劉海彬 祝 秀 戴伯超

天津市創(chuàng)舉科技股份有限公司

New-vstPlus塔板在MAL脫水塔技術(shù)改造中的應(yīng)用

劉海彬 祝 秀 戴伯超

天津市創(chuàng)舉科技股份有限公司

New-vst Plus塔板成功應(yīng)用在甲基丙烯酸甲酯(MMA)行業(yè)的甲基丙烯醛(MAL)脫水塔技術(shù)改造中，在塔體利舊的情況下，僅以New-vst Plus塔板替換原填料，便成功解決了該塔長期存在的堵塔問題。改造后，各項(xiàng)指標(biāo)運(yùn)行正常，塔底水質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.02%，全塔阻力降維持在10 kPa以內(nèi)。該技術(shù)改造不僅為廠家?guī)砹私?jīng)濟(jì)效益，還為其他處理易聚物系的塔內(nèi)件改造開辟了新途徑，具有廣闊的應(yīng)用前景。

New-vst Plus塔板 MAL脫水塔 技術(shù)改造 應(yīng)用前景

甲基丙烯酸甲酯(簡稱MMA)是一種重要的有機(jī)化工原料，主要用來生產(chǎn)有機(jī)玻璃，也用來制造其他樹脂、塑料、涂料、黏合劑、潤滑劑、木材和軟木的浸潤劑、電機(jī)線圈的浸透劑、紙張上光劑、印染助劑和絕緣灌注材料等。近幾年MMA市場擴(kuò)張迅猛，2012年全球MMA產(chǎn)能達(dá)到397.5 ×104t/a，中國產(chǎn)能達(dá)到56.8 ×104t/a[1]。特別是近年來MMA在光學(xué)級有機(jī)玻璃、光導(dǎo)纖維等高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，市場前景十分廣泛。

MMA的生產(chǎn)方法除傳統(tǒng)的丙酮氰醇法(ACH法)之外主要有乙烯法、改進(jìn)的ACH法、甲基丙烯腈法、異丁烯直接氧化法等[2]。本次改造項(xiàng)目采用的是異丁烯直接氧化法，MAL脫水塔屬于甲基丙烯酸氧化單元。

1 MMA生產(chǎn)工藝流程

異丁烯直接氧化法生產(chǎn)MMA工藝是將C4餾分中異丁烯用空氣在鉬催化劑下兩步氧化，即先將異丁烯在催化劑作用下氧化生成甲基丙烯醛(MAL)，然后甲基丙烯醛在催化劑作用下氧化生成甲基丙烯酸(MAA)，最后甲基丙烯酸在催化劑存在下酯化生成甲基丙烯酸甲酯[3-8]。主要化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

(Ⅰ. 一步氧化)

(Ⅱ.二步氧化)

(Ⅲ.酯化反應(yīng))

其中，甲基丙烯酸氧化單元工藝流程如圖1所示。

空氣及來自催化焚燒單元的循環(huán)尾氣經(jīng)壓縮機(jī)1(K-2101)、壓縮機(jī)2(K-2102)加壓按異丁烯流量的一定比例先后進(jìn)入第一氧化反應(yīng)器(R-2101)和第二氧化反應(yīng)器(R-2102)，通過催化劑床層發(fā)生催化氧化反應(yīng)。從第二氧化反應(yīng)器出來的氣體先經(jīng)冷卻后進(jìn)入急冷塔(C-2110)，氣體在塔中被塔釜循環(huán)液噴淋冷卻，急冷塔塔釜主要為MAA水溶液(同時(shí)也含有少量的MAL)被送入MAL汽提塔(C-2150)頂部。經(jīng)汽提后的MAL從MAL汽提塔塔頂蒸出，經(jīng)冷凝器冷凝后進(jìn)入塔頂液收集罐，MAL汽提塔塔釜液為MAA水溶液，經(jīng)換熱器冷卻后，送入MAA水溶液儲罐。

急冷塔塔頂出來的氣體進(jìn)入MAL吸收塔(C-2130)塔底，MAL吸收塔塔頂排出的廢氣先經(jīng)過催化焚燒后，一部分循環(huán)尾氣作為惰性氣體經(jīng)尾氣循環(huán)壓縮機(jī)返回氧化反應(yīng)器入口，另一部分進(jìn)入催化焚燒單元焚燒處理。MAL吸收塔塔釜液由泵送至MAL脫水塔(C-2140)，經(jīng)精餾后，MAL與水的共沸物從塔頂蒸出，經(jīng)冷凝器冷凝后進(jìn)入塔頂液收集罐(C-2102)并分層，油相送至MAL收集罐，水相送至急冷塔，塔釜液相返回MAL吸收塔循環(huán)使用。

2 MAL脫水塔內(nèi)件的技術(shù)改造情況

2.1MAL脫水塔內(nèi)件現(xiàn)狀

由于MAL具有共軛雙鍵，該雙鍵較活潑，導(dǎo)致MAL存在自聚情況，即使加入穩(wěn)定劑也不能完全抑制其自聚反應(yīng)。加之異丁烯催化氧化反應(yīng)除生成MAA外還生成高沸點(diǎn)的物質(zhì)(目前尚不明確)，這兩種物質(zhì)一旦聚集極易堵塞內(nèi)件，比較難處理，且MAL脫水塔精餾指標(biāo)要求較高，需控制塔釜水質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.02%以下，所以MAL脫水塔對內(nèi)部傳質(zhì)元件的要求高。實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用證明，該精餾塔采用填料傳質(zhì)，時(shí)間一長就會(huì)發(fā)生堵塔現(xiàn)象，不能長期正常運(yùn)行。所以，要想從根本上解決堵塔問題，就必須選用合適的塔板。

穿流篩板無降液管的塔板上全部為開孔區(qū)，氣液同時(shí)從孔中逆流穿越通過，該塔板結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)能力大，壓降小，不易堵阻及沉淀。除可用于一般的蒸餾及吸收外，還用于除塵、中和、洗滌、氣液相直接傳質(zhì)等場合。該塔板一直被認(rèn)為是處理易聚物系的一種較理想的塔板。但因穿流篩板傳質(zhì)效率低，對于像MAL脫水塔指標(biāo)要求較高的精餾塔不太適用。

浮閥塔板是一種應(yīng)用較廣泛的塔板，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是有降液系統(tǒng)，塔板上開有若干個(gè)閥孔，每個(gè)閥孔裝有一個(gè)可上下浮動(dòng)的閥片，氣相通過閥孔與塔板上液層鼓泡傳質(zhì)。浮閥塔板優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，生產(chǎn)能力大，操作彈性大，塔板效率較高；其缺點(diǎn)是處理易結(jié)焦、易聚合、高黏度的物料時(shí)，閥片易與塔板粘結(jié)，在操作過程中有時(shí)會(huì)發(fā)生閥片脫落或卡死等現(xiàn)象，使塔板效率和操作彈性下降。近年來，雖然浮閥塔板有各種改進(jìn)型式，但它們的傳質(zhì)機(jī)理并沒有變，在處理易結(jié)焦、易聚合、高黏度的物料時(shí)不能解決塔板堵塞的問題。

New-vst Plus塔板是一種新型高效空間立體傳質(zhì)塔板，具有通量大、效率高、壓降低、抗堵性能強(qiáng)、消泡性能好等優(yōu)點(diǎn)。由于New-vst Plus塔板板孔較大且無活動(dòng)部件，一般不易被較臟的或黏性物料堵塞。另外，氣液是在噴射狀態(tài)下離開帽罩的，氣速較高，對罩孔本身有較強(qiáng)的自沖洗能力，物流中含有的顆粒、聚合物、污垢等雜質(zhì)難以在罩孔聚集并堵塞罩孔。故New-vst Plus塔板比較適合解決上述MAL脫水塔存在的內(nèi)件堵塞的問題。

2.2改造案例

山東某公司10×104t/a MMA項(xiàng)目甲基丙烯酸氧化單元MAL脫水塔塔徑DN 900，設(shè)計(jì)采用350Y填料傳質(zhì)單元，2015年初開車時(shí)各項(xiàng)指標(biāo)運(yùn)行正常，塔底水質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.02%，壓降低于5 kPa。但運(yùn)行兩個(gè)月后，指標(biāo)開始波動(dòng)，塔底水質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.1%，壓降達(dá)到15～20 kPa。經(jīng)檢修后發(fā)現(xiàn)，填料堵塞嚴(yán)重，廠家不得不停車清洗或更換填料。以后幾乎每兩個(gè)月都要重復(fù)該項(xiàng)工作，既耽誤生產(chǎn)進(jìn)度，又增加了生產(chǎn)成本。

在原塔體利舊的情況下，采用New-vst Plus塔板替換原填料，便成功解決了以上問題。為了更好地解決該物系自聚的問題，改造中對塔盤結(jié)構(gòu)也進(jìn)行了一些優(yōu)化：①為了減少M(fèi)AL在傳質(zhì)區(qū)自聚的機(jī)會(huì)，改造中將堰長加大，減少塔盤面積，控制液相在塔盤上的停留時(shí)間，從而減少M(fèi)AL自聚的發(fā)生；②由于精餾段液相流量太小，僅為0.92 m3/h，降液系統(tǒng)的停留時(shí)間長，改造中將精餾段降液系統(tǒng)改為降液管式，大大減少了降液面積，減少了降液系統(tǒng)體積，縮短了停留時(shí)間，從而減少M(fèi)AL自聚的機(jī)會(huì)；③為了減少全塔阻力降，改造中控制堰高，減少板上液層高度，降低濕板壓降，同時(shí)也能減少物料在塔盤上的停留時(shí)間?？傊?，減少物料在傳質(zhì)區(qū)及降液區(qū)的停留時(shí)間從而減少M(fèi)AL自聚的發(fā)生也是本次改造成功的原因之一。

2.3改造效果

該技術(shù)改造在2016年初完成并順利實(shí)現(xiàn)投產(chǎn)，改造后的運(yùn)行效果良好。在滿足分離指標(biāo)(塔底水質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.02%)的前提下，沒有出現(xiàn)內(nèi)件堵塞情況，改造前后運(yùn)行指標(biāo)對比情況見表1。

表1 改造前后運(yùn)行指標(biāo)對比Table1 Operationindexcomparisonbeforeandaftertechnicaltransformation對比項(xiàng)目改造前改造后塔徑/mmDN900DN900內(nèi)件型式350Y填料New?vstPlus塔板填料高度/m由上往下：5+5+4-塔板層數(shù)-26板間距/mm-600塔底水質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%正常時(shí)：≤0．02運(yùn)行兩月后：≥0．1≤0．02全塔阻力降/kPa正常時(shí)：≤5運(yùn)行兩月后：15～20≤10

由表1可以看出：New-vst Plus塔板以其優(yōu)良的性能和對其塔盤結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，已成功應(yīng)用在MMA行業(yè)的MAL脫水塔技術(shù)改造中，在塔體利舊的情況下，僅以New-vst Plus塔板替換原填料，便成功解決了該塔長期存在的堵塔問題；改造后，各項(xiàng)指標(biāo)運(yùn)行正常，塔底水質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.02%，整塔阻力降維持在10 kPa以內(nèi)。到目前為止，該塔運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定，不需要檢修，給廠家?guī)砹酥苯咏?jīng)濟(jì)效益。

3 New-vst Plus塔板的技術(shù)特點(diǎn)

3.1New-vstPlus塔板的傳質(zhì)過程

在塔板至罩頂?shù)牧Ⅲw空間中，液相被進(jìn)入板孔的氣相經(jīng)過拉膜提升→破碎→撞擊折返→噴射→互噴→分離6個(gè)步驟完成傳質(zhì)。具體傳質(zhì)過程為：①液體進(jìn)入罩內(nèi)被氣體向上拉膜提升；②氣體將液體破碎成液滴；③氣體和液滴上升碰撞分離板并折返，與上升的氣液激烈碰撞；④氣體和液滴從罩體的側(cè)面噴射板向斜上方噴出；⑤在罩間，噴出罩體的氣體和液滴對噴、相互碰撞；⑥噴出罩體的氣體和液滴，在密度差的作用下液滴回落至板面經(jīng)溢流堰流向下層塔板，氣體上升至上層塔板。

3.2New-vstPlus塔板的技術(shù)特點(diǎn)

3.2.1處理能力大

對于噴射型塔板，由于上升的氣液被分離板阻擋，形成的是水平噴射，氣液能夠有效分離，所以大幅度減小了霧沫夾帶，提高了操作上限，增大了氣相通過能力。此外，由于氣體攜帶液體并流入帽罩，而不是像浮閥等塔板氣體穿過板上液層，因而使塔板上流動(dòng)的液體基本上為不含氣體的清液，故降液管液泛的可能性大大降低，即液相通過能力大。

3.2.2傳質(zhì)效率高

由于New-vst Plus塔板空間利用率高達(dá)50%以上，氣液在罩內(nèi)和罩間接觸非常充分：一方面氣體把液體分散成小液滴，大幅度提高了氣液兩相接觸面積，另一方面激烈的噴射工況使液滴的表面不斷更新，以維持高的傳質(zhì)傳熱推動(dòng)力。因此，New-vst Plus塔板具有很高的傳質(zhì)效率。與F1浮閥相比，塔板效率在低氣相負(fù)荷時(shí)高出10%，在高氣相負(fù)荷時(shí)高出40%。工業(yè)應(yīng)用證明，New-vst Plus塔板的全塔效率比F1浮閥提高10%以上。

3.2.3抗堵塞能力強(qiáng)

由于塔板板孔較大且無活動(dòng)部件，一般不易被較臟或黏性物料堵塞。另外，氣液是在噴射狀態(tài)下離開帽罩的，氣速較高，對罩孔本身有較強(qiáng)的自沖洗能力。物流中含有的顆粒、聚合物、污垢等雜質(zhì)難以在罩孔聚集并堵塞罩孔，故可延長檢修周期。

3.2.4壓力降低

氣體通過New-vst Plus塔板時(shí)并不穿過板上液層，而只需克服被氣體提升的那部分液體的重力，所以形成的壓降要小。New-vst Plus塔板壓降在低負(fù)荷時(shí)與F1型浮閥相當(dāng)，高負(fù)荷時(shí)比F1浮閥低20%～30%，且負(fù)荷愈大，壓降愈低。

3.2.5操作彈性好

New-vst Plus塔板操作下限與浮閥、篩板塔一樣，為漏液控制，但是由于New-vst Plus塔板分離板的作用，使霧沫夾帶量很少，大大低于浮閥，雖然F1浮閥有適應(yīng)負(fù)荷變化的活動(dòng)閥片，但New-vst Plus操作彈性仍稍高于F1浮閥。

3.2.6具有消泡作用

由于New-vst Plus是噴射型操作塔板，氣體介質(zhì)直接進(jìn)入帽罩內(nèi)，而不需穿過板上液層，因?yàn)闊o發(fā)泡機(jī)制，所以塔板上液體為清液；另外，高速噴射的液滴回落到塔板時(shí)又具有破沫作用，所以New-vst Plus塔板能夠處理常規(guī)塔板難以處理的易發(fā)泡物系。

4 結(jié) 語

綜上所述，New-vst Plus塔板具有的噴射型氣液傳質(zhì)特性，從根本上解決了廠家長期困擾的堵塔問題。不僅為企業(yè)帶來了經(jīng)濟(jì)效益，還為其他領(lǐng)域處理易聚物系的類似塔器改造開辟了新途徑，具有廣闊的應(yīng)用前景。

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ApplicationofNew-vstPlustraysintechnicaltransformationofMALdewateringcolumn

LiuHaibin,ZhuXiu,DaiBochao

TianjinChuangjuScience&TechnologyCo.,Ltd.,Tianjin,China

New-vst Plus trays have been successfully used in the technical transformation of MAL dewatering column in the MMA industry. In the case of the original column shell, only using New-vst Plus trays to replace the original packing, the long-standing problem of blocking in the column has been successfully solved. After transformation, the operating indicators are normal, the water content of the column bottom is less than 0.02 wt%, the whole column pressure drop is maintained within 10 kPa. The technical transformation not only brings economic benefits for manufacturers, but also provides a new way to other process of internal transformation in easy polymerizing system. It has a broad application prospect.

New-vst Plus trays， MAL dewatering column, technical transformation, application prospect

TQ325.7

A

10.3969/j.issn.1007-3426.2017.05.010

2017-01-06；編輯康莉

劉海彬(1983-)，女，工程師，2010年畢業(yè)于河北工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院化學(xué)工藝專業(yè)，工學(xué)碩士，現(xiàn)就職于天津市創(chuàng)舉科技有限公司，主要從事化工塔器和塔內(nèi)件的研究設(shè)計(jì)及化工工藝設(shè)計(jì)工作，發(fā)表論文4篇。E-mail1055726868@qq.com