焦化化产回收及精制过程塔器技术新进展

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

焦化化产回收及精制过程塔器技术新进展

王柱祥 商恩霞 张绍安 （天津市创举科技有限公司，300130）

摘要 新技术的应用可以为企业带来巨大经济效益和社会效益。本文详细介绍了新型高效填料及分布器在洗苯塔上的应用，径向侧导喷射塔板技术(CJST)的特点和它在脱苯塔、纯苯塔上的应用，以及二者所取得的显著效果，使焦化化产回收及精制工段塔器技术有了新的进展。

关键词 填料 分布器 径向侧导喷射塔板 洗苯 脱苯 纯苯

New progress on Chemical production-recovery Tower and Refine

process-Tower of Coking

Wang Zhu Xiang Shang En Xia Zhang Shao An

(Chuang Ju Science and Technology Corporation of Tian Jin ,300130)

Abstract: The application of new technology brings enormous economic and social benefits to enterprises. This paper introduces the new type efficient packing and distributed device applied in benzol scrubber, the character of radial side lead jet-type tray technology, and the application on debenzene tower and purity benzene tower of which in detail. The notable effects that gained by both of them are presented by this paper as well. All of above bring about new progress on chemical production-recovery tower and refine section-tower of coking domain.

Key words: packing ,distributed device ,radial side lead jet-type tray, wash benzene, debenzene, purity benzene

作者简介：王柱祥，男，1963年出生，1984年毕业于河北工业大学无机化学专业，副教授，长期从事化工塔器的设计、开发和研究工作。

引言

21世纪煤化工的发展前景十分乐观，焦化产品市场具有较大的利润空间，特别是焦油和粗苯产品的加工利用潜力很大。因此化产回收工段显得尤为重要，而化产回收工段的塔器设备直接影响到焦化产品的质量和回收率。目前多数焦化厂采用的技术比较的落后，设备庞大，能耗高，产品质量和收率低。为了使广大焦化企业在焦化化产回收及精制工段设备选择及设备扩能改造中有所借鉴参考,本文将从我公司近几年应用新技术在焦化行业化产回收及精制装置上进行技术改

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进所取得的显著效果出发,重点介绍部分装置的技术特点和应用效果。

一、新型高效填料及分布器在洗苯塔中的应用 1、技术简介

洗苯塔的任务是将煤气中的粗苯用洗油吸收下来，再经过脱苯塔将粗苯蒸脱，有的脱苯塔还能将轻重苯分离并回收，此过程在化产回收系统中经济效益最为显著，所以追求粗苯回收率是非常必要的。洗苯塔的设计多为填料塔，主要考虑的是系统阻力的问题，鼓风机的压头有限，对系统阻力要求严格，填料塔的阻力降比板式塔低，所以从工艺角度考虑洗苯塔的气液接触装置选用填料，但从洗苯塔的液气比看，它属于较小的液气比操作，液相负荷较小，塔径大，喷淋密度低，液体更容易出现偏流，使得填料发挥效率不高，一般靠增加填料的高度来弥补，所以洗苯塔的高度很高，甚至采用二塔或三塔流程。

以往洗苯塔的填料型式大多用钢板网、木格子、竹格子等，这些填料比表面积小，填料本身对液体和气体的自分布效果差，效率低，所以在流程上多为两塔或三塔，但吸收效果并不好，而且增加了系统阻力和动力消耗。

我公司对洗苯塔的设计采用新型高效填料和新型分布器，使得洗苯塔效率大为提高，一塔流程即可满足要求，而且塔后苯含量多在3g/m以下，大大提高了粗苯回收率。

2、设计方案

以唐山钢铁公司焦化厂为例：唐钢焦化厂年产焦炭274万吨，老系统144万吨，新系统130万吨。老系统洗苯为三塔流程，塔径5m，塔内填料用木格子、钢板网。每塔塔内各段填料之间设有分配锥。塔顶设有环状布置的贫油喷嘴装置。存在的问题主要有塔后苯含量高，一般在5g/m

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以上；煤气夹带洗油严重，高时可达300mg/m；系统阻力大。2003年，我公司利用本公司新型填料及分布器技术对唐钢焦化厂老系统洗苯塔进行了改造，对新系统进行了设计。具体设计方案如下：

1）在塔的上部安装1-2层径向侧导喷射塔板CJST。该塔板为我公司专利技术，具有传质效率高、处理量大、抗堵塞等优点，属最先进的塔板之一。塔板的持液时间较填料长，而洗苯塔又属于小液气比操作，塔板的作用弥补了填料因喷淋密度小而造成效率低的不足。在洗苯塔上部，吸收推动力变小，塔盘的效率好坏更加重要。同时利用塔盘喷射罩体的特殊结构可减小气体对洗油的夹带。也可将塔盘安装在洗苯塔的下部，其作用与上部不尽相同：一是利用塔盘液层对煤气进行洗涤，尤其对颗粒状物起扑集作用明显，这样可大大减轻对填料的堵塞；二是对进塔煤气起到再分布的作用，避免气体偏流进入填料段，使填料的作用完全发挥。但是，由于系统阻力的要

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求，塔盘层数只能考虑1—2层。

2）填料选用CJ-125YZ型孔板波纹填料。该种填料具有传质效率高、通量大、阻力小等特点。CJ-125YZ型填料的表面为细密条纹状并开有小孔，不仅润湿比表面积大而且润湿性能好，可提高有效传质表面积。此外，按纹状计算表面积，它比125Y型高出20%以上，而且孔板波纹填料的孔隙率和自分布效果都远远高于钢板网、木格填料；它还有质轻、价廉、耐腐蚀等特点。计算结果表明一塔三段填料的作用超过原三塔填料之和。为增加填料的支撑强度，每段聚丙烯填料下部加一段400mm高同型号不锈钢填料。

3）对液体分布器和再分布器进行改进：塔顶安装CJ-槽式液体分布器，此分布器为二级槽式，能够把管道输送来的洗油通过一级槽均衡分布进入若干个二级槽，再由二级槽底部的均布喷淋孔把液体均匀分布，二级槽之间有液体平衡管连通以保证各槽之间液面平衡，使得每个喷淋孔流量相等，其分布效果远优于喷头式或管淋式分布器。两段填料间的CJ-槽盘式液体分布器，即能将上方填料落下的液体全部收集，又能对液体、气体进行再分布。

4）塔顶部安装不锈钢板波纹除沫器，其除雾效率达90%以上，能够很好地解决煤气夹带洗油的问题。由于煤气中的萘及焦油雾的存在，容易造成除沫器堵塞。在此，我们重点考虑了如何解决除沫器堵塞问题。在除沫器上方设计了分块式喷淋洗涤装置，一旦除沫器发生堵塞，开启上方热洗油喷淋装置即可清洗除沫器。

5）洗苯塔塔径较大，由进气管进入塔内的气体很容易出现偏流，造成下段填料的气体出现偏流，影响填料充分发挥作用。所以，在塔的下部设计了CJ—进气分布器，对气体进行均布。

3、运行效果

设备运行数据见下表：

表1 老系统洗苯塔改造后现场操作数据

塔前含苯g/m 塔后含苯g/m 煤气温度℃ 洗油上塔温度℃ 煤气量X10m/天 洗油循环量t/h 洗油夹带量mg/m＜ 34 33334.42 33.16 34.16 34.2 34.3 34.25 34.18 34.3 34.3 34.24 3.23 28 30 160 115 30 3.25 28 30 160 115 30 2.4 28 30 160 115 30 2.89 3.34 3.42 28 30 160 115 30 28 30 160 115 30 28 30 160 115 30 3.06 3.16 3.02 28 30 160 115 30 28 30 160 115 30 28 30 160 115 30 3.2 28 30 160 115 30 老系统洗苯塔改造前情况： 塔前煤气含苯：34 g/m

塔后含苯：2002年平均4 g/m ，2003年平均5 g/m ，改造前达到6 g/m。

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洗油循环量：130t/h 洗油夹带量：300mg/m

比较：以轻苯计，改造后比改造前每班从煤气中多回收轻苯1.6吨，每年多回收轻苯1620吨以上,以轻苯市场价3700元/吨计,每年多获利600万元。

说明：目前，该系统的脱苯塔仍为铸铁泡罩塔盘，且在超负荷下运行，贫油含苯较高，一般在0.6%左右。如对脱苯塔进一步改造，采用径向导喷塔盘，洗油贫度可以降到0.4%以下，则洗苯塔的苯回收率将进一步提高。该厂新系统洗、脱苯塔均采用了新技术，脱苯塔选用的径向导喷塔板，洗油贫度小于0.4%，洗苯塔出塔气含苯在2.2g/m以下。具体运行数据见表2：

表2 新系统洗苯塔现场操作数据

塔前含苯g/m 塔后含苯g/m 煤气温度℃ 洗油上塔温度℃ 煤气X10m/天 洗油循环量t/h 43333

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31.68 34.12 34.3 34.2 34.4 34.5 34.34 34.5 34.2 34.7 1.89 26 30 118 100 2.12 26 30 118 100 2.30 2.28 2.25 1.7 26 30 118 100 26 30 118 100 26 30 118 100 26 30 118 100 1.7 26 30 118 100 1.9 1.95 2.0 26 30 118 100 26 30 118 100 26 30 118 100 二、径向侧导喷射塔板(CJST)技术在脱苯塔中的应用

脱苯是利用脱苯塔将洗苯后富油中的粗苯组分分离出来。目前，我国大多数厂家的脱苯塔仍沿用五十年代的铸铁泡罩塔，这种塔板效率很低而且还要建造相应的混凝土框架平台，设备庞大。 存在的主要问题是蒸汽耗量高，贫油含苯高，粗苯收率低。径向侧导喷射塔板(CJST)技术在该塔的成功应用，不仅设备投资大大降低，而且提高了产品收率和产品质量，还降低了蒸汽消耗。

径向侧导喷射塔板CJST是我公司的专利技术，专利号：ZL 99 2 00122.6 ，它是在新型垂直筛板基础上新开发的一种高效塔板。特别适合于大塔径、液气比大的工况，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。

1、 径向侧导喷射塔板的结构、原理及技术特点 1．1结构

径向侧导喷射塔板的传质单元结构如图1所示，其主要特点是具有如图所示的垂直帽罩，帽罩周围侧壁开有筛孔，每个帽罩布置于塔板上开设的板孔上方，帽罩顶部的盖板称为分离板，它与侧壁顶部留有一定高度的缝隙，为了适应不同的工艺要求，帽罩有长方体形、梯形或带圆角的长方体形等多种形式和规格。每个帽罩筛孔数目和孔径大小及每层板帽罩的个数、类型可根据所处理物料的性状与负荷的大小，通过计算选用。

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图1径向侧导喷射塔板结构示意图

1．2气液接触传热、传质过程：

由下一层塔板上升的气体从板孔进入帽罩，由于气体通过板孔时被加速，能量转化，板孔附近的静压强降低，致使帽罩内外两侧产生压差，使板上液体由帽罩底部缝隙被压入帽罩内，并与上升的高速气流接触后，改变方向被提升拉成环状膜，向上运动。在此过程中,极不稳定的液膜被高速气流拉动撞击分离板后被破碎成直径不等的液滴,气液两相在帽罩内进行充分的接触、混合,然后经罩体筛孔垂直喷射,气液开始分离,气体上升进入上一层塔板,液滴落回原塔板液层中。 通过以上介绍，不难理解CJST具有如下一些特点：

（1）传质效率高、传质空间利用率高。每层板上均经历3个阶段的传质过程。据实验测试和工业应用比较，CJST的传质性能比目前公认的高效浮阀塔板高出10%以上。

（2）处理能力大。 CJST 塔板,由于帽罩的特殊结构,气体离开帽罩呈水平或向下方向喷出,这拉大了气液分离空间和时间,使气体雾沫夹带的可能性大为降低,这使塔板气体通道的板孔开孔率可大幅提高,一般可达20%～30%。而在开孔率相同时可允许操作气速比一般塔板高出1.5-2.0倍,仍能将气体雾沫夹带限定在允许范围以内。据实际测定，此塔的处理能力比浮阀、筛板等高50%以上。

（3）抗结垢、防堵塞性能好。由于塔板板孔较大且无活动部件,一般不易被较脏或粘性物料堵塞。另外,气液是在喷射状态下离开帽罩的,气速较高,对罩孔本身有较强的自冲洗能力。

（4）压力降低。CJST塔板气体并不穿过板上液层,只需克服被气体提升的那部分液体的重力,所以造成的压降要小,实验测定: CJST塔板压降Hw在低负荷时与F1型浮阀相当,高负荷时比F1浮阀低20%～30%,且负荷愈大,压降低的愈多。

（5）操作弹性大。正常操作范围内比浮阀塔还要大。

（6）板上液面梯度小，液面横向混合均匀，无流动及传质死区。 2、CJST在脱苯塔的应用效果及应用实例

CJST应用于脱苯塔始于2001年，至今己在国内很多焦化厂应用，焦炭生产能力从10-200

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万吨/年，部分用户的设备及生产能力见表3，从用户的使用情况看，采用CJST有如下优势：

1）提高粗苯产率。目前国内大多数焦化厂脱苯塔都是早期设计的铸铁材质的脱苯塔，塔板层数30层，塔板为条形或圆形泡罩，由于塔板结构复杂，易被堵塞致使塔板效率低，通量小，粗苯回收率低，每吨干煤粗苯回收率大多＜0.9%。例如，通化钢铁公司焦化厂回收车间老系统脱 苯塔在改造前每吨干煤粗苯回收率只有0.77%。2002年10月脱苯塔进行改造，采用我公司开发的径向侧导喷射塔板更换原脱苯塔30层铸铁条形泡罩塔板，经过一个多月的生产实践，各项生产数据说明无论是粗苯质量、粗苯回收率还是生产消耗均超过原生产指标。粗苯产量由原来的16t/d提高到20t/d，产量提高25%，粗苯对干煤产率由原来的0.77%提高到1.0%以上。

2）提高粗苯质量。山东海化集团振兴焦化厂新上φ1800/φ2000脱苯塔，塔内件选用我公司径向侧导喷射塔板，经过近半年的生产实践，各项生产指标均超过国标，受到厂方上下一致好评，粗苯质量提高较多，在塔顶温度95℃的条件下，粗苯≤180℃含量仍达到93%以上。

3）降低贫油含苯量。脱苯塔贫油含苯量高低与塔的汽提段分割效率、富油进塔温度、洗油再生效果等因素有关。采用径向侧导喷射塔板技术，塔底贫油含苯量大大降低，即富油中粗苯蒸脱率提高，这是CJST塔板使液体高度分散的效果。如凌源钢铁公司第一焦化厂新上的φ1600脱苯塔，从04年3月份投产以来，塔底贫油含苯一直维持在0.18%左右。潍坊振兴焦化厂脱苯塔贫油含苯大多维持在0.3%-0.4%，唐钢焦化厂脱苯塔贫油含苯在0.25%-0.4%范围内。

4）节省蒸汽耗量。水蒸汽是二次能源，减少塔底吹汽量意味着降低生产能耗、减少污水处理量和加工损耗。但目前国内许多厂，由于塔板效率低，贫油含苯量高。为降低塔底贫油含苯量，塔底吹汽量一般较高。采用我公司新技术所设计和改造的脱苯塔蒸汽量明显降低，如唐钢焦化厂以轻苯计，每吨轻苯消耗蒸汽量为1.23吨。通钢焦化厂脱苯塔开车正值冬季，己进入用汽高峰，总蒸汽压力只有0.12Mpa，而进入再生器的蒸汽压力仅为0.03Mpa，脱苯塔仍能维持正常生产，工人们反映用汽量比以前大大降低，而合格的粗苯产量确比以前提高了，有的班产量达到7吨。在内蒙乌海海多焦化厂、潍坊振兴焦化厂都反映用汽量比以前少多了。

5）节省设备投资。脱苯塔采用高效CJST塔板技术，塔体及内件材质均采用不锈钢，塔体重量与老式铸铁塔相比大大减轻，同时节省了混凝土框架，降低了设备投资；对于有粗苯精制工段的焦化厂，脱苯塔采用高效CJST塔板技术，塔板层数由30层增加到45层，只需单塔即可直接产出轻苯，侧线采出重苯及萘油，这样使厂家节省了一个两苯塔的投资。在塔板的设计过程中，应用在化工分离过程中享有盛誉的ASPEN PLUS 和PROⅡ5.6 软件，通过严密的优化计算，选出最佳的进料及侧线取出位置，在保证产品质量的前提下，最大限度的降低贫油含苯量和蒸汽耗量。

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三、CJST技术在粗苯精制工段纯苯塔中的应用

粗苯精制工段是以回收的粗苯为原料，工艺流程分为初馏、两苯、洗涤、吹苯、纯苯、精制等系统。本文将以山西焦化股份有限公司纯苯塔改造情况为例，详细介绍CJST技术的应用情况。其它部分厂家的改造情况见表3。

山西焦化股份有限公司纯苯塔扩容改造时，应用我公司的CJST塔板技术取得了满意的效果，并通过能力测试，证明了CJST技术优于传统的浮阀塔板，具有推广价值。

山焦原设计为配套60万吨/年焦炭，处理粗苯能力1万吨/年的定型装置，自投产以来，加工能力一直维持在7000吨/年左右。2001年4月，90万吨/年焦炉易地改造工程全面投产，全公司粗苯产量达到2万吨/年，现有设备不能满足需要，须对系统进行扩容改造。改造的原则是流程不变。主体设备不增加，只须对塔设备内件及附属设备进行部分改造或更换，最低应满足1.5万吨/年的生产能力。原浮阀塔塔径φ800，塔板层数为35层。通过对原浮阀塔盘进行工艺计算，浮阀个数、降液管、受液盘均不能满足要求。2002年10月份，我公司利用CJST塔板技术对纯苯塔进行改造，塔径和塔板层数不变，只将内件更换为CJST塔板， 11月4日开车一次成功。生产稳定后，为证明CJST塔板技术的操作弹性及负荷能力能否达到要求，分两步对塔能力进行测试，并与改造前进行比较。

第一步：低负荷下性能测试。将纯苯塔原料负荷量降为1.1m/h（原塔最低负荷降为1.1m/h），主要测试低负荷的稳定性及操作参数，时间为24小时。其结果见表4。

表4低负荷操作参数及稳定性对比

原料负荷项目 /m.h-1 改造前 改造后 333

回流量/ m.h-1 3回流比 塔底温度/℃ 第五层塔盘温度/℃ 纯苯结点 /℃ 纯苯残油初馏点/℃ 塔底气相压力/MPa 0.03 0.03 1.1 1.1 2.6 2.4 3.2 3.0 126 124 95 105 5.02-5.1 5.08 113-114 115-116 说明：（1）改造后将第五层塔盘温度测温点选在液相，故温度较高；（2）低负荷下改造前后板效率均低，故回流比超过设计值；（3）改造后纯苯残油质量明显提高，初馏点提高2℃，说明板效率及分离效果优于浮阀；（4）纯苯质量改造后相对稳定，证明该塔在低负荷下仍有较强的稳定性，弹性系数高。

结论：改造后该塔操作稳定，各项指标无波动，纯苯残油初馏点提高2℃。证明在低负荷下仍能安全运行。

第二步：负荷上限测定。目的是测定改造纯苯塔生产能力能否达到改造要求，将原料负荷提

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到2.4m/h，测试时间为24小时，测试结果与改造前对比见表5。

表5负荷上限操作参数及稳定性对比

塔底气原料负荷项目 /m.h-1 33

第五层纯苯结晶纯苯残油初馏点/℃ 塔底温塔盘温点/℃ 度/℃ 度/℃ 轻苯产量 t/d 回流量/ 回流比 m.h-1 MPa 3相压力/ 改造1.5 前 改造2.8-3.0 2.4-2.5 0.04 100 5.02-5.1 111-114 128-130 26 2.4 后 3.2 1.6 0.05 108 5.18 114.1 128 44．3 说明：（1）改造后回流比下降，说明CJST在高负荷下分离效果比浮阀好；（2）改造后的纯苯塔各项指标稳定，产品质量提高，操作弹性好；（3）产量提高70%，可配套加工粗苯2万吨/年以上；（4）从塔体视镜观察，在很高的气相负荷下气液喷射均匀有力，液滴分布均匀，雾沫夹带很小。

结论：通过对山西焦化纯苯塔能力的综合测试，证明CJST技术性能优于浮阀塔板。对新设计塔，可相对降低塔径和塔高。 结语

通过唐钢焦化厂、通钢焦化厂、山西焦化厂等企业部分装置的应用实例，证明了新技术在焦化化产回收及精制工段的应用，取得了非常显著的效果：提高了产品收率、减少了设备投资和能耗、降低了生产成本，为企业带来了巨大的经济效益。

参考文献：

[1]郭树才.煤化工工艺学.化学工业出版社

[2]王兆熊，高晋生.焦化产品的精制和利用.化学工业出版社

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/u38r.html