New-vst Plus塔板在MAL脱水塔技术改造中的应用

刘海彬 祝 秀 戴伯超

天津市创举科技股份有限公司

New-vstPlus塔板在MAL脱水塔技术改造中的应用

刘海彬 祝 秀 戴伯超

天津市创举科技股份有限公司

New-vst Plus塔板成功应用在甲基丙烯酸甲酯(MMA)行业的甲基丙烯醛(MAL)脱水塔技术改造中，在塔体利旧的情况下，仅以New-vst Plus塔板替换原填料，便成功解决了该塔长期存在的堵塔问题。改造后，各项指标运行正常，塔底水质量分数小于0.02%，全塔阻力降维持在10 kPa以内。该技术改造不仅为厂家带来了经济效益，还为其他处理易聚物系的塔内件改造开辟了新途径，具有广阔的应用前景。

New-vst Plus塔板 MAL脱水塔 技术改造 应用前景

甲基丙烯酸甲酯(简称MMA)是一种重要的有机化工原料，主要用来生产有机玻璃，也用来制造其他树脂、塑料、涂料、黏合剂、润滑剂、木材和软木的浸润剂、电机线圈的浸透剂、纸张上光剂、印染助剂和绝缘灌注材料等。近几年MMA市场扩张迅猛，2012年全球MMA产能达到397.5 ×104t/a，中国产能达到56.8 ×104t/a[1]。特别是近年来MMA在光学级有机玻璃、光导纤维等高新技术领域的应用，市场前景十分广泛。

MMA的生产方法除传统的丙酮氰醇法(ACH法)之外主要有乙烯法、改进的ACH法、甲基丙烯腈法、异丁烯直接氧化法等[2]。本次改造项目采用的是异丁烯直接氧化法，MAL脱水塔属于甲基丙烯酸氧化单元。

1 MMA生产工艺流程

异丁烯直接氧化法生产MMA工艺是将C4馏分中异丁烯用空气在钼催化剂下两步氧化，即先将异丁烯在催化剂作用下氧化生成甲基丙烯醛(MAL)，然后甲基丙烯醛在催化剂作用下氧化生成甲基丙烯酸(MAA)，最后甲基丙烯酸在催化剂存在下酯化生成甲基丙烯酸甲酯[3-8]。主要化学反应方程式如下：

(Ⅰ. 一步氧化)

(Ⅱ.二步氧化)

(Ⅲ.酯化反应)

其中，甲基丙烯酸氧化单元工艺流程如图1所示。

空气及来自催化焚烧单元的循环尾气经压缩机1(K-2101)、压缩机2(K-2102)加压按异丁烯流量的一定比例先后进入第一氧化反应器(R-2101)和第二氧化反应器(R-2102)，通过催化剂床层发生催化氧化反应。从第二氧化反应器出来的气体先经冷却后进入急冷塔(C-2110)，气体在塔中被塔釜循环液喷淋冷却，急冷塔塔釜主要为MAA水溶液(同时也含有少量的MAL)被送入MAL汽提塔(C-2150)顶部。经汽提后的MAL从MAL汽提塔塔顶蒸出，经冷凝器冷凝后进入塔顶液收集罐，MAL汽提塔塔釜液为MAA水溶液，经换热器冷却后，送入MAA水溶液储罐。

急冷塔塔顶出来的气体进入MAL吸收塔(C-2130)塔底，MAL吸收塔塔顶排出的废气先经过催化焚烧后，一部分循环尾气作为惰性气体经尾气循环压缩机返回氧化反应器入口，另一部分进入催化焚烧单元焚烧处理。MAL吸收塔塔釜液由泵送至MAL脱水塔(C-2140)，经精馏后，MAL与水的共沸物从塔顶蒸出，经冷凝器冷凝后进入塔顶液收集罐(C-2102)并分层，油相送至MAL收集罐，水相送至急冷塔，塔釜液相返回MAL吸收塔循环使用。

2 MAL脱水塔内件的技术改造情况

2.1MAL脱水塔内件现状

由于MAL具有共轭双键，该双键较活泼，导致MAL存在自聚情况，即使加入稳定剂也不能完全抑制其自聚反应。加之异丁烯催化氧化反应除生成MAA外还生成高沸点的物质(目前尚不明确)，这两种物质一旦聚集极易堵塞内件，比较难处理，且MAL脱水塔精馏指标要求较高，需控制塔釜水质量分数在0.02%以下，所以MAL脱水塔对内部传质元件的要求高。实际生产应用证明，该精馏塔采用填料传质，时间一长就会发生堵塔现象，不能长期正常运行。所以，要想从根本上解决堵塔问题，就必须选用合适的塔板。

穿流筛板无降液管的塔板上全部为开孔区，气液同时从孔中逆流穿越通过，该塔板结构简单，生产能力大，压降小，不易堵阻及沉淀。除可用于一般的蒸馏及吸收外，还用于除尘、中和、洗涤、气液相直接传质等场合。该塔板一直被认为是处理易聚物系的一种较理想的塔板。但因穿流筛板传质效率低，对于像MAL脱水塔指标要求较高的精馏塔不太适用。

浮阀塔板是一种应用较广泛的塔板，其结构特点是有降液系统，塔板上开有若干个阀孔，每个阀孔装有一个可上下浮动的阀片，气相通过阀孔与塔板上液层鼓泡传质。浮阀塔板优点是结构简单，造价低，生产能力大，操作弹性大，塔板效率较高；其缺点是处理易结焦、易聚合、高黏度的物料时，阀片易与塔板粘结，在操作过程中有时会发生阀片脱落或卡死等现象，使塔板效率和操作弹性下降。近年来，虽然浮阀塔板有各种改进型式，但它们的传质机理并没有变，在处理易结焦、易聚合、高黏度的物料时不能解决塔板堵塞的问题。

New-vst Plus塔板是一种新型高效空间立体传质塔板，具有通量大、效率高、压降低、抗堵性能强、消泡性能好等优点。由于New-vst Plus塔板板孔较大且无活动部件，一般不易被较脏的或黏性物料堵塞。另外，气液是在喷射状态下离开帽罩的，气速较高，对罩孔本身有较强的自冲洗能力，物流中含有的颗粒、聚合物、污垢等杂质难以在罩孔聚集并堵塞罩孔。故New-vst Plus塔板比较适合解决上述MAL脱水塔存在的内件堵塞的问题。

2.2改造案例

山东某公司10×104t/a MMA项目甲基丙烯酸氧化单元MAL脱水塔塔径DN 900，设计采用350Y填料传质单元，2015年初开车时各项指标运行正常，塔底水质量分数≤0.02%，压降低于5 kPa。但运行两个月后，指标开始波动，塔底水质量分数达到0.1%，压降达到15～20 kPa。经检修后发现，填料堵塞严重，厂家不得不停车清洗或更换填料。以后几乎每两个月都要重复该项工作，既耽误生产进度，又增加了生产成本。

在原塔体利旧的情况下，采用New-vst Plus塔板替换原填料，便成功解决了以上问题。为了更好地解决该物系自聚的问题，改造中对塔盘结构也进行了一些优化：①为了减少MAL在传质区自聚的机会，改造中将堰长加大，减少塔盘面积，控制液相在塔盘上的停留时间，从而减少MAL自聚的发生；②由于精馏段液相流量太小，仅为0.92 m3/h，降液系统的停留时间长，改造中将精馏段降液系统改为降液管式，大大减少了降液面积，减少了降液系统体积，缩短了停留时间，从而减少MAL自聚的机会；③为了减少全塔阻力降，改造中控制堰高，减少板上液层高度，降低湿板压降，同时也能减少物料在塔盘上的停留时间。总之，减少物料在传质区及降液区的停留时间从而减少MAL自聚的发生也是本次改造成功的原因之一。

2.3改造效果

该技术改造在2016年初完成并顺利实现投产，改造后的运行效果良好。在满足分离指标(塔底水质量分数≤0.02%)的前提下，没有出现内件堵塞情况，改造前后运行指标对比情况见表1。

表1 改造前后运行指标对比Table1 Operationindexcomparisonbeforeandaftertechnicaltransformation对比项目改造前改造后塔径/mmDN900DN900内件型式350Y填料New⁃vstPlus塔板填料高度/m由上往下：5+5+4-塔板层数-26板间距/mm-600塔底水质量分数/%正常时：≤0．02运行两月后：≥0．1≤0．02全塔阻力降/kPa正常时：≤5运行两月后：15～20≤10

由表1可以看出：New-vst Plus塔板以其优良的性能和对其塔盘结构的优化，已成功应用在MMA行业的MAL脱水塔技术改造中，在塔体利旧的情况下，仅以New-vst Plus塔板替换原填料，便成功解决了该塔长期存在的堵塔问题；改造后，各项指标运行正常，塔底水质量分数小于0.02%，整塔阻力降维持在10 kPa以内。到目前为止，该塔运行参数稳定，不需要检修，给厂家带来了直接经济效益。

3 New-vst Plus塔板的技术特点

3.1New-vstPlus塔板的传质过程

在塔板至罩顶的立体空间中，液相被进入板孔的气相经过拉膜提升→破碎→撞击折返→喷射→互喷→分离6个步骤完成传质。具体传质过程为：①液体进入罩内被气体向上拉膜提升；②气体将液体破碎成液滴；③气体和液滴上升碰撞分离板并折返，与上升的气液激烈碰撞；④气体和液滴从罩体的侧面喷射板向斜上方喷出；⑤在罩间，喷出罩体的气体和液滴对喷、相互碰撞；⑥喷出罩体的气体和液滴，在密度差的作用下液滴回落至板面经溢流堰流向下层塔板，气体上升至上层塔板。

3.2New-vstPlus塔板的技术特点

3.2.1处理能力大

对于喷射型塔板，由于上升的气液被分离板阻挡，形成的是水平喷射，气液能够有效分离，所以大幅度减小了雾沫夹带，提高了操作上限，增大了气相通过能力。此外，由于气体携带液体并流入帽罩，而不是像浮阀等塔板气体穿过板上液层，因而使塔板上流动的液体基本上为不含气体的清液，故降液管液泛的可能性大大降低，即液相通过能力大。

3.2.2传质效率高

由于New-vst Plus塔板空间利用率高达50%以上，气液在罩内和罩间接触非常充分：一方面气体把液体分散成小液滴，大幅度提高了气液两相接触面积，另一方面激烈的喷射工况使液滴的表面不断更新，以维持高的传质传热推动力。因此，New-vst Plus塔板具有很高的传质效率。与F1浮阀相比，塔板效率在低气相负荷时高出10%，在高气相负荷时高出40%。工业应用证明，New-vst Plus塔板的全塔效率比F1浮阀提高10%以上。

3.2.3抗堵塞能力强

由于塔板板孔较大且无活动部件，一般不易被较脏或黏性物料堵塞。另外，气液是在喷射状态下离开帽罩的，气速较高，对罩孔本身有较强的自冲洗能力。物流中含有的颗粒、聚合物、污垢等杂质难以在罩孔聚集并堵塞罩孔，故可延长检修周期。

3.2.4压力降低

气体通过New-vst Plus塔板时并不穿过板上液层，而只需克服被气体提升的那部分液体的重力，所以形成的压降要小。New-vst Plus塔板压降在低负荷时与F1型浮阀相当，高负荷时比F1浮阀低20%～30%，且负荷愈大，压降愈低。

3.2.5操作弹性好

New-vst Plus塔板操作下限与浮阀、筛板塔一样，为漏液控制，但是由于New-vst Plus塔板分离板的作用，使雾沫夹带量很少，大大低于浮阀，虽然F1浮阀有适应负荷变化的活动阀片，但New-vst Plus操作弹性仍稍高于F1浮阀。

3.2.6具有消泡作用

由于New-vst Plus是喷射型操作塔板，气体介质直接进入帽罩内，而不需穿过板上液层，因为无发泡机制，所以塔板上液体为清液；另外，高速喷射的液滴回落到塔板时又具有破沫作用，所以New-vst Plus塔板能够处理常规塔板难以处理的易发泡物系。

4 结 语

综上所述，New-vst Plus塔板具有的喷射型气液传质特性，从根本上解决了厂家长期困扰的堵塔问题。不仅为企业带来了经济效益，还为其他领域处理易聚物系的类似塔器改造开辟了新途径，具有广阔的应用前景。

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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；编辑康莉

刘海彬(1983-)，女，工程师，2010年毕业于河北工业大学化工学院化学工艺专业，工学硕士，现就职于天津市创举科技有限公司，主要从事化工塔器和塔内件的研究设计及化工工艺设计工作，发表论文4篇。E-mail1055726868@qq.com