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近年來，常減壓蒸餾在塔器內(nèi)部構(gòu)件、抽真空設(shè)各等方面取得了新的進(jìn)展。其中塔器內(nèi)部構(gòu)件的主要開發(fā)方向是首先實(shí)現(xiàn)汽液充分混合，然后用輔助設(shè)施實(shí)現(xiàn)汽液相分離。各種新型塔板開發(fā)的很多，但由于許多用戶都不太愿意冒險(xiǎn)使用，因此，全球高效塔板的處理能力不到全球原油蒸餾能力的10％。雖然應(yīng)用較少，但技術(shù)的蓬勃發(fā)展，已為煉化企業(yè)提效改造打下了深厚技術(shù)積累，本文簡(jiǎn)要介紹一下高效的塔板技術(shù)。

國(guó)外新型塔板

 

1、VORTEX TRAY

VORTEX TRAY是SULZER CHEMTECH公司開發(fā)與生產(chǎn)的專利產(chǎn)品,能夠在不降低傳質(zhì)效率的前提下,顯著提高塔內(nèi)氣液負(fù)荷的通過能力這種塔板在結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)了一種獨(dú)特的懸掛式防旋渦降液管,塔板上的傳質(zhì)元件可以為篩孔、浮閥和固定閥等。VORTEX TRAY具有以下所列四大特點(diǎn):

(1)由于采用了形狀如同旋風(fēng)分離器的降液管,這有利于對(duì)進(jìn)入降液管的氣液混合物進(jìn)行分離,因?yàn)闅怏w是通過升氣管上升的,所以能夠避免降液管液泛的發(fā)生;

(2)懸掛式降液管結(jié)構(gòu)可以最大限度地提高塔板上的有效鼓泡區(qū)面積;

(3)增加了降液管的堰長(zhǎng),使液流強(qiáng)度、塔板壓降、降液管持液量都降低,提高了塔設(shè)備的處理能力和操作彈性;

(4)由于對(duì)降液管的位置進(jìn)行了優(yōu)化,最大可能地改善了兩相流動(dòng)的均勻性,從而提高了傳質(zhì)效率。

VORTEX TRAY的主要缺點(diǎn)是要求進(jìn)料量相對(duì)穩(wěn)定,塔板結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。

2、Sulzer化學(xué)公司和shell公司新型塔板

Sulzer化學(xué)公司和殼牌公司組成聯(lián)盟，推出shell傳質(zhì)技術(shù)工藝包。該技術(shù)涉及高性能塔板、內(nèi)件、相分離設(shè)備，這些新型塔板可應(yīng)用于常減壓蒸餾塔。

    高性能塔板組合了兩種塔板：shell公司Calming Section塔板和HiFi Calming Section塔板。與常規(guī)塔板相比，可提高汽液負(fù)荷能力。Calming Section塔板可最大量地提高氣體處理能力，最大量地提高噴射液泛能力和最大量城小霧沫夾帶，HiFi Calming Section塔板可最大量提高液體負(fù)荷處理能力，設(shè)計(jì)處理大的液體負(fù)荷，這種塔板比常規(guī)塔板的處理能力提高20％-30％。這種設(shè)計(jì)可以最大量提高降液管能力而又能保持大的有效面積；可用于減小塔板間距，塔板間距可小到304mm。

3、Jaeger產(chǎn)品公司的CoFlo塔板

每塊CoFlo塔板由液體分配器、接觸區(qū)以及液體收集器三部分組成。操作原理是使所有的液體被向上流動(dòng)的氣體災(zāi)帶。在接觸區(qū)發(fā)生分散過程，與該區(qū)相接的是汽液分離器，收集的液體通過側(cè)面的降液管回到下一個(gè)塔板。該塔板已經(jīng)在得克薩斯州立大學(xué)的分離研究計(jì)劃組織進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明該塔板在效率不降低的情況下處理量比篩板塔板處理量提高100％。

該塔板的高能力是通過塔板內(nèi)的并流獲得的。從降液管流下來的液體通過打孔的槽型分散裝置均勻地分布在塔板上，氣體通過槽間的縫隙通道向上流動(dòng)?？p隙面積一船為塔板有效面積的15％-25％。通過縫隙導(dǎo)致的高氣速將液體霧化井將其攜帶至夾帶收集器，在此液體被分離并送人下一塔板的降液管，該液體為清液。降液管高度大于塔板問距，因此，降液管能力不會(huì)限制塔板的負(fù)荷。

4、Gesip公司的Highspeed塔板

Gesip公司的新型Highspeed塔板允許氣速高達(dá)30m/s，且不產(chǎn)生液體夾帶，而浮閥和泡罩塔板允許氣速為3m/s。該塔板上設(shè)置許多立式圓筒混合元件，元件下部為渦旋器（靜態(tài)混合器），可使高速流動(dòng)氣體形成強(qiáng)烈渦流并與液體快速混合，在汽液間達(dá)到非常高的接觸表面積。在元件上部，兩相通過旋風(fēng)分離器分離。由于該塔板效率非常高，因此對(duì)于相同處理量，采用該塔板的塔徑僅為采用常規(guī)泡罩塔板的1/2。其重量和總成本均為標(biāo)準(zhǔn)塔的1/5。

5、SuperFrac塔板

SuperFrac塔板是GLITSCH公司開發(fā)的系列專利產(chǎn)品，目前已有SuperFracⅠ~Ⅳ型、SuperFrac+型產(chǎn)品可供選用。塔板上的傳質(zhì)元件包括 2 種結(jié)構(gòu)的小圓形浮閥、降液管出口鼓泡裝置，降液管可以根據(jù)負(fù)荷的高低設(shè)計(jì)為扇形降液管、主降液管+輔降液管， 塔板搭接處設(shè)計(jì)有工藝篩孔，其中的Ⅳ型塔板包括5項(xiàng)專利技術(shù)。 

SuperFrac塔板的兩相通過能力比常規(guī)篩板塔板和浮閥塔板的高20~40%，操作彈性可以達(dá)到4:1，具有高通量、低壓降、傳質(zhì)效率高等優(yōu)點(diǎn)，但該類塔板的開孔率較小。

    另外，Nutter公司的MVG塔板工業(yè)規(guī)模和工業(yè)應(yīng)用表明，MVG塔板在不損失傳質(zhì)效率的情況下，比常規(guī)篩板塔板和浮閥塔板處理能力提筒15％-30％。其操作彈性比達(dá)到4：1，尤其適合于負(fù)荷變化較大的情況。MVG塔板一般可用于現(xiàn)有降液管和支撐設(shè)施，從而大幅減少停工改造時(shí)間。UOP公司在其MD塔板的基礎(chǔ)上改進(jìn)降液管設(shè)計(jì)，縮短塔板間距開發(fā)了ECMD塔板；UOP公司和Nutter公司MVG聯(lián)合開發(fā)的新型塔板ECMD-MVG塔板，使用UOP公司的降液管和Nutter公司的MVG鼓泡器。

 

國(guó)內(nèi)新型塔板

 

1、組合導(dǎo)向浮閥塔板

組合導(dǎo)向浮閥塔板是華東理工大學(xué)在1996年開發(fā)的專利技術(shù)，該閥吸取了條閥和導(dǎo)向篩板的各自特點(diǎn)，形成一種創(chuàng)新的組合條閥。它由矩形導(dǎo)向浮閥和梯形導(dǎo)向浮閥按適當(dāng)?shù)呐浔冉M合而成。

組合導(dǎo)向浮閥塔板的主要特點(diǎn)為：

①塔板上配有矩形和梯形導(dǎo)向浮閥，浮閥上設(shè)有導(dǎo)向孔，導(dǎo)向孔的開口方向與塔板上的液流方向一致。

②根據(jù)液流強(qiáng)度的大小或液體流路長(zhǎng)短適當(dāng)調(diào)節(jié)梯型浮閥和矩型浮閥的配比。

③浮閥在操作中不轉(zhuǎn)動(dòng)，浮閥無磨損，不脫落。

④塔板效率與F1型浮閥塔板效率相比提高 10%-20%；生產(chǎn)能力可提高20%-30%。

2、Super V型浮閥塔板

石油大學(xué)與北京設(shè)計(jì)院一起，在原來的HTV船型浮閥塔板的基礎(chǔ)上，獨(dú)家提出了浮閥填料化的開發(fā)思路，開發(fā)了Super V型系列浮閥塔板，試驗(yàn)室研究和初步工業(yè)應(yīng)用表現(xiàn)出了極為優(yōu)良的操作特性，具有廣泛的應(yīng)用前景。

浮閥采用 U 型帶翼結(jié)構(gòu)、閥體側(cè)翼開孔和開縫，提高塔板氣液接觸均勻性，防止浮閥結(jié)焦和結(jié)垢沉積。設(shè)計(jì)了側(cè)翼開孔的浮閥構(gòu)型，以適用于低等結(jié)焦、結(jié)垢體系，稱為Super V-1浮閥；設(shè)計(jì)了側(cè)翼開縫的浮閥構(gòu)型，以適應(yīng)于中等以上易結(jié)焦、結(jié)垢體系，稱為Super V-2浮閥。同時(shí)該塔板采用同抹斜式降液管出入口堰技術(shù)想結(jié)合，大大提高了降液管的液相通過能力。該類浮閥塔板效率較高，操作彈性較大，為4:1左右，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，并且制造成本較高。

3、ADV微分浮閥塔盤

 ADV微分浮閥塔板是清華澤華公司與美國(guó)AMT公司共同開發(fā)的新一代浮閥塔板，它是在F1浮閥塔板的基礎(chǔ)上開發(fā)的。與傳統(tǒng)的F1浮閥塔板相比，塔從浮閥結(jié)構(gòu)、降液管結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行了一系列的改進(jìn)：

① 微分浮閥在閥頂開小閥孔，充分利用浮閥上部的傳質(zhì)空間，使氣體分散更加細(xì)密均勻，汽液接觸更加充分。

② 局部采用帶有導(dǎo)向作用的 ADV微分浮閥，消除塔板上的液體滯留現(xiàn)象，提高汽液分布的均勻度。

③ 采用鼓泡促進(jìn)器使整個(gè)塔板鼓泡均勻并降低液面梯度，從而提高傳質(zhì)效率。

④ 適當(dāng)改進(jìn)降液管，增加鼓泡區(qū)的面積。

⑤ 閥腿采用新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使浮閥安裝快捷方便，操作不易轉(zhuǎn)動(dòng)或脫落。

該類塔盤從傳質(zhì)效率、泄漏等方面得到了改進(jìn)，與導(dǎo)向浮閥塔板相當(dāng)；霧沫夾帶在中低速的空塔氣速下與F1相差不多；操作彈性不是很高，略低于SuperV 型塔板，但壓降與F1相當(dāng)。

4、DJ塔板

DJ塔板是浙江工業(yè)大學(xué)在八十年代末開發(fā)形成的一種新型塔板。DJ塔板繼承了MD塔板降液管的特色，并在結(jié)構(gòu)型式、通量和效率等方面有所創(chuàng)新、有所突破，形成了具有我國(guó)特色的新型塔板系列。

DJ-1型塔板是為了適應(yīng)特大液氣比的吸收操作而開發(fā)的。主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是采用寬型降液管。對(duì)降液管的根數(shù)和排列作改進(jìn)和優(yōu)化。隨著塔徑的增大和溢流量的增加，調(diào)整降液管的寬度和長(zhǎng)寬比，按等溢流強(qiáng)度原則來排列降液管；同時(shí)，兼顧各個(gè)溢流區(qū)的鼓泡面積分配合理。

DJ-2型塔板上設(shè)置了導(dǎo)流裝置，在相應(yīng)位置上開設(shè)導(dǎo)流孔，安裝導(dǎo)流板，改善液流的初始分布，使塔板上的液流接近于活塞流。

該類塔盤具有大通量和大處理能力的優(yōu)點(diǎn)，但不適用于液相負(fù)荷較小的體系；它的傳質(zhì)效率相對(duì)較低，與 F1 浮閥塔板相當(dāng)或略低。

5、噴射態(tài)塔板

噴射態(tài)塔板是在新型垂直篩板的基礎(chǔ)上開發(fā)的新型塔板，其以氣相為連續(xù)相，液相為分散相。新型垂直篩板是由日本三井造船株式會(huì)社于1968年前后開發(fā)成功的，自1980年始河北工業(yè)大學(xué)大學(xué)對(duì)其性能與結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究，并在天津大沽化工廠工業(yè)化應(yīng)用成功。

其原理如下：下層塔板上升的氣體由板孔縮流進(jìn)入罩內(nèi)，液體由帽罩底隙進(jìn)入罩內(nèi)，氣體將進(jìn)入罩內(nèi)的液體提拉，進(jìn)行拉膜、破碎、向罩頂撞擊，氣液混合物折返從帽罩側(cè)孔水平噴出，靠重力在塔板上部空間分離。該塔板汽液接觸劇烈，液體被破碎成很小的液滴，混合充分，傳質(zhì)表面巨大，傳質(zhì)效率高，且處理量大，操作范圍寬。

天津市創(chuàng)舉科技股份有限公司前身是河北工業(yè)大學(xué)的化工實(shí)驗(yàn)廠，繼承發(fā)展了垂直篩板塔的技術(shù)，經(jīng)過數(shù)十年的研究開發(fā)，形成了能夠適用于各種工況的系列化噴射態(tài)塔板技術(shù)：

（1） 新型垂直篩板

傳質(zhì)效率高，比F1浮閥高5%以上；處理能力大，可高出F1浮閥一倍以上；由于帽罩內(nèi)氣相和液相并流，不是穿過液層的，阻力降低，低于F1浮閥20%以上；抗堵塞能力強(qiáng)，高氣速下對(duì)固體顆粒、易自聚物料沖洗能力強(qiáng)；抗發(fā)泡消泡：鼓泡態(tài)易形成造泡，噴射態(tài)易撕碎液泡；幾乎無液泛。

 

（2） 徑向側(cè)導(dǎo)噴射塔板

部分液體順著流動(dòng)方向被噴射，降低液相返混，處理能力大、效率高。

（3） 低阻力膜噴射塔板

與徑向側(cè)導(dǎo)噴射塔板相比，具有更低的單板壓降。塔板上可設(shè)置冷卻盤管，以移除系統(tǒng)多余熱量。抗堵塞能力強(qiáng)，常用于污水汽提等易堵工況，可顯著延長(zhǎng)檢修周期。

（4）膜噴射無返混塔板

液相不返混，傳質(zhì)后液體被導(dǎo)流至下層塔板，塔板上液體無濃度梯度，整層塔板具有統(tǒng)一的傳質(zhì)推動(dòng)力。

（5）分隔流無返混噴射塔板技術(shù) 

液相不返混，氣液兩相逆流接觸，消除塔板上的液面梯度、濃度梯度、溫度梯度，多降液管，適用于大液量、易發(fā)泡、難分離物系，如碳四深加工行業(yè)。

（6）全逆流無返混噴射塔板技術(shù)

    全逆流無返混噴射態(tài)塔板是我公司經(jīng)過多年的不懈努力，在噴射態(tài)塔板基礎(chǔ)上成功研發(fā)出的新一代塔板分離技術(shù)。對(duì)板式塔的技術(shù)進(jìn)步具有里程碑的意義。

    該術(shù)利用逆流接觸改變了板式塔百年以來一直沿用的錯(cuò)流接觸形式，逆流接觸極大提升了塔板上氣液傳質(zhì)、傳熱推動(dòng)力。

    目前該技術(shù)已成功應(yīng)用于碳四分離、甲醇精餾、脫苯等裝置中，與傳統(tǒng)塔板相比凸顯了其優(yōu)異性能。去年三月份在美國(guó)石油城舉辦的國(guó)際精餾會(huì)議，該項(xiàng)技術(shù)得到了大會(huì)主席和FRI精餾中心專家的高度認(rèn)可。