水蒸汽气提的方法,一方面降低了脱苯操作温度,另一方面提高了粗苯蒸出率。在脱苯塔提馏段,液相中几乎不含冷凝水,皆以气相水蒸汽存在。当总压一定,水蒸汽分压大,意味着气相粗苯分压低。从传质角度讲,提升了粗苯传质推动力,从而有利于传质。

    富油脱苯的传质分离属于液相量大且浓度较低的操作过程,传质过程属于液相阻力控制,所以提高传质效率须从液相着手。单位时间组分的传递量是由传递速率和有效相界面来决定的,传递速率高相界面大传递量就越大。传递速率又与传递距离有关,组分到达相界面的距离越短,速率就越高。对于传质装置而言,将液相变成多界面、小粒径的液滴来提高传质效率是其自身的追求。

    脱苯塔的分离效率直接决定了苯的收率和蒸汽消耗。在过去几十年中,该塔多为铸铁塔,塔盘为条形铸铁泡罩,优点是设备耐腐蚀性强,使用寿命较长。缺点是分离效率低,通量小,导致贫油含苯高,粗苯收率低,蒸汽消耗高,设备庞大投资高,检修任务繁重、周期长。粗苯收率一般仅占干煤的0.8%左右,蒸汽消耗高达2t/t粗苯。

    新型高效塔板的应用给脱苯技术带来了重大突破,2003年吉林通钢焦化厂率先采用了由天津市创举公司开发设计的高效喷射塔板(CJST),该厂利用原有的铸铁脱苯塔塔体,将泡罩塔盘更换为CJST塔盘,改造后不仅处理能力提高了一倍,而且粗苯收率增加了近15%,单位蒸汽消耗下降了30%。徐州环宇焦化厂利用原有Φ1200铸铁塔体改造,改造后处理能力较原来提高了一倍,贫油含苯一直处在在0.1—0.2%,直接蒸汽消耗量≤1.0t/t粗苯。因该塔板具有良好的性能,相继在邢钢、唐钢、首钢、山焦等百余家焦化厂得到应用,以唐钢焦化厂新建135万吨焦炭为例,原设计为铸铁脱苯塔,塔径为Φ2800,厂方要求改用CJST塔板,结果新设计的塔径仅为Φ2000,开车后各项运行指标大大优于传统设备。

    CJST塔板的优异性能归结在它的喷射型传质结构,气体将塔盘上液体经过提拉、混合、撞击、喷射、分散成液滴,液相在塔板空间形成大量的小液滴,使得气液两相接触的相界面大大增加,为气液传质创造了有利条件。通过气液接触实现分子的传递,传递的量和传递速度取决于两相相界面面积和达到界面路程。CJST塔板的特点是:

    其一,使得气液两相接触的表面积大大增加,为传质创造了有利条件;

    其二,液相由连续相变成小液滴,缩短了分子在液相中的传递路程,加快了传递速度,因为分子在液相的移动速度远低于气相,所以提高液相中的分子移动速率成为整体传递的决定性因素;

    其三,气液的高速碰撞湍流也强化了相界面的更新,更有力于传质。传统的铸铁泡塔盘气液接触类型是鼓泡状的,气体进入泡罩后从齿缝鼓泡进入液层,气液两相进行接触,液相仍属于连续相状态,它包裹着气泡实现分子的传递,无论是两相接触的相界面,还是液相中分子传递的路程都是与喷射型塔板无法相比的。

     除了塔器本身之外,还应重视脱苯塔富油进塔温度的控制,进塔温度一般应控制在180℃ 左右。温度过高不仅加大管式炉热负荷,而且会对洗油的质量造成影响,因为,洗油吸收的粗苯中含有大量的不饱和化合物,在管式炉内的局部高温使它们非常容易聚合,造成洗油分子量加大,黏度增加,影响洗油的质量;温度过低,粗苯挥发度下降,增加分离难度,贫油含苯高,如果靠塔底蒸汽来提温对分离的效果并不好,此外还会加大蒸汽的消耗。所以厂家应特别对富油进塔温度加以控制。

4、结语:

    正确、合理的选用化工传质分离装置对于工业生产至关重要。本文重点阐述了焦化厂化产工段洗、脱苯工况的传质机理和塔设备的选型依据。从通钢焦化厂、唐钢焦化厂、徐州环宇焦化厂应用实际来看,CJST塔板在化产中的成功应用,确实为该行业带来了技术创新,其高收率、低消耗为企业创造了巨大的经济效益,有很大的推广前景。

 

创举主页 | 联络我们 | 加入我们 Copyright ©2012 天津市创举科技股份有限公司 津ICP备09015401号-2 网站建设:犀牛广告
博评网