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規整填料在煉油工業節能擴建中的應用
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規整填料在煉油工業節能擴建中的應用

2019-10-08      閱讀:
:就規整填料技術在煉油廠減壓蒸餾塔、催化分餾塔、脫硫這三種大型塔器的改造中的應用情況作粗淺分析與評述,改造后可降低塔底物料溫度,尤宜用于需多級分離和熱敏物系的分離,能大大提高分離效率,同時又分析總結了實際應用中的注意事項。

規整填料是在塔內按均勻幾何圖形排布、整齊堆砌的填料。它能實現每個理論級的壓力降小。同時,它能克服散堆填料的液體隨機流動,使液體趨向均布。實踐證明規整填料在大型塔中已應用成功[1],用于減壓蒸餾塔、催化分餾塔、脫硫這三種大型塔器的改造,可降低塔底物料溫度而節能,尤宜用于需多級分離和熱敏物系的分離,能大大提高分離效率[2]。到目前為止,已有40余套裝置改為干式或微濕式減壓蒸餾,其中有相當一部分改為高效規整填料。

1 規整填料的主要應用種類及特性

由金屬絲網壓成的波紋板片組成,波高小,比表面積大,表面濕潤性能好,分離效率高,每米填料層可達10塊或更多理論板的分離效率。但因其制造材料不銹鋼等絲網價格貴,單位體積填料造價高,且強度較低,一般適用于難分離和熱敏性物系的真空精餾、常壓精餾與吸收,塔徑不大(2m以下)、不易堵塞和腐蝕的場合。分單層和雙層金屬絲網波紋填料。單層金屬絲網波紋填料有250型、500型、700型,以500型應用為廣泛。
 
1.2 網孔(板網)波紋填料
網孔波紋填料是近期開發成功的一種新型波紋填料,是直接將不銹鋼等薄帶適當處理拉制成特定規格的菱形網板,成本比絲網顯著降低的同時具有金屬絲網波紋填料的良性能,工業應用日趨擴大,適用范圍類似于金屬絲網波紋填料的應用場合及特殊工況。
 
多由不銹鋼波紋板片組成,板片上鉆有許多5mm左右的小孔。其性能介于金屬網波紋填料與散堆填料之間。由于結構合理,強度高,造價較金屬絲網波紋填料低,耐腐蝕性好,抗污染能力強,壓降低,通量大,它特適用于常壓和中等真空度及有污染危險的物蒸餾,并適用于常壓及加壓逆流吸收過程。在設計新塔和改造舊塔中,它用來代替鮑爾環之類的散堆填料和某些板式塔。尤其是在大型塔器改造中,對提高產品的產量和質量,降低能耗都有明顯的經濟效果。
 
結構與金屬孔板波紋填料類似,材質有聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯等。主要點是耐腐蝕、質輕、價廉、阻力小、效率較高、放大效應小。目前主要有125Y和250Y兩種規格,它們適用于各種吸收和解吸過程,也用于廢氣凈化及大液體負荷和高操作壓力的過程與提高現有塔器的生產能力,還適合于易起泡沫的物系。應用于化肥及部門都取得了良好的效果[3]。

2 工程應用實例與效果

近年由于新型填料及塔內件的開發應用,大幅度地降低了全塔壓降,提高了汽化段的真空度而節省能耗,因而填料干式或半干式減壓蒸餾技術得到了迅速發展。在大型煉油廠進行技術改造和擴大能力時,應用規整填料均取得較大成功。
 
2.1 減壓蒸餾塔中的應用
1990年5月,天津大學與中石化北京設計院和濟南煉油廠三方共同合作,用組合式液體分布器和孔板波紋填料技術,成功地改造了濟南煉油廠Υ4.2m潤滑油減壓塔減三/四線之間原有的4層網孔塔盤,使該塔成為一個全填料塔。改造前半水煤氣出口溫度在80℃以上,嚴重影響造氣正常操作及制氣量的提高。改造后雖然壓降有所提高,但穩定了造氣操作,提高了制氣率。改造后原油處理量由每年120萬噸/年增加到135萬噸/年(濕法達142萬噸/年),常減壓總拔出率增加2.28%,年凈增效益約700萬元。規整填料技術成功地設計和改造了安慶石化總廠煉油廠、克拉瑪依煉油廠、烏魯木齊石化總廠(一套和二套)、撫順石油二廠、撫順石油一廠、茂名石化公司煉油廠、燕山石化公司煉油廠(一套和二套)、荊門石化公司煉油廠、大連西太平洋煉油廠、上海高橋石化公司煉油廠等大型減壓塔。大大降低了塔身高度,同時成功制造了一系列大直徑填料塔,使我國在化工分離工程領域塔器技術研究、設計和應用達到先進水平。
 
2.2 填料塔技術在催化分餾塔改造中的應用 
催化分餾塔是催化裂化裝置的一個重要分離單元。隨著國內催化加工能力的不斷提高,以及反-再系統、吸收穩定系統的技術改造,催化分餾塔已經越來越成為催化裝置的“瓶頸”,對其改造已勢在必行。國外大規模采用規整填料技術進行改造,生產能力可增加42%,壓力降減少155mmHg,效益顯著。
林源煉油廠催化擴改后,分餾塔不能滿足要求,生產能力只能達到45萬噸/年,而且很難生產合格的-25#柴油。1998年,本公司對其進行了技術改造。改造采用復合規整填料和新型高彈性液體分布器技術。在填料方面,設計采用了不同規格、幾種規整填料的復合,其中包括天津大學的雙向波紋填料、不同型號的波紋填料、格柵填料等??紤]到0#柴油和-25#柴油方案在負荷上的較大差異,以及分餾塔下段易結焦、易堵塞的實際情況,分布器設計上采用了高彈性、抗堵塞能力強的新型槽盤式液體分布器。改造后生產能力由原來的45萬噸/年增加到60萬噸/年(0#柴油方案),側線可以方便地采出合格的0#柴油和-25#柴油。
 
2.3 填料塔技術在脫硫改造中的應用
液液過程對填料的要求不同于汽液傳質過程。液液過程的傳質是分散相液滴群與連續相之間的傳質,它要求填料能很好地分散液滴群,并能夠液滴群的聚結。國內開發了一種于液液過程的散堆填料,并成功地用于工業塔中。但是,散堆填料加工費時,裝卸麻煩,很難滿足越來越多的液液塔改造的需要。結合規整填料和散堆填料的各自點,天大天久公司開發出一種規整填料。它是一種具有自分散功能的規整填料,保留了金屬孔板波紋填料通過能力大的點,繼承了扁環填料對分散相的再分散性能,使分散相始終處于佳的分散狀態。規整填料結合新型液液分散器技術,用于福建煉油廠液化氣脫硫裝置技術改造獲得成功。
福建煉油廠液液脫硫裝置原設計能力為15.96萬噸/年(19.95噸/小時)。脫硫塔為篩板塔盤,塔徑Υ1600mm,開孔率0.6%。液化氣脫硫裝置與140萬噸/年RFCC裝置和催化氧化脫硫醇裝置處理量24.903噸/小時不匹配,設計負荷偏小。實際操作彈性范圍小,當生產過程中LPG處理量在19~25噸/小時波動時,不能維持正常生產。表現在液液兩相產生嚴重的雙相夾帶,LPG帶胺現象嚴重,產量不合格,生產中只能采用降低處理量或使部分含硫液態烴至含硫LPG罐區來維持正常生產。為保證液化氣脫硫裝置與汽油脫硫醇、RFCC裝置相匹配,提高塔的處理能力和操作彈性,因此必須對該塔進行技術改造。改造主要有以下幾個內容:①將原15層浮閥塔盤全部折除,更換為本室開發的規整填料。②塔底液化氣分散器改為管槽式分散器。塔內液化氣為分散相,其初始分布是非常重要的。新型管槽式液體分散器是多孔管式的新發展。自該分散器噴出的液流,不均布程度高,克服了流速與分散度的矛盾,而且具點。③為保證塔頂溶劑平穩進料、液體分布均勻,塔頂單管進料改為多孔管式液體分布器,同時降低了孔速,減少了塔內夾帶和返混。④為提高LPG與DEA(溶劑)液滴的分離效率,兩相雙向夾帶,塔底分布器下方和塔頂分布器上方各設置了一段高效波紋聚結板。液化氣脫硫塔改造完成后,于1994年2月6日正式投入運行。經過兩年多的運行表明,該塔運行平穩、效果顯著。95年5月8日對該塔進行了標定,運行數據表明:①LPG處理能力大大提高。一般可達25t/h,大可達27t/h,處理能力比改造前提高31%,大提高42%。且液化氣脫硫塔操作彈性大,適應性強。②消除帶胺現象。改造前在低處理情況下,LPG帶胺現象相當嚴重,當處理量達到20t/h時,就很難維持正常操作。改造后在高處理情況下,也很少有帶胺現象發生。③液化氣脫硫效果改善。改造前稍有操作不穩定,或是液化氣脫前H2S含量增加,就會導致液化氣脫后H2S含量往往不合格,總合格率85%。改造后由于解決了夾帶,脫硫效果也同時得到改善。脫前LPG硫化氫含量在2000~34000mg/Nm3范圍內變化,貧液H2S濃度高達3.79g/l情況下,脫后H2S含量也穩定合格,總合格率在98%以上。

3 工程應用注意事項

工業上應用規整填料塔,塔徑、塔體傾斜度、填料分段和安裝都必須符合規定要求。液體分布、液體收集和再分布、填料支承圈、填料限位壓圈等塔內件都必須設計合理,加工安裝精確。對于大直徑塔或氣體入口動壓頭與塔壓差之比大于2.5(如加壓塔)時,應考慮氣相分布裝置。被處理物系帶有懸浮固體的情況下,一般不宜用絲網波紋填料。塔內易產生聚合物或有焦油的情況下,不絲網填料不適用,用孔板波紋填料也要格外謹慎,應采取一定措施。填料一旦被污染,只宜用化學方法清洗。
波紋填料比表面積很大,在塔停止操作后,填料表面會有較大靜持液量。這時塔內溫度還未降下來,對于易氧化的物料,若有大量空氣快速進入,塔內溫度可進一步升高,燒毀填料。這種情況不停車,應向塔內通入氮氣保護,或先用其他溶劑清洗介質再停車。在大多數情況開車時,絲網填料要進行充分預液泛,使其形成良好的液膜,方能達到高效。
一般說來預液泛有三種方式:
①淹塔后泛塔;
②泛點通量下,采用大通量全回流操作;
③在大于泛點通量下全回流操作。
通常采用三種方法。規整填料塔在分離效率、壓降等方面于板式塔和散堆填料塔,但它仍具有散堆填料塔的局限:換熱不便,側線抽出困難,抗腐蝕性相對于板式塔較差,過程控制困難等。工程中要具體問題具體分析。

4 結 論

選用規整填料雖然一次費用較高,但從縮小塔體積和節能收益來看,費用可以很快收回。當前將規整填料應用到石油化工領域,為煉油工業的節能降耗,增加產量提供了一條新的途徑。全面評價,合理使用規整填料,將使技術改造和進步發揮更大作用,取得效益。

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