甲烷氯化物装置精馏塔改进设计

2011-11-07童熹琛刘日林成贤君中化化工科学技术研究总院杭州310002

化工设计 2011年1期

关键词：墨菲氯化物三氯甲烷

童熹琛刘日林成贤君中化化工科学技术研究总院杭州 310002

甲烷氯化物装置精馏塔改进设计

童熹琛＊刘日林成贤君中化化工科学技术研究总院杭州 310002

运用相关关联式分析原有设备所存在的问题,提出经济和可行的改进方法,使新设备能适应装置扩能的需要。装置设计运行结果表明该方法准确可靠。

甲烷氯化物精馏塔液泛扩产改造

1 概述

甲烷氯化物包括一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳。

甲烷氯化物的生产技术有甲烷法和甲醇法,都可联产四种甲烷氯化物。

(1)甲烷法是甲烷氯化物生产的传统方法,甲烷法以天然气为原料,对主产四氯化碳有利,同时生产四种产品时,比例调节范围相对较小,尤其是主产三氯甲烷时,三氯甲烷和四氯化碳的比例仅能做到 4∶1。

(2)甲醇法是随着甲醇工业的发展而迅速崛起的甲烷氯化物生产方法。甲醇法产品比例调节范围大,一氯甲烷比例不受限制,尤其是生产三氯甲烷时,三氯甲烷和四氯化碳的比例可做到 12:l或更大。

2 存在的问题

浙江省某国有大型化工生产企业原有 3套甲烷氯化物装置,总产能为 140kt/a,均采用甲醇法。2006年为了企业发展的需要,决定新增一套 55kt/a的甲烷氯化物装置。

HCl塔 (T1)、CH3Cl塔 (T2)是该装置氯化单元的关键设备,其功能是将粗产品中的 HCl和CH3Cl分离,流程示意见图 1。

图1 流程示意图

两台设备原设计能力均为 45kt/a,在新装置中要求设计能力达到 60kt/a,且操作上限在 15%以上。据该企业现有生产装置 (单套装置的最大实际生产能力已达到 80kt/a甲烷氯化物)的运行经验,在产能达到 60kt/a以上时,HCl塔的塔顶冷凝器列管极易堵塞、检修清理频繁,且 HCl塔、CH3Cl塔系统的操作均不稳定。

3 分析问题

3.1 采集数据

为了更好地分析系统所存在的问题,采集了原有装置 HCl塔实际运行数据 (装置实际产量为45kt/a的数据,此时装置操作平稳),见表 1。

表1 原有装置 HCl塔运行数据 (wt%)

3.2 墨菲效率

利用ASPENP LUS的数据拟合功能得出两个塔的墨菲效率 (Murphree Efficience)。将采集到的数据输入软件,通过计算,可得 HCl塔的墨菲效率为 0.27、CH3Cl塔的墨菲效率为 0.33。

3.3 操作曲线

原 HCl塔有 3种类型塔盘和 CH3Cl塔有两种类型塔盘,其主要结构见表 2。

表2 HC l塔和 CH3C l塔塔盘结构

在 ASPEN PLUS中对 HCl塔、CH3Cl塔系统单独建模,将 60kt/a的物料平衡数据和拟合所得的墨菲效率数据输入软件,对塔进行水力学计算。

根据塔的水力学计算结果,对两个塔分别进行校核计算,得出其操作性能曲线如图 2～图 6。

图2 改造前塔盘 1性能曲线

图3 改造前塔盘 2性能曲线

3.4 分析

由图 2～图 4可以看出,HCl塔存在严重的液泛,正是由于这个原因,将杂质和重组份带到了塔顶,造成在塔顶冷凝器处冷却结焦,堵塞冷凝器。

图4 改造前塔盘 3性能曲线

图5 改造前塔盘 4性能曲线

图6 改造前塔盘 5性能曲线

由图 5～图 6可以看出,CH3Cl塔的操作点已经非常接近于液泛线,生产负荷的波动极易引起液泛。

液泛是塔内液体过量积聚,使液体无法从塔顶向塔底流动,影响塔的正常操作。液泛有四种类型:喷射夹带型、泡沫夹带型、降液管满溢型、降液管阻塞型。前两种类型是由板上气相流速过快所引起,通常在塔内 L/V较小、板间距较小的低压或减压精馏塔内发生;后两种类型是由于液相流经降液管的压降过大、使得降液管内液面上升所引起,通常在塔内 L/V较大的高压精馏塔内发生。对于浮阀塔通常验证降液管液泛。

4 改进方案

从以上分析可以看出,HCl塔和 CH3Cl塔系统的问题是由降液管液泛所引起。降液管液泛与塔板鼓泡面积、开孔率、塔板间距、溢流堰长、堰高、降液管底部间隙有关,可以采取增加降液管体积和增加塔盘开孔率等方法来解决。增加降液管体积意味着要加大塔的直径或塔板间距,都将会增加设备投资。因此,在塔盘有足够空余面积的前提下,增加塔盘开孔率是较为简单和经济的选择。

改造设计采用增加开孔率 (即增加塔盘的浮阀数目)的方法来消除降液管液泛。改进前后的对比见表 3。

表3 HC l塔和 CH3Cl塔改进前后对比

5 改进效果

改进后,HCl塔和 CH3Cl塔的操作性能曲线变化见图 7～图 11。

图7 改进后塔盘 1性能曲线

图8 改进后塔盘 2性能曲线

从图 7～图 11可以看出,改进后各塔盘的操作点均在其负荷性能曲线范围之内,操作下限均在 50%以上,除塔盘 1以外,其它塔盘的操作上限均在 20%以上。由于受塔盘空间所限,塔盘 1上最多只能布置 31只浮阀,其对应的操作上限约为 14%,如需加大其上限,则必须加大塔的直径。就此和业主协商后认为:考虑到设备投资的经济性和 80kt/a非正常操作工况等因素,设计塔径维持不变,必要时可以通过调整塔的回流比来解决。