《中國化工報》發表題為“分壁塔:精餾節能神器” 的新聞,原文如下:


  7月底,美國KBR公司透露,該公司已和中國山東一家地方煉廠簽署合同,為其提供基礎設計和采用分隔壁精餾塔(分壁塔)技術的專用設備。山東地煉有望首次引進分壁塔技術裝置。記者上周采訪了解到,近年來,作為一項精餾裝置,分壁塔因其高效、節能的優勢,已經逐漸在全球的化工項目中興起。與國外相比,我國在分壁塔理論和應用領域的研究還須加速跟進。

  節能優勢明顯

  據常州大學化工係教授裘兆蓉介紹,分壁塔用於將多組分進料分離成3種或是3種以上的高純度產品,其構造是在常規精餾塔的中心位置設置一塊垂直隔板,將塔自上而下分為四個部分,即上部公共精餾段、中部由隔板隔開的進料段以及側線產品采出段和下部公共提餾段,在一個精餾塔內同時完成傳質和傳熱過程。與完全熱耦合精餾塔相比,分壁精餾塔將完全熱耦合精餾塔的預分餾塔與主塔組合在同一個精餾塔內,分壁塔分離3組分混合物時,隻需1個精餾塔就可得到3個純組分,這就節省了1個精餾塔及其附屬設備,如再沸器、冷凝器、塔頂回流泵及管道。雖然分壁塔比原有2塔流程的每個精餾塔大,但總的設備投資會降低許多。同時由於熱量在同一個塔內重複循環利用,因此也降低了能耗。

  石油化工科學研究院高思亮表示,在分離3組分混合物時,用相同的理論板數,完成同樣的分離任務,采用分壁塔比傳統的兩塔流程需要更少的再沸熱量和冷凝量。對於某些給定的物料,分隔壁式精餾塔和常規精餾塔相比需更小的回流比,故操作容量增大,節能最高可達到60%以上,可節省設備投資30%。

  裘兆蓉表示,分壁塔能廣泛地應用於石油精製、石油化工、化學品及氣體精製。在分壁塔中,物料在再沸器中隻被加熱1次,它在高溫區的停留時間相應較短。故該塔型既適於多組分物係中輕組分為熱敏物係的分離,又適於重組分為熱敏物係的分離,同時還適於揮發度居中的熱敏物係的分離。分壁塔所采出的中間產品的純度比普通精餾塔側線出料的純度大,因此,當希望得到高純度的中間產品時,應先考慮使用分壁塔。若分離A、B和C三個組分,且相對揮發度依次遞增時,進料混合物中組分B的量最多時,采用分壁塔的分離效果將最好,且能耗最小,采用分壁塔具有的節能優勢最明顯。

  全球推廣迅速

  1933年,分壁塔概念被首次提出。此後,隨著精餾的節能問題日益受到重視,國外的分壁塔研究自上世紀70年代之後越發活躍。上世紀80年代,為了減少精餾的能耗,巴斯夫公司開發了全球第一套分壁塔;2000年,林德公司為南非沙索公司建造了第一套世界上最大的塔盤隔板塔;2005年,埃克森美孚對重整芳烴分離裝置應用了分壁塔技術,取得了節能53%的顯著效果。近年來,巴斯夫、凱洛格、住友等幾大公司開始大規模使用分壁塔。截至2014年,全球已經有超過200座分壁塔,其中大部分屬於巴斯夫公司,主要用於分離中間產物含量高的3元混合物。

  今年上半年,巴斯夫國油化學(巴斯夫和馬來西亞國家石油公司的合資公司)在馬來西亞關丹格賓工業區香料原料綜合生產裝置建設中,成功安裝了項目中規模最大,難度係數最高的裝置——高近70米、重達300噸的T-5000分壁塔。T-5000由巴斯夫曆時三年設計完成,由中國中聖集團在南京製造,它也是巴斯夫在全球所有生產基地中安裝的最大分壁塔之一。目前,這座世界級芳香化學品綜合生產設施的建造進展順利,預計將於2016年下半年開始為香精香料行業生產檸檬醛和香茅醇。

  近期,采用分壁塔分離各類化學品的應用研究在不斷深入。霍尼韋爾公司設計分隔壁式精餾塔已應用於新的霍尼韋爾合成直鏈烷基苯的路線中,節約了該過程中分離部分9%的能量。凱洛格公司開發了抽提蒸餾與分隔壁式塔器技術相結合的工藝,從重整生成油或加氫熱解汽油回收苯。它取消了汽提塔,精餾、汽提和溶劑回收均在一座分隔壁式精餾塔中進行,投資比常規抽提蒸餾裝置節省20%。此外,國外的分壁塔還用於四氫呋喃、丁酮與丁二醇、丙烯與丁烯、丙烯與己烯、環戊烷、環戊烯等物質合成過程的分離。

  研究還需加強

  在煉油、石化等行業中,精餾的耗能占全過程耗能的比例有時會高達70%,設備投資超過總投資的50%。因此,精餾過程節能技術的研究具有極其重要的意義。這也是近期分壁塔研究應用加速的原因所在。

  但是,目前國外分壁塔應用較多,國內還比較少。2013年1月,世界首套120萬噸/年石腦油吸附分離裝置在揚子石化建成投產。該裝置采用中國石化與美國霍尼韋爾公司合作開發的模擬移動床吸附分離技術,首次使用分壁塔等先進技術,有效降低了能耗。

  “據我估計,目前國內加上實驗裝置,應用的分壁塔數量在十套左右。國內推廣過於緩慢的原因是,一方麵,我們在技術上還有欠缺,另一方麵是,過去幾年我們對節能和投資相關的過程優化認識不足。”一位化工工藝設計人員告訴記者。

  裘兆蓉認為,我國在石油化工及天然氣化工領域的能耗比國外大,在擴大精餾生產或投資新廠時應考慮應用推廣分壁塔。分壁塔的基礎研究包括分壁塔的調節與控製、設備加工基礎研究、計算方法,涉及模擬、設計、控製和塔內件設計與安裝等方麵。

  分壁塔的應用研究方麵,裘兆蓉表示,凡分離3組分以上液體混合物時,都可考慮使用分壁塔,因此分壁塔應用的係統很多。例如用在甲醇生產中,采用合成氨聯產甲醇技術降低生產成本,調整產品結構。聯醇生產的精餾大多采用主雙塔精餾流程,通過預精餾塔脫除輕餾分雜質,通過主精餾塔脫除重餾分雜質,在主精餾塔頂部得到甲醇產品。該流程的雙精餾塔若為分壁塔,同樣可以實現分離要求,可通過計算或調節確定控製條件或進出料位置,從側線分離出甲醇產品,塔頂脫除輕組分,塔釜脫除重組分。這樣既可以節省投資成本,又可以節省能耗、簡化流程。

  除此以外,分壁塔還可望在以下領域內應用:環丁碸萃取法分離芳烴、混合二甲苯分離製鄰二甲苯生產流程、丙烯一步氧化法製丙酮生產流程、直接法合成苯基氯矽烷生產流程及2,6-二甲基苯酚生產中的分離部分流程等等。裘兆蓉表示,一旦采用分壁塔分離技術,將會使分離成本能耗得到明顯降低,給化工生產分離帶來新的革命。

  據介紹,近幾年來,國外對分壁塔技術的研究和應用都十分重視。美國、德國、日本、英國等都有專門的研究機構。而我國在這方麵研究還比較薄弱,急需加快這一技術的開發和工業化步伐。我國一位化工精餾專家表示,目前應用分壁塔分離的物係存在一些限製條件,並不是所有物係應用該裝備都能顯著節能。開發適合分壁塔的分離物係也是研究的重點領域。


(來源:《中國化工報》2016年8月24日)