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高效CJST塔板在甲醇精馏上的成功应用

2019-01-15 返回列表

高效CJST塔板在甲醇精馏上的成功应用

 

天津市创举科技有限公司

河北工业大学化工塔器设计中心

 前言

继我国第一套焦炉煤气制甲醇装置成功运行后,焦炉煤气制甲醇技术在全国各地得到了迅速推广和应用。因为该技术既解决了剩余煤气利用、环境污染的问题,又可制得甲醇产品,为焦炉煤气综合利用走出了一条新路。甲醇精馏是甲醇生产工艺的重要的后处理工序,精馏塔内件的设计、选型至关重要,它直接影响到甲醇产品的等级、生产能耗、废水的指标及投资费用等 ,同时直接影响到企业的经济效益。

2003年,天津市创举科技有限公司与化学工业第二设计院合作,将高效CJST塔板技术成功应用于全国第二套焦炉煤气制甲醇装置——河北建滔焦化有限公司12万吨/年甲醇精馏项目上。200595日建成投产,一次试车成功,生产出达到美国AA级优等品的甲醇。

1 CJST塔板技术介绍

1.1 CJST技术简介

CJST全称径向侧导喷射塔板,是在新型垂直筛板基础上研究开发的一种高效塔板。特别适合于大塔径、液汽比大的工况,由于液体喷射出帽罩具有方向性,减少了液体返混及板上液面梯度,增大传质效率。CJST塔盘在2005年被天津市科学技术委员会列为科技发展计划项目, 同年获得了国家级中小企业创新基金的无偿资助。

该技术已成功应用在甲醇、氯碱、化肥、焦化、石化及精细化工等行业,为企业的扩产、节能、降耗作出了巨大贡献,同时取得了良好的社会效益和经济效益。

1.2 CJST传质机理

普通塔板的气液流动接触程泡沫状态,在塔板上气液两相是错流接触,而CJST气液流动接触呈喷射状态,以气相为连续相、液相为分散相。如右图。其传质过程为:上一层塔板的液体横向穿过各排帽罩,经帽罩底隙流入罩内;从板孔上升的来自下一层塔板的气体把液体拉膜,气流与液膜在罩内进行动量交换,液膜被分裂成液滴和雾沫。帽罩内气液两相处于湍流状态进行激烈的热质交换,而后两相流从罩壁的小孔沿水平方向喷射而出。气相和液滴在板间进行传质分离后,气相升至上一层塔板,而各帽罩喷射出的液滴由于相互撞击,一些小液滴撞击合并会变大,与原来的大液滴一起落到塔板上。其中一部分又被吸进帽罩再次拉膜、破碎,其余部分随板上液流进入下一层塔板。

1.3 CJST技术特点

1.3.1传质效率高:从传质机理来看,普通板式塔的气液接触是在鼓泡状态下进行的,CJST是在喷射状态下进行的:液相被分散成大量的小液滴,为气液接触提供了很大的表面积,从而具有很高的传质效率,比浮阀高出10%以上。

1.3.2处理能力大:由于喷射是水平方向,即使在很高的板孔气速下也不易出现雾沫夹带,其处理能力与浮阀塔盘相比可高出50%以上。

1.3.3CJST罩体沿液流方向喷射板上开有导向喷射孔,可促进塔板上液体的流动,减小了塔板上液体的液面梯度,在大液气比的操作工况下,更能明显降低塔板上液体的液面梯度,降低阻力降。

1.3.4操作弹性大:其操作弹性可与浮阀塔板相当为40%~150%。

1.3.5塔板阻力降低:塔板只需克服帽罩所提升的那部分的液量阻力。另外,帽罩规则排列,液相通道变宽。所以,阻力降可比浮阀低10%以上。

1.3.6塔板上无活动部件,结构简单、可靠。不会因磨损、震动等原因造成传质单元脱落,基本无维修工作量。

1.3.7抗结垢、防堵塞性能好:由于操作气速高,气流自清洗能力强,且升气孔直径大,很不容易堵塞。

2 CJST塔板在甲醇上的工业应用及技术优势

新型垂直筛板应用于甲醇精馏塔始于1991年,至今己有15年的历史。设计能力从1.0万/年到35万吨/年。2005年,首次将CJST技术应用于河北建滔公司的焦炉煤气制甲醇项目上,并且一举取得成功,精甲醇指标同时满足国标优级品和美国AA级要求。从工业实践来看,CJST塔板在甲醇精馏上具有如下一些技术优势:

2.1投资小。

CJST塔板的处理能力大,塔径要比填料塔小,内件造价比填料塔也低;相对于浮阀塔而言,由于浮阀塔担心浮阀脱落、卡死和塔效率较低等原因降低塔的性能,所以板层数通常预塔取50层,加压塔和常压塔取85层。从而使精馏塔塔高增加,泵的电耗加大,能耗增大,设备投资相应增加。CJST板层数预塔为45层,加压塔和常压塔均为70层。加上塔板的特殊结构,因此塔高可以降低。同时可以降低设备造价和安装费用。

2.2能耗低

甲醇精馏的蒸汽消耗是一个综合性的指标,虽然填料塔的阻力较小,可降低能耗,但节能的关键在于全塔的回流比。由于CJST塔板有很高的板效率,可大大降低回流比,弥补了板式塔阻力偏高的不足,蒸汽消耗可达到1.0吨蒸气/吨甲醇的水平。

2.3侧线采出非常灵活,可很方便地控制精甲醇质量。

在甲醇触媒使用前期和后期,所合成的粗甲醇的组成是不同的,其各杂醇的含量变化较大,相应要求甲醇精馏时侧线采出位置要相应变化,以便准确地采出杂醇,使精甲醇质量合格。

CJST塔板与填料塔相比最大的优点就是能很容易的处理侧线采出问题,每层塔板上都能采出,在侧线采出区内,一般讲,在六块相邻的塔板上连续设五到六个采出点,因此不论粗甲醇的成分如何变化,都能很容易的采出浓度较高杂醇来,保证生产出高品质的甲醇。

另外,随着国内对精甲醇质量要求的提高(其质量标准正向美国AA标准过度,对乙醇含量的要求较严),CJST塔板侧线采出杂醇准确、容易的优点会表现的更大更充分。

2.4、使用寿命长,操作简便可靠。CJST塔板用于甲醇精馏塔上,所用板材较厚,耐腐蚀。另外,这类塔板从工业开工启动到稳定运行时间很短,这与它具有很好的传质效率有关,并且能持续稳定生产。同时可减少维修工作量。

3 甲醇精馏的工艺分析

焦炉煤气制甲醇通常采用三塔精馏工艺,一个预精馏塔,两个产品精馏塔,其中一个采用加压精馏的方式,使其冷凝器的热负荷作为常压塔再沸器的热源,两塔双效可大大降低精馏能耗。                                           

3.1从回收利用热量的角度来说,应充分利用各处的余热,以最大限度的降低预塔及加压塔再沸器所用的蒸汽。例如,粗甲醇进预塔之前可用预塔再沸器的冷凝水加热至65℃以上进塔;预后甲醇温度较低,可以在进加压塔之前分别与常压塔塔底废水、加压塔精甲醇和加压塔再沸器的蒸汽冷凝水相继换热后,被加热至约130℃以上进塔。

3.2预塔的设计应留出富裕量。预塔的作用是去除二甲醚等轻组分,该塔操作的好坏直接影响后面两个精馏塔的甲醇产品,由于甲醇触媒使用前期和后期引起的粗甲醇组分的变化,可能会导致精醇产品不合格,这时可通过加大预塔的回流比和萃取水的加入量来保证产品指标。

3.3预塔第一级冷凝器的温度控制不能太低,它应随着粗甲醇中丙酮的含量而增加。否则,加压塔中的轻组分会超标,通常控制在65-70℃。二级冷凝器控制温度则越低越好,它直接影响甲醇的收率。但是受冷却介质的限制通常控制在40±2℃。

3.4、加压塔和常压塔的采出量的多少关系到系统热量损失的多少,经过PROⅡ模拟计算,最经济合理的匹配为 加压塔 :常压塔=0.48 :0.52。

3.5从软件模拟来看,常压塔的侧线采量,关键是采出乙醇的量,它将直接影响常压塔塔顶甲醇纯度和塔底废水中甲醇的含量。通常该量为精甲醇量的0.8-1.0%。

3.6常压塔由于塔顶部甲醇浓度很高,同时冷凝速度过快,偶尔会造成塔内负压操作。负压对于甲醇与水的分离是有好处的。常压塔上应设氮气口,当负压严重影响操作时,可通过补入氮气来调节塔内压力。

4 甲醇精馏塔的装置性能(以建滔12万吨/年甲醇精馏为例)

装置设计参数如下:

项目

单位

预塔

加压塔

常压塔

塔径

1.4

1.6

1.8

理论板

35

50

60

塔板层数

45

70

70

塔高

25.7

37.5

37.5

回流比

 

0.5

2.5

1.95

装置性能参数如下:

项目

单位

数据

甲醇收率

%

99.6

脱盐水用量

kg/t精醇

≤31

蒸汽消耗量

t/t精醇

1.0

循环冷却水量

t/t精醇

≤60

废水中甲醇含量

ppm

≤100

产品中乙醇含量

ppm

≤10

产品指标

达到国标优级品及美国AA 级标准

结语

河北建滔实际应用证明,CJST塔板在甲醇精馏塔上应用具有显著的优势。应该大力加以推广使用。

 

 



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