高效規整填料在己二胺提質降耗生產中的應用

程傳成 趙時超

（河南神馬尼龍化工有限責任公司）

填料塔是化工生產傳質、分離過程等重要單元操作所需的設備，具有結構簡單、壓降小、效率高、能耗低及填料易用耐蝕材料制造等優點。 近年來，規整填料是填料塔發展的方向和主流。 己二胺是化工合成的重要原料， 用于有機合成、高分子化合物的聚合及化學試劑等領域。 高品質己二胺附加值高，下游市場需求強烈，尤其是民用絲市場。 目前國內高品質己二胺主要依賴進口，因此對原有設備實施改造， 提高己二胺產品品質，同時降低生產己二胺單位產品所產生的蒸汽消耗，極為迫切。 而對于分離高沸點或熱敏物系的真空蒸餾，由于其阻力較小，所以選用填料塔最合適，填料塔后續運行能耗低，長周期運行經濟劃算。

1 規整填料塔塔內構件的特性

規整填料塔塔內構件一般包括：

a. 規整填料。 規整填料以其特有的設備形狀，提供了較大的氣液介質接觸表面積，同時規定了氣液介質流路，減少了壁流和干錐現象的發生，從而提高了分離效率并降低了能耗。

b. 填料支撐裝置。填料支撐裝置對塔的操作性能和穩定性能影響很大，所以要求填料支撐裝置有足夠大的支撐截面且有良好的穩定性，用以支撐填料和液體的重力和沖擊力。 填料塔填料支撐裝置在塔內的安裝要求非常嚴格，特別是與塔體的焊接和連接， 要有足夠的安裝強度和牢固性。 填料支撐裝置安裝過程中要嚴控其水平度，支撐支座均勻分布并在與塔體焊接前測量調整好水平度。 填料支撐裝置安裝后要有專業質量技術人員檢查確認水平度，并做水平測量，將指標控制在設計范圍內。

c. 填料壓緊裝置。 為了限定填料在塔中的相對位置，防止填料受氣液流向沖擊而發生較大的振動、移位、碰撞從而導致變形或破損，需在填料上方安裝填料壓緊裝置，其中常用的填料壓緊裝置是柵板。 填料壓緊裝置的安裝水平度要求不高，但安裝緊固性要求較高，同時安裝時應考慮填料受熱后的膨脹量。

d. 液體分布裝置。液體分布裝置也稱液體分布器，為了使液體能夠均勻分布在填料上，以利于氣液兩相的充分接觸，在最上層填料的上部設置液體分布裝置，液體分布裝置一般安裝在塔頂填料層上表面0.3～1.0m 處， 以便留出足夠的空間，讓氣體不受約束地穿過液體分布裝置。 在實際工業生產和設備運轉中，填料塔內部極易產生程度不同的壁流和干錐現象，使兩相介質接觸不充分，為了減少和消除壁流，避免干錐現象的發生，提高塔的效率，填料必須分層，并在結構上設置液體再分布裝置，使物料重新均勻分布在整個塔截面上。

e. 氣體分布裝置。氣體分布裝置對于小直徑塔來說并不重要。 但對于大直徑的塔，氣體的分布則非常重要。 氣體分布不均勻會造成填料層內氣相的分流，使塔的分離效率嚴重下降，因此在設計時應給予足夠重視。 對于氣液混合物進料，設計氣體分布裝置時除了需要考慮使氣液均布之外，還應考慮降低氣相對液相的夾帶。

2 己二胺脫輕塔提質增效改造

根據生產實際中的原料組成數據和產品要求，利用熱力學數據庫，采用最新流程模擬軟件進行工藝模擬計算和水力學核算，得到的計算結果為原篩板塔理論板數不夠、篩板塔板效率較低（僅為30%）。 經工藝核算和現場數據校核，己二胺產品中的輕組分雜質（二氨基環己烷（DCH））、重組分雜質（不飽和鍵副產物（PI））均超標，其原因為：原脫輕塔效率較低，輕組分去除不徹底，導致產品塔中側線輕組分過高， 影響產品指標；脫輕塔原設計為篩板塔，壓降較大，對塔釜溫度控制不利。

本著節省投資的目的，在不改變原塔體的基礎上，采用先進技術將篩板塔改造為高效規整填料塔，改造的核心是脫輕塔內件改造：

a. 原塔設計為89 層篩板塔，在第79#、68#塔盤上方設置進料管；

b. 采用國內某高效高通量規整填料專利技術，其中精餾段設置1 段填料，提餾段設置3 段填料；

c. 塔頂設置回流分布管和槽式液體分布器的組合形式，兩段填料之間設置百葉窗式液體收集器和槽式液體分布器的組合形式，保證液體的收集再分布；

d. 支撐裝置和壓緊裝置安裝在每段填料的上、下位置。

圖1 改造后塔結構示意圖

改造后塔的結構如圖1 所示。 粗己二胺液體（雜質多）從進料口入，由上至下流動；經換熱器加熱的高溫己二胺物料從高沸器進口入，由下至上流動，從而使粗己二胺物料與高溫己二胺物料充分接觸而發生傳質過程。 經再沸器加熱后的高溫己二胺蒸氣從塔底往上走，遇到自上而下的脫輕塔液相進料和脫輕塔塔頂冷凝器冷凝后的回流液，它們在塔內高效規整填料上充分接觸熱交換后部分氣體液化跟隨回流液繼續下走、部分液體汽化上升， 這樣通過源源不斷的熱量供入，在層層高效規整填料上會達到一個穩定的氣液比，使輕組分在塔頂匯集，重組分在塔底匯集。 在塔頂根據物料平衡和產品質量要求， 氣態輕組分（DCH、水分等）從塔頂部管口流出，重組分（高品質己二胺）從底部排出。 通過安裝使用新型三級導板連通槽式液體分布器使液體沿塔截面均勻分布，通過使用雙向金屬折峰式波紋規整填料使氣液流路得到優化、比表面積增加，相間接觸效率提高，加大了氣液通量從而達到更高的傳質和傳熱效果，提高了塔的分離效率，降低了壓降。

3 改造效果

表1 改造前后產品的主要控制指標

設備實施改造前后，己二胺產品主要控制指標變化見表1。 可以看出， 中壓蒸汽單耗降低10.1%，產品質量躍升為國際領先水平。 產品品質提升后使銷售價格得到了提高、生產能耗得到了降低， 一年可直接產生300 余萬元的經濟效益，同時也大幅提高了下游產品的質量。

4 結束語

產品提質降耗是企業永恒的追求，己二胺脫輕塔改造時采用的高效規整填料塔技術具有高通量、高效率、低壓降及低能耗等良好的綜合技術性能，已成為填料塔發展的方向和主流，但大型化高效規整填料塔工業應用進展不快，規整填料長期運轉后出現的物料結焦堵塞問題難以處理。 在實際的項目建設和設備改造中，各企業應結合工藝流程和介質特性，從設備全生命周期費用和生產效益的角度進行綜合考慮，科學選用塔內構件。