夏 欣 黃永軍 竇 巖

(1.天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院有限公司；2.新疆中泰昆玉新材料有限公司)

干餾煤焦油尾氣洗滌分離塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

夏 欣**1黃永軍2竇 巖1

(1.天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院有限公司；2.新疆中泰昆玉新材料有限公司)

介紹了干餾煤焦油尾氣洗滌分離塔的原理和結(jié)構(gòu)，分析了新設(shè)計(jì)洗滌塔的優(yōu)點(diǎn)。

洗滌分離塔 煤焦油 閃蒸分離

煤焦油是中低溫煤干餾的主要產(chǎn)物之一，其產(chǎn)率直接影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。為了提高尾氣中焦油的回收率，需要優(yōu)化煤熱解尾氣的洗滌分離過程。在黑龍江省依蘭地區(qū)建成的10t/h內(nèi)熱回轉(zhuǎn)式中低溫干餾項(xiàng)目中的尾氣洗滌分離裝置是由天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院有限公司設(shè)計(jì)制造的，該洗滌分離塔采用填料塔，是整套干餾尾氣分離裝置中最核心的設(shè)備，它是集除塵、冷卻、冷凝、吸收和真空閃蒸于一體的新型尾氣分離塔，克服了傳統(tǒng)填料塔冷卻堵塞、固液分離復(fù)雜及返混等常見問題[1]。能夠高效洗滌尾氣并分離出煤焦油，開拓出了良好的市場前景，筆者對此裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹。

1 洗滌分離塔的原理

項(xiàng)目所用洗滌塔結(jié)構(gòu)如圖1所示，根據(jù)工藝將其劃分為Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)：Ⅰ區(qū)是洗滌、冷卻、冷凝、吸收區(qū)；Ⅱ區(qū)是負(fù)壓閃蒸區(qū)。

85～150℃的熱解尾氣先經(jīng)過文丘里洗滌器洗滌后在引風(fēng)機(jī)的作用下，自下而上由分離塔Ⅰ區(qū)的分配器進(jìn)入到噴淋段，再由循環(huán)冷卻液噴淋、洗滌、降溫后進(jìn)入到填料單元。同時(shí)，Ⅱ區(qū)閃蒸降溫后的循環(huán)冷卻液由液體分配器均勻噴灑到填料段，在填料段內(nèi)氣液兩相進(jìn)行逆流接觸式熱量和質(zhì)量交換，熱解尾氣溫度被降至20～70℃后經(jīng)過氣體除霧器除霧后由尾氣排出口排出，完成干餾爐尾氣的洗滌、吸收和降溫過程。

熱解尾氣在填料段內(nèi)被循環(huán)冷卻液冷卻、冷凝和洗滌的同時(shí)循環(huán)冷卻液又被熱解尾氣加熱，循環(huán)冷卻液離開填料段后經(jīng)過擋水器分配到水槽，從而到達(dá)塔底儲(chǔ)液段，通過塔底溢流機(jī)構(gòu)或設(shè)置在塔外的塔底循環(huán)冷卻液泵排放少量循環(huán)冷卻液(目的是排出洗滌回收的固體粉塵)成為定排液，剩余的循環(huán)冷卻液(溫度為40～100℃)在塔底儲(chǔ)液段由循環(huán)液泵送入Ⅱ區(qū)的閃蒸液分配器進(jìn)行負(fù)壓閃蒸降溫和蒸發(fā)。溫度為40～100℃循環(huán)冷卻液在2.5～32.0kPa的負(fù)壓環(huán)境下閃蒸，溫度降至20～70℃，降溫后的閃蒸循環(huán)液從排放口通過Ⅱ區(qū)與Ⅰ區(qū)之間的液封機(jī)構(gòu)到達(dá)Ⅰ區(qū)的液體分配器后開始洗滌、冷卻、冷凝和吸收循環(huán)。

圖1 洗滌分離塔結(jié)構(gòu)示意圖

負(fù)壓閃蒸蒸發(fā)的30～70℃水蒸氣和焦油經(jīng)過閃蒸蒸汽除霧器除霧，通過閃蒸蒸汽排出口離開洗滌塔進(jìn)入設(shè)置在塔外的冷凝器冷卻凝結(jié)成回收液，進(jìn)入焦油儲(chǔ)罐進(jìn)行沉降分離，工藝流程示意圖如圖2所示。

圖2 尾氣洗滌分離工藝流程示意圖

這種工藝方案的優(yōu)點(diǎn)是：

a. Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)進(jìn)行熱量和質(zhì)量交換、傳遞和循環(huán)，達(dá)到熱解尾氣中的煤氣、焦油、水蒸氣在洗滌塔中潔凈分離的目的；

b. 通過本塔負(fù)壓閃蒸得到的潔凈焦油蒸汽可以通過設(shè)置在塔外的冷凝器冷凝，再到焦油儲(chǔ)罐時(shí)為潔凈焦油和水，克服了常規(guī)洗滌冷卻塔回收液含有雜質(zhì)的缺點(diǎn);

c. 利用負(fù)壓閃蒸技術(shù)閃蒸產(chǎn)生的潔凈焦油蒸汽不會(huì)堵塞冷凝器，冷凝器冷卻換熱效率高、操作彈性大;

d. 利用干餾尾氣自身攜帶的熱量進(jìn)行閃蒸，不需要補(bǔ)充熱量就可獲得潔凈的閃蒸焦油蒸汽，實(shí)現(xiàn)了自身循環(huán)真空閃蒸，減少了能耗。

2 洗滌分離塔的結(jié)構(gòu)分析

為了實(shí)現(xiàn)洗滌塔的吸收、閃蒸及分離等工藝要求，對洗滌塔中主要結(jié)構(gòu)填料、液體分布器和進(jìn)氣分布器進(jìn)行分析，以保證洗滌塔的高效運(yùn)行[2]。洗滌塔的基本參數(shù)為：

設(shè)計(jì)壓力 0.1MPa

設(shè)計(jì)溫度 150℃

（2）VOCS（Values in Oranizational Culture Scale）量表（鄭伯壎，1990）。他認(rèn)為企業(yè)文化是一種潛移默化影響員工行為的規(guī)范型信念。在VOCS量表中，一共有九個(gè)維度：科學(xué)求真、顧客取向、卓越創(chuàng)新、甘苦與共、團(tuán)隊(duì)精神、正直誠信、表現(xiàn)績效、社會(huì)責(zé)任和敦親睦鄰。

工作介質(zhì) 水、煤粉、焦油

設(shè)備內(nèi)徑 3 000mm

干餾尾氣在洗滌塔中的吸收和分離主要是分散在填料表面進(jìn)行的，故分離效率的高低主要取決于填料的結(jié)構(gòu)和性能。理想的規(guī)整填料應(yīng)具備比表面積盡可能大，填料表面均勻濕潤，液膜不斷更新，氣液分布良好，阻力壓降小，通量大，適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)[3]。

根據(jù)梯級法計(jì)算填料的高度時(shí)是使用傳質(zhì)高度(HTU)來計(jì)算的，意義與理論高度相近。氣、液相傳質(zhì)總單元高度計(jì)算通式為：

式中a——填料比表面積，m2/m3；

G——?dú)怏w通過塔截面時(shí)的流率，kmol/(m2·s)；

Kx——以摩爾分率差為推動(dòng)力的液相總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(m2·s)；

Ky——以摩爾分率差為推動(dòng)力的氣相總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(m2·s)；

L——液體通過塔截面時(shí)的流率，kmol/(m2·s)。

根據(jù)填料的比表面積、表面利用率和單組分的對流傳質(zhì)速率，選擇雙向金屬折峰式ZUPAC系列規(guī)整波紋填料。兩端填料高度都為5m，由于波紋填料的棱線上按一定間距沖有反向波紋，形成方向相反、大小不同的雙向波紋，不但使開孔率加大，氣流通道增大，通量提高，壓降降低，也使比表面積提高，氣液流路優(yōu)化，傳質(zhì)效率提高。

本洗滌塔設(shè)計(jì)中，液體回流和進(jìn)料在塔截面上的均勻分布是有效傳質(zhì)的基本條件，因此性能良好的液體分布器應(yīng)具備的條件為：液體分布均勻程度高；氣液逆流在塔內(nèi)部產(chǎn)生二次夾帶；不容易產(chǎn)生結(jié)垢、堵塞、發(fā)泡；液體不產(chǎn)生閃蒸和汽化[4]。

為提高液體分布均勻和抗堵塞的性能，筆者采用新型三級導(dǎo)板連通槽式液體分布器。設(shè)計(jì)全連通式一級槽和導(dǎo)流板，采用加設(shè)特殊支撐分布槽結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)研究表明加設(shè)導(dǎo)流板的槽式液體分布器可以保證在液位只有20mm高時(shí)，單孔液體能被均勻分布為150mm寬的一條線，真正實(shí)現(xiàn)點(diǎn)分布變?yōu)榫€分布[5]。既保證了洗滌塔對分布器的液體多點(diǎn)分布均勻的要求，也有效地增加了抗堵塞能力，并充分利用了有限的空間高度。

干餾尾氣進(jìn)入洗滌塔時(shí)，如果初始分布不好將造成氣體的偏流，從而直接影響到填料內(nèi)的氣液傳質(zhì)效率。本項(xiàng)目采用的雙列葉片式進(jìn)氣分布器有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

a. 氣液混合狀態(tài)的物料經(jīng)過均勻排布的多個(gè)導(dǎo)流葉片被導(dǎo)向分布器兩側(cè)和下方，氣體動(dòng)能降低后均勻向上返回至分布器上方的填料層，氣體分布效果較為理想；

b. 液相與氣相得到充分分離，減少了氣相被夾帶進(jìn)入液相，即減少了下層液體發(fā)泡的機(jī)會(huì)；

c. 氣體達(dá)到均勻分布的空間高度大大降低。

3 結(jié)束語

大型填料洗滌塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)是如何解決放大的問題，同時(shí)需要考慮設(shè)備安裝的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。在滿足工藝的前提下要正確選擇設(shè)備材料和結(jié)構(gòu)。這種洗滌分離塔結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)是通過兩段水洗可將入塔氣相溫度降至45℃以下，大量回收水資源，塔頂僅損失氣相中的飽和水及少量夾帶水滴，并可以保證塔底出水溫度不小于80℃，為熱量再利用創(chuàng)造條件。

[1] 廖傳華，柴本銀，黃振仁.分離過程與設(shè)備[M].北京：中國石化出版社，2008.

[2] 吳琳，劉吉祥.洗滌塔的設(shè)計(jì)[J].化工設(shè)備與管道，2009,46(6)：29～30.

[3] 李群生，馬文濤，張澤廷.塔填料的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].化工進(jìn)展，2005,24(6)：619～624.

[4] 徐世民，張艷華，任艷軍.塔填料及液體分布器[J].化學(xué)工業(yè)與工程，2006,23(1)：77～79.

[5] 趙汝文.填料塔氣液分布器優(yōu)化設(shè)計(jì)規(guī)律[J].化學(xué)工程，2006,34(7)：76～78.

StructureDesignforTail-gasWashingandSeparationTowerinDestructiveDistillationofCoalTar

XIA Xin1,HUANG Yong-jun2,DOU Yan1

(1.TianhuaChemicalMachineryandAutomationInstituteCo.,Ltd.,Lanzhou730060,China;2.XinjiangZhongtaiGroupKunyuNewMaterialsCo.,Ltd.,Urumqi830000,China)

Through introducing both principle and structure of the washing and separation tower, the newly-designed washing tower’s advantages were analyzed, including its main structure inside.

washing seperation tower,coal tar,separation through flash distillation

**夏 欣，男，1989年12月生，碩士研究生。甘肅省蘭州市，730060。

TQ053.5

A

0254-6094(2015)02-0215-03

2014-09-23)