浮阀塔在焦油加工工业萘生产中的应用

2022-10-17

焦油是一种非常复杂的混合物, 其组分有上千种之多, 分子量从十几到数千均有分布, 其中萘含量在10%左右。工业萘具有较高的市场价值, 其价格是其他焦油加工产品的3-5倍, 其生产过程贯穿整个焦油加工系统, 因此, 工业萘收率指标是衡量一个焦油加工技术水平、管理水平及创效能力的重要参照。利用蒸馏分离原理将工业萘从焦油中提取出来, 归根结底是要提高萘与其他物质分离的速度及程度。在这个物质分离过程中, 分离设备性能的优劣显得极其重要, 此外, 反映在具体生产操作过程中就需要各种温度、压力、流量、液位等工艺参数密切配合。

青海庆华煤化有限责任公司15万t/a焦油加工装置于2011年6月开工建设至2012年8月建成, 与此同时, 我们对焦油加工各主要设备进行了深入的调研。

1 基本工艺

焦油工艺流程:经静止脱水后的焦油, 用泵自油库打入管式炉的对流段, 在泵前加入浓度为8-12%的Na2CO3溶液, 以脱去焦油中的铵盐。在管式炉对流段焦油被加热到120-130℃后, 进入一次蒸发器, 器顶蒸出105-110℃轻油蒸汽, 经冷凝冷却成轻油入油水分离器分离出氨水, 轻油入轻油槽。器底流出的无水焦油入其底部的无水焦油槽, 无水焦油槽上部设满流管, 满流焦油至油库满流槽。无水焦油用二段焦油泵送入管式炉辐射段, 加热至390-400℃后进入二次蒸发器, 器底排出沥青至改制沥青车间或直接至沥青冷却工序。二次蒸发器顶部溢出的油气入馏分塔下部, 塔顶溢出100-120℃轻油蒸汽, 经冷凝冷却后, 入油水分离器, 分离出酚水, 轻油入轻油槽与一次蒸发器顶部来的轻油混合, 一部分用来给馏分塔打回流, 一部分泵入油库。馏分塔侧线采出酚、萘、洗三混馏分, 经冷却后入混合份槽。塔底采出混合蒽油经冷却后入蒽油槽。

洗涤工艺流程:酚、萘、洗三混馏份用泵打入洗涤器内, 再打入定量的碱性酚盐, 开闭汽恒温, 用风搅拌, 以促进反应。分层后放出下部的中性酚盐入中性酚盐槽。向洗涤器内加入适量的12-15%的氢氧化钠液, 用风搅拌静止分层后取样分析, 合格后放出下部碱性酚盐及中间层入碱性酚盐槽。剩余油料放入工业萘原料槽。

中性酚盐送至冷凝冷却器与蒸吹柱顶部来的蒸汽换热后, 进入蒸吹柱上部。蒸吹柱底部直接连在其下部的蒸吹釜上, 蒸吹釜用直接蒸汽和间接蒸汽加热, 并控制操作。

净酚盐自蒸吹釜底部经油封, 自流至净酚盐槽, 釜上部蒸汽进入蒸吹柱, 与其上部经换热后进入的原料接触后, 自顶部逸出, 与原料换热并进冷凝冷却器冷却后入酚水槽。此一过程为连续式蒸吹。

净酚盐用泵打入酚盐分解器, 开风搅拌, 并加入浓硫酸和水。反应完毕后, 停止加入硫酸和水, 取样分析合格后, 放出下层Na2SO4废水入酚水槽, 上层的粗酚直接放至粗酚车间原料槽。

2 常见浮阀塔板性能

塔设备在整个工艺中起非常重要的作用。板式塔塔板种类很多, 其中浮阀塔具有良好的操作性能, 在板式塔中占有重要的位置。常见浮阀有:重盘式浮阀 (F1浮阀) , 盘式浮阀 (T型) , 导向浮阀等。

浮阀塔其特点是在筛板塔基础上, 在每个筛孔处安装一个可上下移动的阀片。当筛孔气速高时, 阀片被顶起上升, 孔气速低时, 阀片因自重而下降。阀片升降位置随气流量大小自动调节, 从而使进入液层的气速基本稳定。又因气体在阀片下侧水平方向进入液层, 既减少液沫夹带量, 又延长气液接触时间, 故而有很好的传质效果。

2.1 F1 (V-1型) 浮阀塔板

F1 (V-1型) 浮阀是目前使用最为广泛的形式, 阀片与三个阀腿整体冲成, 阀片周边有三个起始定距片, 它能在阀片关闭时使阀片与塔盘板之间仍保留一定间隙。起始定距片使得阀片与塔盘板之间的接触面很小, 避免阀片粘在塔板上, 因而当气量增大时, 阀片能平稳的升起, 阀片周边向下有倾斜, 在气液接触时加强了湍动作用。F1 (V-1型) 浮阀结构简单, 制造方便, 性能良好。

F1 (V-1型) 浮阀当气速较小时, 不是所有的阀片都是均衡的随气速的增加而上升, 鼓泡也不是均匀的, 在相当于浮阀全部打开时的临界气速前, 阀片能在开度范围内自由浮动, 但其稳定位置只有两个:全开或全关。气速较低时, 泄漏与鼓泡同时发生。随气速的增加。鼓泡区相应扩大, 达到临界气速时, 塔盘上所有浮阀刚好全开, 全塔盘处于鼓泡状态。当阀片全开后继续增大气速, 他盘压力降上升, 雾沫夹带增多, 气液接触更加激烈。因此浮阀塔盘的适宜操作区应在临界气速附近。

2.2 与其它传统塔板相比, F1 (V-1型) 浮阀具有很多优点, 同时也存在以下缺点:

(1) 塔板上液面梯度较大, 使气体在液体流动方向上分布不均匀, 在塔板的进口端易产生过量的泄漏, 或者在塔板的出口端导致气体喷射, 二者均使塔板效率降低;

(2) F1 (V-1型) 浮阀为圆形, 从阀孔出来的汽体向四面八方吹出, 使塔板上液体返混程度较大, 降低塔板效率;

(3) 在塔板两侧的弓形部位存在液体滞止区, 区内液体无主体流动, 通过滞止区的气体几乎无组成变化, 使塔板效率明显降低;

(4) 在操作中, F1 (V-1型) 浮阀不停地转动, 浮阀和阀孔容易被磨损, 浮阀易脱落。

2.3 导向浮阀塔板

导向浮阀塔板是在F1 (V-1型) 浮阀塔板基础上开发研究出来的一种新型高效浮阀塔板, 克服了F1 (V-1型) 浮阀塔板存在的液面梯度大, 液体返混程度大, 在塔板两侧的弓形部位存在液体滞留区, 浮阀易磨损, 易脱落的缺点, 因此, 导向浮阀塔板保留了F1 (V-1型) 浮阀塔板的优点, 克服了其缺点, 具有良好的流体力学和传质性能, 其性能主要表现在以下几个方面:

2.4

塔板压降小, 导向浮阀较F1 (V-1型) 浮阀重, 但由于阀孔开孔尺寸大, 故干板压降较小, 较F1 (V-1型) 浮阀塔板越低15%-25%;

2.5 推液作用, 导向浮阀所特有的气流对液层的推动作用是这种浮阀所具有的诸多优良特性的结构基础。

从阀孔流出的气相沿浮阀两侧喷射而出, 给附近的液体一个同方向的推力, 减小了塔板上的液面落差, 从而改善进入塔板的气体分布, 改善塔板上的液流均匀性, 减小塔板上液体沿液流方向上的返混程度;

2.7

漏液下限小, 由于导向浮阀较重和最小开度的缘故, 大大减小塔板进口局部漏液的可能性;

2.8

雾沫夹带量小, 导向浮阀气流斜喷较F1 (V-1型) 浮阀的分散喷射有利于抑制雾沫夹带;

2.9 传质性能好, F1 (V-1型) 浮阀塔板板效率约为0.7-0.8, 导向浮阀塔板板效率比F1 (V-1型) 浮阀塔板高10%-20%。

据文献资料表明, 在国内焦油加工企业工业萘精馏装置大部分采用浮阀塔板设计, 主要采用F1 (V-1型) 浮阀塔板, 但某焦化厂在焦油加工工业萘生产装置中, 采用导向浮阀塔板, 在生产过程中工业萘、洗油、酚油的产量及质量均有变化, 其中对洗油与酚油的影响并不大, 主要表现在工业萘收率这一指标提高了近三个百分点。同时也证明导向浮阀具有较大的稳定操作区域, 改善了萘组分与其他组分的分离效果, 能够明显提高工业萘收取率, 是一种良好的分离设备。