干馏煤焦油尾气洗涤分离塔结构设计

夏 欣 黄永军 窦 岩

(1.天华化工机械及自动化研究设计院有限公司；2.新疆中泰昆玉新材料有限公司)

干馏煤焦油尾气洗涤分离塔结构设计

夏 欣**1黄永军2窦 岩1

(1.天华化工机械及自动化研究设计院有限公司；2.新疆中泰昆玉新材料有限公司)

介绍了干馏煤焦油尾气洗涤分离塔的原理和结构，分析了新设计洗涤塔的优点。

洗涤分离塔 煤焦油 闪蒸分离

煤焦油是中低温煤干馏的主要产物之一，其产率直接影响企业的经济效益。为了提高尾气中焦油的回收率，需要优化煤热解尾气的洗涤分离过程。在黑龙江省依兰地区建成的10t/h内热回转式中低温干馏项目中的尾气洗涤分离装置是由天华化工机械及自动化研究设计院有限公司设计制造的，该洗涤分离塔采用填料塔，是整套干馏尾气分离装置中最核心的设备，它是集除尘、冷却、冷凝、吸收和真空闪蒸于一体的新型尾气分离塔，克服了传统填料塔冷却堵塞、固液分离复杂及返混等常见问题[1]。能够高效洗涤尾气并分离出煤焦油，开拓出了良好的市场前景，笔者对此装置的结构设计进行了介绍。

1 洗涤分离塔的原理

项目所用洗涤塔结构如图1所示，根据工艺将其划分为Ⅰ区和Ⅱ区：Ⅰ区是洗涤、冷却、冷凝、吸收区；Ⅱ区是负压闪蒸区。

85～150℃的热解尾气先经过文丘里洗涤器洗涤后在引风机的作用下，自下而上由分离塔Ⅰ区的分配器进入到喷淋段，再由循环冷却液喷淋、洗涤、降温后进入到填料单元。同时，Ⅱ区闪蒸降温后的循环冷却液由液体分配器均匀喷洒到填料段，在填料段内气液两相进行逆流接触式热量和质量交换，热解尾气温度被降至20～70℃后经过气体除雾器除雾后由尾气排出口排出，完成干馏炉尾气的洗涤、吸收和降温过程。

热解尾气在填料段内被循环冷却液冷却、冷凝和洗涤的同时循环冷却液又被热解尾气加热，循环冷却液离开填料段后经过挡水器分配到水槽，从而到达塔底储液段，通过塔底溢流机构或设置在塔外的塔底循环冷却液泵排放少量循环冷却液(目的是排出洗涤回收的固体粉尘)成为定排液，剩余的循环冷却液(温度为40～100℃)在塔底储液段由循环液泵送入Ⅱ区的闪蒸液分配器进行负压闪蒸降温和蒸发。温度为40～100℃循环冷却液在2.5～32.0kPa的负压环境下闪蒸，温度降至20～70℃，降温后的闪蒸循环液从排放口通过Ⅱ区与Ⅰ区之间的液封机构到达Ⅰ区的液体分配器后开始洗涤、冷却、冷凝和吸收循环。

图1 洗涤分离塔结构示意图

负压闪蒸蒸发的30～70℃水蒸气和焦油经过闪蒸蒸汽除雾器除雾，通过闪蒸蒸汽排出口离开洗涤塔进入设置在塔外的冷凝器冷却凝结成回收液，进入焦油储罐进行沉降分离，工艺流程示意图如图2所示。

图2 尾气洗涤分离工艺流程示意图

这种工艺方案的优点是：

a. Ⅰ区和Ⅱ区进行热量和质量交换、传递和循环，达到热解尾气中的煤气、焦油、水蒸气在洗涤塔中洁净分离的目的；

b. 通过本塔负压闪蒸得到的洁净焦油蒸汽可以通过设置在塔外的冷凝器冷凝，再到焦油储罐时为洁净焦油和水，克服了常规洗涤冷却塔回收液含有杂质的缺点;

c. 利用负压闪蒸技术闪蒸产生的洁净焦油蒸汽不会堵塞冷凝器，冷凝器冷却换热效率高、操作弹性大;

d. 利用干馏尾气自身携带的热量进行闪蒸，不需要补充热量就可获得洁净的闪蒸焦油蒸汽，实现了自身循环真空闪蒸，减少了能耗。

2 洗涤分离塔的结构分析

为了实现洗涤塔的吸收、闪蒸及分离等工艺要求，对洗涤塔中主要结构填料、液体分布器和进气分布器进行分析，以保证洗涤塔的高效运行[2]。洗涤塔的基本参数为：

设计压力 0.1MPa

设计温度 150℃

（2）VOCS（Values in Oranizational Culture Scale）量表（郑伯壎，1990）。他认为企业文化是一种潜移默化影响员工行为的规范型信念。在VOCS量表中，一共有九个维度：科学求真、顾客取向、卓越创新、甘苦与共、团队精神、正直诚信、表现绩效、社会责任和敦亲睦邻。

工作介质 水、煤粉、焦油

设备内径 3 000mm

干馏尾气在洗涤塔中的吸收和分离主要是分散在填料表面进行的，故分离效率的高低主要取决于填料的结构和性能。理想的规整填料应具备比表面积尽可能大，填料表面均匀湿润，液膜不断更新，气液分布良好，阻力压降小，通量大，适应性强的优点[3]。

根据梯级法计算填料的高度时是使用传质高度(HTU)来计算的，意义与理论高度相近。气、液相传质总单元高度计算通式为：

式中a——填料比表面积，m2/m3；

G——气体通过塔截面时的流率，kmol/(m2·s)；

Kx——以摩尔分率差为推动力的液相总传质系数，kmol/(m2·s)；

Ky——以摩尔分率差为推动力的气相总传质系数，kmol/(m2·s)；

L——液体通过塔截面时的流率，kmol/(m2·s)。

根据填料的比表面积、表面利用率和单组分的对流传质速率，选择双向金属折峰式ZUPAC系列规整波纹填料。两端填料高度都为5m，由于波纹填料的棱线上按一定间距冲有反向波纹，形成方向相反、大小不同的双向波纹，不但使开孔率加大，气流通道增大，通量提高，压降降低，也使比表面积提高，气液流路优化，传质效率提高。

本洗涤塔设计中，液体回流和进料在塔截面上的均匀分布是有效传质的基本条件，因此性能良好的液体分布器应具备的条件为：液体分布均匀程度高；气液逆流在塔内部产生二次夹带；不容易产生结垢、堵塞、发泡；液体不产生闪蒸和汽化[4]。

为提高液体分布均匀和抗堵塞的性能，笔者采用新型三级导板连通槽式液体分布器。设计全连通式一级槽和导流板，采用加设特殊支撑分布槽结构。实验研究表明加设导流板的槽式液体分布器可以保证在液位只有20mm高时，单孔液体能被均匀分布为150mm宽的一条线，真正实现点分布变为线分布[5]。既保证了洗涤塔对分布器的液体多点分布均匀的要求，也有效地增加了抗堵塞能力，并充分利用了有限的空间高度。

干馏尾气进入洗涤塔时，如果初始分布不好将造成气体的偏流，从而直接影响到填料内的气液传质效率。本项目采用的双列叶片式进气分布器有以下几个优点：

a. 气液混合状态的物料经过均匀排布的多个导流叶片被导向分布器两侧和下方，气体动能降低后均匀向上返回至分布器上方的填料层，气体分布效果较为理想；

b. 液相与气相得到充分分离，减少了气相被夹带进入液相，即减少了下层液体发泡的机会；

c. 气体达到均匀分布的空间高度大大降低。

3 结束语

大型填料洗涤塔结构设计的难点是如何解决放大的问题，同时需要考虑设备安装的可靠性和经济性。在满足工艺的前提下要正确选择设备材料和结构。这种洗涤分离塔结构的最大优点是通过两段水洗可将入塔气相温度降至45℃以下，大量回收水资源，塔顶仅损失气相中的饱和水及少量夹带水滴，并可以保证塔底出水温度不小于80℃，为热量再利用创造条件。

[1] 廖传华，柴本银，黄振仁.分离过程与设备[M].北京：中国石化出版社，2008.

[2] 吴琳，刘吉祥.洗涤塔的设计[J].化工设备与管道，2009,46(6)：29～30.

[3] 李群生，马文涛，张泽廷.塔填料的研究现状及发展趋势[J].化工进展，2005,24(6)：619～624.

[4] 徐世民，张艳华，任艳军.塔填料及液体分布器[J].化学工业与工程，2006,23(1)：77～79.

[5] 赵汝文.填料塔气液分布器优化设计规律[J].化学工程，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，硕士研究生。甘肃省兰州市，730060。

TQ053.5

A

0254-6094(2015)02-0215-03

2014-09-23)