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新塔器技术在蒸氨、粗苯回收及精制各塔中的应用
发布时间:2012/7/30 14:11:19 点击次数:3473
摘要:本文介绍了径向侧导喷射塔板等新的塔器技术在焦化粗苯回收、精制和剩余氨水蒸氨中的应用效果。

新塔器技术在蒸氨、粗苯回收及精制各塔中的应用

(天津市创举科技有限公司, 天津 300130)

一、前言

    焦化厂煤气中含有多种有回收价值的化工产品,其中粗苯的回收及精制在目前最有经济效益。但多年来焦化行业“重焦不重化”的倾向导致了多数老焦化厂,甚至不少新上的焦化厂仍在粗苯回收、精制和蒸氨中使用铸铁泡罩塔等落后装置,表现为设备“老大黑粗”、投资高、产品收率低、能耗高、生产不稳定。也使焦化行业化产回收塔器技术远落后于石油、化肥等其它化工行业。随着几年来焦化过热,焦炭生产能力严重过剩,炼焦的利润空间越来越小,甚至出现亏损。因此,焦化厂开始重视化产回收,以提高效益。然而焦化厂要想生存和发展,提高化产回收装备的技术水平是很重要的。化产回收中新塔器技术的应用,可带来巨大的经济效益。就焦化行业的现状,本文着重介绍了先进的新型塔器技术在洗苯、脱苯、精制和蒸氨等各塔中的应用。比传统装备每年能提高约10%的粗苯回收量(塔效率高且塔运行周期长),蒸汽消耗下降30%以上。

二、新塔器技术在洗苯塔中的应用

1、洗苯塔的工艺特点和现状

    洗苯塔的任务是将煤气中的粗苯用洗油吸收下来。较高的回收率、较低的阻力及较好的抗堵性能是洗苯塔设计的追求。洗苯效果主要与煤气温度、循环洗油质量和洗苯塔技术水平有关。洗苯塔一般设计成填料塔,这是因为煤气鼓风机压头有限,要求塔有较小的阻力。但洗苯塔又属于小液气比操作,煤气量大,循环洗油量小(约1.8Kg洗油:1 m3煤气),选板式塔更适合提高洗苯效果,因为板式塔有较大的持液量和较长的持液时间,只是阻力比填料塔大不能选用。洗苯塔由于塔径大,洗油喷淋密度又很低,液体在填料中更容易出现偏流,造成洗苯效果下降。为了弥补填料洗苯效率低的不足,大多采用提高填料高度的办法,使洗苯塔做得又高又大。由于洗苯塔的洗油量相对很小,所以填料本身的效率越高,对洗油均匀分布程度要求越高,才能保证填料效率的发挥。而多数洗苯塔仍在使用老式的喷头、分配锥、盘式孔流型等液体分布器,造成洗油分布不均,填料利用率低,洗苯效果差。实践表明,盲目的增大填料的面积并不能有效地提高洗苯效果,还加大了洗苯塔的投资。许多洗苯塔只需更换液体分布器、气液再分布器,可显著提高洗苯效果,塔后煤气含苯一般可降至2-4g/m3

2、新型洗苯塔设计与选型

2.1 填料选型:采用125Y型不锈钢孔板波纹规整填料(或塑料材质)

该填料具有比表面积大、润湿效果好、通量大、孔隙率大、阻力小、气液不宜偏流、抗高温、耐腐蚀等优点,是较适合洗苯塔工艺条件的填料。填料的种类很多,各具特色。由于洗苯塔腐蚀不是很强,轻瓷填料耐腐蚀的特长发挥就不充分,而其比表面积小、空隙率低、强度低、易碎、笨重等缺点很明显。此外,瓷填料会使洗苯塔煤气流通截面变小,使塔径相应更大,填料总量也增多,也不能节省洗苯塔的总投资,还增加了安装检修的难度。

    洗苯塔直径都较大,不宜选散装填料。

2.2 汽液分布器:采用CJ-槽式液体分布器和CJ-槽盘式气液再分布器

    这两种分布器是针对洗苯塔工艺特点而专门设计的,对洗油能均匀的分布,弹性大,抗堵性也好,非常适合液气比很小的洗苯塔,对提高洗苯效果能起到事半功倍的作用。

2.3 塔底安装多功能高效塔盘

    结合洗苯塔易堵的特点,在塔底部安装多功能高效塔盘。

    该塔板传质效率高,处理量大,抗堵性好,是最先进的塔板之一。其作用:一是利用塔盘对进塔煤气进行洗涤,对煤气中颗粒状物扑集作用明显,大大缓解填料的堵塞;二是对进塔煤气进行均匀分布,以发挥填料的效率;三是塔板持液间长,对小液气比的洗苯传质非常有利。因阻力限制,只能加1-2层。

3、新型洗苯塔运行效果

    130万吨/年焦炭能力单台Φ5200洗苯塔在唐钢运行两年来,塔后煤气含苯一真保持在2.2g/Nm3,且塔阻力也很稳定,小于1KPa;另外,唐钢老系统144万吨/年焦化(两台Φ5000洗苯塔)、潍坊海化75万吨/年焦化(一台Φ3400洗苯塔)、山东东阿东昌80万吨/年焦化(一台Φ3600洗苯塔),塔后煤气含苯一般在2-3g/Nm3,洗苯效果好。

三、CJST塔板在脱苯塔中的应用

1、富油脱苯机理及传统脱苯塔存在的问题

    脱苯塔的任务是用蒸汽将富油中的粗苯通过汽提蒸脱方法分离出来。脱苯效率的高低直接影响粗苯的质量、收率和蒸汽消耗。按膜传质理论分析,液相中的粗苯分子进入气相的传质过程受液膜控制,其传质速率由液相中粗苯分子的传递路径和液相界面的多少来决定。所以提高液相的分散度以缩短粗苯分子传递路径、增加并快速更新相界面,是提高传质速率的根本。实现这个目标要靠先进的气液接触装置。目前多数脱苯塔仍沿用传统的铸铁泡罩塔,它属于鼓泡型传质,板效率很低,处理量小。存在的问题是蒸气消耗高、贫油含苯高、粗苯收率低、塔径大。且铸铁塔设备重,制作、安装、检修耗时费力,塔体易渗漏,不易做到稳定、清洁生产,还需建造混凝土框架。

2、CJST不锈钢脱苯塔的特点

    CJST不锈钢脱苯塔采用专利技术——CJST径向侧导喷射塔板。生产粗苯设计为30层塔板;轻苯且侧线采出重苯的为45层塔板。

    CJST塔板是在新型垂直筛板的基础上开发的一种高效气液喷射塔板,依靠气体动能,将液相破碎成大量小颗粒的液滴,有效地缩短了粗苯分子在洗油中的传递路径,大大增加了汽液接触面积,强化了气液相界面的快速更新。故脱苯效率远高于各类浮阀、泡罩等塔板。

    CJST塔板板孔气速很高,汽液水平并流喷射使气体雾沫夹带很小,所以其处理量比泡罩塔板高一倍以上。旧铸铁脱塔通过更换塔板可提高处理量100%以上;新塔设计可减小塔径200-600mm,并不需再建水泥框架,节省投资。例如:60万吨/年焦化,铸铁泡罩脱苯塔直径为Φ1600-Φ1800。而CJST不锈钢脱苯塔直径为Φ1200-Φ1400,塔重仅为铸铁塔的1/4,可见不仅塔体的投资略小,而且总投资比铸铁塔(安装费高,水泥框架投资大)可下降30%以上,另外设备制作、安装、工期可缩短2个月以上。

3、CJST脱苯塔运行效果

3.1 贫油含苯低,粗苯回收率高:依靠CJST塔板高分离效率,塔底贫油含苯一般低于0.3%,粗苯收率显著提高。如徐州环宇贫油含苯一直保持在0.1%,凌钢一直保持在0.18%,而泡罩脱苯塔多在0.5%左右。徐州环宇60万吨焦化,Φ1200铸铁脱苯塔扩容改造,塔体未变,只将原来的铸铁泡罩更换成CJST不锈钢塔板,苯回收量提高了36%,年新增利润600余万元。表1中各家粗苯收率(干煤)都接近或达到了1.0%。

3.2 降低蒸汽消耗:由于CJST塔板效率高,故回流比与泡罩塔相比要小得多,可使蒸汽消耗降低30%以上。如唐钢130万吨/年焦化,吨轻苯耗蒸汽为1.23吨;徐州环宇焦化吨粗苯耗蒸汽为0.9吨,其回流比降到了1.0,同时节约了塔顶冷量和电耗;唐钢144万吨/年焦化老系统,将铸铁泡罩脱苯塔更换成不锈钢CJST塔,节约蒸汽约8千吨/年,节约操作费用近100万元。

单位

焦炭能力

万吨/

 

mm

塔板

形式

塔板

层数

贫油

含苯

耗蒸汽

/吨苯

设计/改造/

日期

提高苯回收量

/

唐钢焦化

130

Φ2000

CJST

45

0.3%

1.23

设计/03.9

 

唐钢焦化

144

Φ2000

CJST

45

0.3%

1.25

改造/04.11

1750

徐州环宇焦化

60

Φ1200

CJST

30

0.1%

0.9

改造/04.10

1700

吉林通钢焦化

60

Φ1600

CJST

30

0.4%

 

改造/02.9

1460

山东东阿东昌焦化

60

Φ1600

CJST

50

0.3%

 

设计/03.12

 

潍坊振兴焦化

75

Φ1800

CJST

30

0.2%

 

设计/04.2

 

凌源钢铁一焦化

60

Φ1600

CJST

30

0.2%

 

设计/04.3

 

山东滕州盛隆焦化

80

Φ1800

CJST

45

0.3%

 

设计/04.3

 

表1   CJST不锈钢脱苯塔运行情况统计表

3.3 产品质量好,操作稳定:实践表明CJST脱苯塔粗苯质量均超过国标。吉林通钢、徐州环宇等塔顶温度提高到95℃时,粗苯质量仍合格,由此可见CJST塔板效率之高。表1中三个脱苯塔改造后,粗苯质量较以前提高许多,操作也比以前更稳定。如徐州环宇焦化,粗苯180℃前馏出量指标由改造前的91%(不合格)提高到93%以上(合格)。

3.4 运转周期长,制作、安装、检修方便:该塔抗堵性好,塔体不渗漏,所以运转周期比铸铁塔长。该塔重量小且设有检修人孔,所以比铸铁塔制作、安装、检修工期短。从而使CJST脱苯塔有更长的稳定生产时间,这也是提高苯产量的重要因素。

四、CJST塔板在粗苯精制各塔中的应用

    粗苯精制工段是以回收的粗苯为原料生产纯苯、甲苯、二甲苯等产品,工艺流程分为初馏、两苯、洗涤、吹苯、纯苯、精制等系统。初馏、两苯、纯苯等精馏塔常规设计都是浮阀塔,如改成CJST塔板,同样可提高处理量100%以上,蒸汽消耗下降30%以上,产品收率及质量都有不同程度的提高,塔运行稳定。

    山西焦化厂φ800纯苯塔扩容改造时,塔体未变,只是将原来的浮阀塔板更换成CJST塔板,粗苯加工量由7000吨/年提高到了近2万吨/年,而蒸汽耗总量较以前几乎没增加。产品收率及质量都有不同程度的提高。其后,初馏、两苯塔也都改进成CJST塔板。

    唐钢焦化纯苯塔扩容改造与山西焦化厂类同,通过更换塔板,粗苯处理量由1万吨/年提高到2万吨/年。

    山西闻喜金泉新建2万吨/年苯精制装置,3个塔均采用CJST塔板,投产一年来,各塔技术指标均好于浮阀塔,经济效益显著提高。

五、CJST塔板在蒸氨塔中的应用

    煤气的初冷过程中形成了大量的剩余氨水,先进行蒸氨处理后,废水再送生化处理。

1、传统的蒸氨塔设计及存在的问题

    传统的蒸氨塔一般为泡罩和栅板两种,由铸铁制造。泡罩塔内设25层以上塔盘,栅板塔为32层以上。其存在的问题:需要混凝土框架,投资大、工期长;泡罩塔处理量小、效率低,而栅板塔效率更低,一般只有30%;蒸汽消耗大,运行成本高;氨水含有焦油碴等物质,鼓泡型传质的泡罩塔,泡罩易出现堵塞;废水含氨量高,一般在300-500mg/l,达不到生化处理要求(氨 <200mg/l﹚;塔顶氨气浓度低,常达不到硫铵补充氨的浓度要求。

2、CJST不锈钢蒸氨塔的技术特点

    CJST蒸氨塔内设15-20层塔盘,塔径比泡罩塔小200mm以上;塔顶氨汽浓度可达20%以上,塔底废水含氨小于100 mg/l,氨蒸脱率达98%(传统蒸氨塔一般低于90%);节约蒸汽30%以上;抗堵塞,运转周期长,检修安装方便;设备及土建总投资比铸铁塔节约30%以上(节省水泥框架)。

    传统铸铁蒸氨塔,只需更换塔盘即可提高处理量、降低废水含氨量。

3、应用效果                             

    山东滕州盛隆焦化、唐山达丰焦化、山西五麟焦化、山东薛城振兴焦化等CJST不锈钢蒸氨塔的生产实践表明,各塔基本达到了设计指标。山东滕州盛隆80万吨焦化φ1400蒸氨塔,投产一年来,废水含氨量低于100 mg/l,塔顶氨气浓度高于20%,运行稳定。

六、结语

    通过唐钢焦化、山西焦化、徐州环宇焦化、山东滕州盛隆焦化等企业的应用实例,证明新塔器技术在焦化蒸氨、粗苯回收及精制过程中取得了非常显著的效果:提高了产品收率、减少了设备投资和能耗、降低了生产成本,为企业带来了巨大的经济效益。

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