應(yīng)用背景

焦油是一種非常復(fù)雜的混合物，其有機(jī)化合物組分估計(jì)有上萬(wàn)種之多，但大多數(shù)組分含量很少或極微，已被鑒定的約有500種，其中含萘量在10％左右。將焦油中的萘提取出來(lái)得到產(chǎn)品工業(yè)萘一般采用精餾方法，隨著焦油加工的集中化和大型化趨向，工業(yè)萘加工工藝也相應(yīng)采用大型化和連續(xù)精餾工藝流程，我國(guó)大多采用雙爐雙塔式工業(yè)萘連續(xù)精餾工藝。工業(yè)萘具有較高的市場(chǎng)價(jià)值，工業(yè)萘收率是衡量一個(gè)焦油加工企業(yè)技術(shù)水平、管理水平和創(chuàng)效能力的重要指標(biāo)。

雙爐雙塔式工業(yè)萘連續(xù)精餾工藝的流程

原料（已洗萘洗混合分）于原料槽中加熱到85-90℃，靜止脫水后由原料泵送至熱交換器，與工業(yè)萘蒸汽換熱到200℃左右進(jìn)入初餾塔。由初餾塔頂采出酚油，塔頂蒸汽溫度控制在190-200℃。酚油蒸汽經(jīng)過(guò)冷凝冷卻器冷卻和油水分離器分出油和水后，分離水排入酚水處理系統(tǒng)，酚油進(jìn)入回流槽，大部分酚油作初餾塔回流，回流比為20-30（對(duì)酚油產(chǎn)品），少量從回流槽滿流入酚油成品槽。初餾塔底已脫除酚油的萘洗油用熱油泵送往初餾管式爐加熱至270-275℃，再返回初餾塔底，以油循環(huán)方式供給初餾塔熱量。在初餾塔熱油循環(huán)過(guò)程中，從熱油泵出口管中分出一部分萘洗油打入精餾塔。

在初餾塔熱油循環(huán)過(guò)程中，從熱油泵出口管中分出一部分萘洗油打入精餾塔。從塔頂采出含萘大于95%的工業(yè)萘，塔頂蒸汽溫度控制在218℃左右。工業(yè)萘蒸汽在熱交換器中與原料換熱后，進(jìn)入汽化冷凝冷卻器，工業(yè)萘初冷卻到95-105℃后流入工業(yè)萘回流槽。一部分工業(yè)萘進(jìn)入精餾塔回流，回流比約為2-3（對(duì)工業(yè)萘產(chǎn)品量）；另一部分經(jīng)轉(zhuǎn)鼓結(jié)晶機(jī)冷卻結(jié)晶后得到工業(yè)萘片狀結(jié)晶，包裝后作為成品外運(yùn)。精餾塔底由熱油泵將殘油送至精餾管式爐加熱至290℃左右后打回精餾塔，同樣以熱循環(huán)方式供給精餾塔熱量。從塔底或熱油泵出口管分出一部分殘油作為低萘洗油，經(jīng)冷卻后進(jìn)入低萘洗油槽，再用泵轉(zhuǎn)送到油庫(kù)。

工業(yè)萘精餾塔的技術(shù)改造情況

改造前工業(yè)萘精餾塔的情況及存在的問(wèn)題

考伯斯（中國(guó)）炭素化工有限公司（KCCC）是考伯斯公司和唐山鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司(TISCO)共同組建的合資企業(yè)，目前是全球較大的煤焦油加工產(chǎn)品的供應(yīng)商。其工業(yè)萘生產(chǎn)采用雙爐雙塔常壓精餾工藝，后來(lái)廠家將精餾塔的進(jìn)料量增加到3.8t/h，相當(dāng)于焦油處理能力提高至15萬(wàn)噸/年，隨即出現(xiàn)了一些問(wèn)題：精餾塔底洗油含萘量達(dá)到14-15%嚴(yán)重超標(biāo)，工業(yè)萘產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量下降，能量消耗較高，精餾塔塔壓降較高等。這些問(wèn)題說(shuō)明工業(yè)萘精餾塔已經(jīng)達(dá)到極限，無(wú)論從處理能力還是分離效率來(lái)說(shuō)均已不能滿足生產(chǎn)要求，這無(wú)疑成了制約企業(yè)擴(kuò)產(chǎn)的瓶頸，因此技術(shù)改造迫在眉睫。

將萘從焦油中提取出來(lái)利用了精餾這一化工分離原理，在物質(zhì)分離的過(guò)程中，分離設(shè)備性能的優(yōu)劣決定了萘與其它物質(zhì)分離的速度和程度，因此塔內(nèi)件的選擇至關(guān)重要，決定著技術(shù)改造的成敗。通過(guò)對(duì)目前生產(chǎn)狀況和存在問(wèn)題的分析，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，決定采用CJST塔板代替原浮閥塔板的改造方案。

CJST塔板的通量要大于浮閥塔板，可以達(dá)到擴(kuò)能的目的，但是CJST塔板屬于空間傳質(zhì)塔板，傳質(zhì)單元高度230mm左右，在板間距只有300mm的情況下，如何解決好霧沫夾帶問(wèn)題、保證效率的提高是此次技改的關(guān)鍵。

經(jīng)過(guò)核算，原塔的降液系統(tǒng)可滿足擴(kuò)產(chǎn)要求，所以只更換塔板部分，即將浮閥塔板全部更換為CJST塔板。另外從解決霧沫夾帶的角度對(duì)CJST進(jìn)行了改進(jìn)開發(fā)，同時(shí)進(jìn)行了冷膜實(shí)驗(yàn)，測(cè)定了霧沫夾帶的情況，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析得出改進(jìn)后的CJST塔板可以滿足廠家的改造要求。

改造目標(biāo)

1、工業(yè)萘精餾塔進(jìn)料滿足3.8t/h，精餾塔塔底洗油含萘≤5%，產(chǎn)品工業(yè)萘結(jié)晶點(diǎn)＞78℃。

2、在達(dá)到了條件（1）的情況下，再確保精餾塔進(jìn)料4.5t/h，精餾塔塔底洗油含萘≤10%，產(chǎn)品工業(yè)萘結(jié)晶點(diǎn)＞78℃。

改造前后運(yùn)行指標(biāo)對(duì)比

1、改造后的處理能力提高了，比改造前增加了50％，比最初設(shè)計(jì)增加了88%。

2、改造后的萘分離效率提高了，塔底洗油含萘由改造前的15％降低到5%以下。

3、塔壓降降低了，塔壓降比改造前降低了5 KPa，能量消耗相應(yīng)也比改造前有所降低。

4、為廠家?guī)?lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能效果，粗略計(jì)算帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益631萬(wàn)元/年。

CJST塔板

CJST塔板在工業(yè)萘精餾塔技術(shù)改造中的成功應(yīng)用，取決于它本身具有的一些優(yōu)良技術(shù)特點(diǎn)。該塔板屬于噴射態(tài)傳質(zhì)，與傳統(tǒng)的鼓泡態(tài)傳質(zhì)塔板相比具有處理能力大、傳質(zhì)效率高、抗堵塞能力強(qiáng)、壓力降低、操作彈性好、易消泡等特點(diǎn)，已在煉油、焦化、化肥、甲醇等領(lǐng)域廣泛推廣。

CJST塔板的傳質(zhì)過(guò)程

在塔板至罩頂?shù)牧Ⅲw空間中，液相被進(jìn)入板孔的氣相經(jīng)過(guò)拉膜提升→破碎→撞擊折返→噴射→互噴→分離六個(gè)步驟完成傳質(zhì)。具體傳質(zhì)過(guò)程為：

①液體進(jìn)入罩內(nèi)被氣體向上拉膜提升；

②氣體將液體破碎成液滴；

③氣體和液滴上升碰撞分離板并折返，與上升的氣液激烈碰撞；

④氣體和液滴從罩體的側(cè)面噴射板向斜上方噴出；

⑤在罩間，噴出罩體的氣體和液滴對(duì)噴、相互碰撞；

⑥噴出罩體的氣體和液滴，在分離板的作用下液滴回落至板面流向下游，氣體繞過(guò)分離板上升至上層塔板。

CJST塔板的技術(shù)特點(diǎn)

一、處理能力大

板孔氣速是決定塔板通量的關(guān)鍵因素，對(duì)于噴射型塔板，氣速越高液相的分散程度越好，傳質(zhì)效率越高。同時(shí)對(duì)于夾帶而言，由于上升的氣液被分離板強(qiáng)制分離，形成的是水平噴射，氣液能夠有效分離，所以大幅度減小了霧沫夾帶，提高了操作上限，增大了氣相通過(guò)能力。

液相通過(guò)能力大是由于：氣體攜帶液體并流進(jìn)入帽罩，而不是像浮閥等塔板氣體穿過(guò)板上液層，因而使塔板上流動(dòng)的液體基本上為不含氣體的清液，故降液管液泛的可能性大大降低，即同樣截面積的降液管液體通過(guò)能力可提高近一倍，所以對(duì)于擴(kuò)產(chǎn)改造項(xiàng)目，保留原塔體及原降液系統(tǒng)，只更換成CJST塔板就可將塔的液相處理量最大可提高一倍。

二、傳質(zhì)效率高

由于CJST塔板空間利用率高達(dá)50%以上，氣液在罩內(nèi)和罩間接觸非常充分：一方面氣體把液體分散成小液滴，大幅度提高了氣液兩相接觸面積，另一方面激烈的噴射工況使液滴的表面不斷更新，以維持高的傳質(zhì)傳熱推動(dòng)力，因此CJST塔板具有很高的傳質(zhì)效率。與F1浮閥相比，塔板效率在低氣相負(fù)荷時(shí)高出10%，在高氣相負(fù)荷時(shí)高出40%。工業(yè)應(yīng)用證明，CJST塔板的全塔效率比F1浮閥提高10%以上。

三、抗堵塞能力強(qiáng)

由于塔板板孔較大且無(wú)活動(dòng)部件，一般不易被較臟或粘性物料堵塞。另外，氣液是在噴射狀態(tài)下離開帽罩的，氣速較高，對(duì)罩孔本身有較強(qiáng)的自沖洗能力。物流中含有的顆粒、聚合物、污垢等雜質(zhì)難以在罩孔聚集并堵塞罩孔，故可延長(zhǎng)檢修周期。

四、壓力降低

氣體通過(guò)CJST塔板時(shí)并不穿過(guò)板上液層，而只需克服被氣體提升的那部分液體的重力，所以形成的壓降要小。CJST塔板壓降在低負(fù)荷時(shí)與F1型浮閥相當(dāng)，高負(fù)荷時(shí)比F1浮閥低20%～30%，且負(fù)荷愈大壓降低的愈多。

可以看出，在板孔動(dòng)能因子均為10時(shí)，CJST塔板的板壓降比F1浮閥塔板的低10%；當(dāng)板孔動(dòng)能因子為15時(shí)，CJST塔板的板壓降比F1浮閥塔板的低40%。

五、操作彈性好

CJST塔板的操作下限同F(xiàn)1浮閥塔板一樣受塔板漏液控制，操作上限一般受過(guò)量霧沫夾帶控制，見圖4。若以霧沫夾帶10%作為操作上限，F(xiàn)1浮閥的板孔動(dòng)能因子為17，而CJST可達(dá)34，即在相同的塔板開孔率時(shí)，CJST的操作上限比F1浮閥高一倍。例如在開孔率11%時(shí)，CJST的操作下限的板孔動(dòng)能因子為4.7-6.3，操作上限為34，其操作彈性可達(dá)5.4-7.2。

六、具有消泡作用

由于CJST特殊的噴射型操作工況，氣體直接進(jìn)入帽罩內(nèi)，而不需穿過(guò)板上液層，因?yàn)闊o(wú)發(fā)泡機(jī)制，所以塔板上液體為清液；另外，高速噴射的液滴回落到塔板時(shí)又具有破沫作用，所以CJST塔板能夠處理常規(guī)塔板難以處理的易發(fā)泡物系。

總的來(lái)說(shuō)，CJST塔板特殊的噴射型氣液傳質(zhì)形態(tài)，從根本上決定了其優(yōu)良的性能，從而使得首次在工業(yè)萘精餾塔上的改造應(yīng)用獲得成功：改造后一次試車成功，并達(dá)到了擴(kuò)產(chǎn)、節(jié)能、創(chuàng)收的目的。不但為廠家?guī)?lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，還為具有較小塔板間距的塔設(shè)備的擴(kuò)能改造開避了新途徑，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。