應用背景

焦油是一種非常復雜的混合物，其有機化合物組分估計有上萬種之多，但大多數組分含量很少或極微，已被鑒定的約有500種，其中含萘量在10％左右。將焦油中的萘提取出來得到產品工業萘一般采用精餾方法，隨著焦油加工的集中化和大型化趨向，工業萘加工工藝也相應采用大型化和連續精餾工藝流程，我國大多采用雙爐雙塔式工業萘連續精餾工藝。工業萘具有較高的市場價值，工業萘收率是衡量一個焦油加工企業技術水平、管理水平和創效能力的重要指標。

雙爐雙塔式工業萘連續精餾工藝的流程

原料（已洗萘洗混合分）于原料槽中加熱到85-90℃，靜止脫水后由原料泵送至熱交換器，與工業萘蒸汽換熱到200℃左右進入初餾塔。由初餾塔頂采出酚油，塔頂蒸汽溫度控制在190-200℃。酚油蒸汽經過冷凝冷卻器冷卻和油水分離器分出油和水后，分離水排入酚水處理系統，酚油進入回流槽，大部分酚油作初餾塔回流，回流比為20-30（對酚油產品），少量從回流槽滿流入酚油成品槽。初餾塔底已脫除酚油的萘洗油用熱油泵送往初餾管式爐加熱至270-275℃，再返回初餾塔底，以油循環方式供給初餾塔熱量。在初餾塔熱油循環過程中，從熱油泵出口管中分出一部分萘洗油打入精餾塔。

在初餾塔熱油循環過程中，從熱油泵出口管中分出一部分萘洗油打入精餾塔。從塔頂采出含萘大于95%的工業萘，塔頂蒸汽溫度控制在218℃左右。工業萘蒸汽在熱交換器中與原料換熱后，進入汽化冷凝冷卻器，工業萘初冷卻到95-105℃后流入工業萘回流槽。一部分工業萘進入精餾塔回流，回流比約為2-3（對工業萘產品量）；另一部分經轉鼓結晶機冷卻結晶后得到工業萘片狀結晶，包裝后作為成品外運。精餾塔底由熱油泵將殘油送至精餾管式爐加熱至290℃左右后打回精餾塔，同樣以熱循環方式供給精餾塔熱量。從塔底或熱油泵出口管分出一部分殘油作為低萘洗油，經冷卻后進入低萘洗油槽，再用泵轉送到油庫。

工業萘精餾塔的技術改造情況

改造前工業萘精餾塔的情況及存在的問題

考伯斯（中國）炭素化工有限公司（KCCC）是考伯斯公司和唐山鋼鐵集團有限責任公司(TISCO)共同組建的合資企業，目前是全球較大的煤焦油加工產品的供應商。其工業萘生產采用雙爐雙塔常壓精餾工藝，后來廠家將精餾塔的進料量增加到3.8t/h，相當于焦油處理能力提高至15萬噸/年，隨即出現了一些問題：精餾塔底洗油含萘量達到14-15%嚴重超標，工業萘產品的產量和質量下降，能量消耗較高，精餾塔塔壓降較高等。這些問題說明工業萘精餾塔已經達到極限，無論從處理能力還是分離效率來說均已不能滿足生產要求，這無疑成了制約企業擴產的瓶頸，因此技術改造迫在眉睫。

將萘從焦油中提取出來利用了精餾這一化工分離原理，在物質分離的過程中，分離設備性能的優劣決定了萘與其它物質分離的速度和程度，因此塔內件的選擇至關重要，決定著技術改造的成敗。通過對目前生產狀況和存在問題的分析，并結合實際應用經驗，決定采用CJST塔板代替原浮閥塔板的改造方案。

CJST塔板的通量要大于浮閥塔板，可以達到擴能的目的，但是CJST塔板屬于空間傳質塔板，傳質單元高度230mm左右，在板間距只有300mm的情況下，如何解決好霧沫夾帶問題、保證效率的提高是此次技改的關鍵。

經過核算，原塔的降液系統可滿足擴產要求，所以只更換塔板部分，即將浮閥塔板全部更換為CJST塔板。另外從解決霧沫夾帶的角度對CJST進行了改進開發，同時進行了冷膜實驗，測定了霧沫夾帶的情況，由實驗結果分析得出改進后的CJST塔板可以滿足廠家的改造要求。

改造目標

1、工業萘精餾塔進料滿足3.8t/h，精餾塔塔底洗油含萘≤5%，產品工業萘結晶點＞78℃。

2、在達到了條件（1）的情況下，再確保精餾塔進料4.5t/h，精餾塔塔底洗油含萘≤10%，產品工業萘結晶點＞78℃。

改造前后運行指標對比

1、改造后的處理能力提高了，比改造前增加了50％，比最初設計增加了88%。

2、改造后的萘分離效率提高了，塔底洗油含萘由改造前的15％降低到5%以下。

3、塔壓降降低了，塔壓降比改造前降低了5 KPa，能量消耗相應也比改造前有所降低。

4、為廠家帶來了可觀的經濟效益和節能效果，粗略計算帶來經濟效益631萬元/年。

CJST塔板

CJST塔板在工業萘精餾塔技術改造中的成功應用，取決于它本身具有的一些優良技術特點。該塔板屬于噴射態傳質，與傳統的鼓泡態傳質塔板相比具有處理能力大、傳質效率高、抗堵塞能力強、壓力降低、操作彈性好、易消泡等特點，已在煉油、焦化、化肥、甲醇等領域廣泛推廣。

CJST塔板的傳質過程

在塔板至罩頂的立體空間中，液相被進入板孔的氣相經過拉膜提升→破碎→撞擊折返→噴射→互噴→分離六個步驟完成傳質。具體傳質過程為：

①液體進入罩內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，在分離板的作用下液滴回落至板面流向下游，氣體繞過分離板上升至上層塔板。

CJST塔板的技術特點

一、處理能力大

板孔氣速是決定塔板通量的關鍵因素，對于噴射型塔板，氣速越高液相的分散程度越好，傳質效率越高。同時對于夾帶而言，由于上升的氣液被分離板強制分離，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。

液相通過能力大是由于：氣體攜帶液體并流進入帽罩，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，即同樣截面積的降液管液體通過能力可提高近一倍，所以對于擴產改造項目，保留原塔體及原降液系統，只更換成CJST塔板就可將塔的液相處理量最大可提高一倍。

二、傳質效率高

由于CJST塔板空間利用率高達50%以上，氣液在罩內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，以維持高的傳質傳熱推動力，因此CJST塔板具有很高的傳質效率。與F1浮閥相比，塔板效率在低氣相負荷時高出10%，在高氣相負荷時高出40%。工業應用證明，CJST塔板的全塔效率比F1浮閥提高10%以上。

三、抗堵塞能力強

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

四、壓力降低

氣體通過CJST塔板時并不穿過板上液層，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。CJST塔板壓降在低負荷時與F1型浮閥相當，高負荷時比F1浮閥低20%～30%，且負荷愈大壓降低的愈多。

可以看出，在板孔動能因子均為10時，CJST塔板的板壓降比F1浮閥塔板的低10%；當板孔動能因子為15時，CJST塔板的板壓降比F1浮閥塔板的低40%。

五、操作彈性好

CJST塔板的操作下限同F1浮閥塔板一樣受塔板漏液控制，操作上限一般受過量霧沫夾帶控制，見圖4。若以霧沫夾帶10%作為操作上限，F1浮閥的板孔動能因子為17，而CJST可達34，即在相同的塔板開孔率時，CJST的操作上限比F1浮閥高一倍。例如在開孔率11%時，CJST的操作下限的板孔動能因子為4.7-6.3，操作上限為34，其操作彈性可達5.4-7.2。

六、具有消泡作用

由于CJST特殊的噴射型操作工況，氣體直接進入帽罩內，而不需穿過板上液層，因為無發泡機制，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又具有破沫作用，所以CJST塔板能夠處理常規塔板難以處理的易發泡物系。

總的來說，CJST塔板特殊的噴射型氣液傳質形態，從根本上決定了其優良的性能，從而使得首次在工業萘精餾塔上的改造應用獲得成功：改造后一次試車成功，并達到了擴產、節能、創收的目的。不但為廠家帶來了可觀的經濟效益，還為具有較小塔板間距的塔設備的擴能改造開避了新途徑，具有廣闊的推廣應用前景。