MTO裝置氧化物吸收塔塔內件技術改造淺談

王啟明　焦金鋒　趙杰

摘要：為解決MTO裝置氧化物吸收塔氧化物吸收效果差，塔頂氧化物含量高，南京泰斯普公司對氧化物吸收塔塔內件進行了技術改造。改造后，進料滿負荷生產，下塔水的循環量由140 t/h提高到了326 t/h，塔頂氧化物含量明顯降低，通過優化低于設計值200ppm，處理量和產品指標均好于設計值。

關鍵詞：MTO氧化物吸收塔;二甲醚;塔內件改造;F148復合孔微型閥高效塔板;輔助降液管

久泰能源（準格爾）有限公司MTO裝置（MTO為甲醇制烯烴的簡稱）采用世界先進UOP工藝技術，裝置內氧化物吸收塔C-302設計初衷利用大量水洗脫除產品氣中氧化物（包括二甲醚、醛、酮、重油烯烴）。氧化物吸收塔C-302塔直徑原設計為φ1700mm/2600mm，在同類MTO裝置開車后UOP技術專家經核算將塔徑放大，最終修改為φ1800/3000，塔盤型式由篩板塔盤修改為固閥塔盤。自2019年裝置開車以來，C-302塔運行極不穩定，已經成為MTO裝置平穩生產瓶頸，主要問題為：全塔壓降設計值24.1KPa，實際生產中壓降29KPa左右。塔內循環液相負荷不能提高到設計流量，設計液相兩股水洗水360t/h+6.5t/h，實際生產中液相兩股水洗水140t/h+6.5t/h。如果提高水洗水流量，塔壓降迅速升高，塔頂氣相流出物液相霧沫夾帶和液泛;由于塔內液相水洗水流量不能提高，造成氣相組份中二甲醚含量較高，較多二甲醚帶到后續烯烴分離單元（pp塔），造成二甲醚浪費和后續單元生產波動。為解決該問題，2021年8月經南京泰斯普公司采用F148復合孔微型閥高效塔板技術對裝置進行改造，改造后塔頂氣相中的二甲醚從7000-9000ppm下降到200ppm以下，操作彈性明顯增大，降低了物料損失，節約了產品成本，同時后續的烯烴分離裝置問題也迎刃而解。

1 工藝模擬

對裝置改造前應進行工藝模擬，模擬數據不準將導致操作點偏差，若偏差較大會導致改造的失敗。工藝模擬采用PROII軟件，熱力學選用基團貢獻法UNIFAC，以下為工藝模擬結果摘要。

2 裝置改造

南京泰斯普公司采用的F148復合孔微型閥高效塔板技術包含微型浮閥和固定閥、鼓泡促進器、多折邊降液管等多項技術。相對普通的浮閥塔板，具有高通量、高分離效果，處理量更大，操作更穩定，已成功應用于各類化工裝置。

2.1噴射型導向梯形浮閥改造

將原使用的噴射型導向梯形浮閥，更換為F148復合孔微型閥高效塔盤。

噴射型導向梯形浮閥（SGTV）的特點為噴射型導向梯形浮閥塔盤是吸取條形浮閥、固舌和導向篩板等塔盤經驗的基礎上設計的。噴射型導向梯形浮閥吸收了V型柵板的特點，將矩形閥片改為梯形閥片，克服了V型柵板操作彈性小的缺點。但是在操作中，該閥由于尺寸較大，氣液接觸不充分，影響塔板板效率。

氧化物吸收塔C-302由于氣相負荷較大，氣相所夾帶的氧化物含量較高，如何使氣液相充分接觸，提高接觸的比表面積，從而提高塔板吸收效率是關鍵。本方案采用復合孔微型閥。這種閥的尺寸已大大縮小，可增加氣液接觸比表面積;同時這種閥閥孔的周邊改為由許多半圓孔組成的曲線，形成眾多小孔疊加在大孔之上的復合孔結構。這樣當氣體流過閥孔時，會自動地被分割為許多小氣流，再一次增加了氣液相的傳質界面，提高了塔板的傳質效率。同時改造設計時提高了閥孔氣速，使汽相在液相中充分攪動，提高了板效率。這種閥由于面積小，充分保證了較低的塔壓降。

2.2降液管改造

經過工藝模擬，使各塔的分離效率達到設計值，依據模擬數據核算塔內件水力學，結果顯示塔徑可以滿足設計工況，但降液管寬度不夠，無法滿足進料360t/h的液相循環量，因該體系為液相控制，液相流量相當大，因此降液管寬度要適當擴大，以滿足設計要求。

將原來的垂直降液管改為多折邊傾斜降液管。普通垂直降液管的缺點是可導致塔板上液相流動不均，形成液相流動死區。為消除該死區，降液管采用多折邊傾斜降液管設計。這種降液管的兩側與一般垂直或傾斜降液管一樣，因而在精餾塔內可以利用塔內已焊接的降液管支撐板，頂部與普通降液管一樣為弓形，自上而下向塔壁處傾斜，底部為一多折邊細長條，通過調節各段的寬度，使液體流動分布均勻。這種降液管增加了有效活性面積和液體流程長度，增加了通量和氣液接觸時間，大大改善了塔板的處理能力和傳質效率。

由于消除了液相流動死區，使塔板上的液相流動接近于柱塞流，塔板具有較強的自潔性，適應于含固相、易自聚及粘稠介質的分離。

2.3輔助降液管裝置

該塔下塔循環段液相負荷特別大，要實現360噸/小時的液相負荷還是比較困難的，為止須采用南京泰斯普專利輔助降液管技術-一種高通量 TSP-F 輔助降液管裝置，使用該技術后有部分液相從輔助降液管流過，這樣就加大了降液管液相的流通能力。

2.4增加鼓泡促進器

原塔板在降液管出口處未設置任何鼓泡裝置，導致從降液管出來的清液在降液管附近對氣相的流動阻力大于鼓泡區，形成氣相流動死區。在降液管出口處，塔板液體入口區安裝三維鼓泡促進器。通過三維鼓泡促進器促使氣液相在降液管出口處迅速鼓泡，消除氣相死區，增加塔板的有效區域，從而增加傳質、傳熱效果，提高了塔板板效率。

3 改造后工藝數據

根據C-302氧化物吸收塔設計目的，為了洗滌DME、醛酮等氧化物。在塔盤氣液解除洗滌過程中，氣相烯烴中少量C5+組份有機物因為密度較大與醛酮氧化物相似相容的關系，少量隨洗滌水進入到塔底，并且因為密度比水密度小，長時間漂浮在洗滌水上層表面，長周期運行過程中塔底水層逐漸積聚大量重烴油層。

原設計有撇油口但是無撇油擋板內件，撇油效果較差，長時間積聚的油層造成塔底液位計失靈或者與實際液位偏離值較大，無法實時監控塔底液位，對裝置安全運行帶來一定隱患。增加撇油擋板，實時保證撇油口上方附近油層液面穩定，間斷撇除塔底工藝水液面漂浮油層，避免液位計失靈情況發生。通過實際運行改造后效果良好，塔底液位準確穩定。

表1為改造后裝置標定主要工藝控制參數，改造后均符合工藝模擬設計值，充分說明工藝模擬是準確的，塔盤的設計點即最佳操作點。標定值個別指標因操作控制不夠平穩，導致個別超標，但均在可控范圍之內，操作上還要加強優化。

從表2可以看出，裝置經過改造，進料滿負荷運行平穩，實現了滿負荷生產，下塔水的循環量由140 t/h提高到了326 t/h（為了節能可控），塔頂氧化物含量明顯降低，通過優化低于設計值200ppm，均優于設計值。

4 結論

MTO裝置通過本次技術改造后，氧化物吸收塔塔頂氣相組份的氧化物含量明顯優于改造之前，尤其是二甲醚的含量大幅下降，宣布改造取得圓滿成功。同時也證明F148復合孔微型閥高效塔板由復合孔微型閥，多折邊降液管、鼓泡促進器組成，多折邊降液管消除了塔板液相死區，鼓泡促進器消除了氣相死區，加大了傳質和傳熱效果，提高了塔板板效率，輔助降液管技術使受限的降液管擴大液相的流通能力。

MTO裝置改造后氧化物吸收塔頂氣相中氧化物明顯降低，塔的負荷操作彈性明顯增大。塔頂氣相中二甲醚DME被洗滌，對后續烯烴分離系統丙烯塔減輕操作壓力，洗滌的二甲醚被回收至MTO反應器重新反應轉化為乙烯+丙烯產品，增加MTO裝置雙烯收率，預計為公司每年增加效益數千萬元。

參考文獻

[1]范忠良.復合孔微型閥高效塔板[P].中國專利，CN2372032Y.2000-04-05.

[2]鄧家愛，郭寶林，焦金鋒等.V型降液管[P].中國專利，CN102698456A.2012-10-03.

[3]焦金鋒，趙杰，陳軍旭等.一種高通量 TSP-F 輔助降液管裝置[P].中國專利，CN212039075U.2020-12-01.

[4]鄧家愛，郭寶林，焦金鋒等.三維鼓泡促進器[P].中國專利，CN102671405A.2012-09-19.

[5]美國精餾研究公司（FRACTIONATION RESEARCH，INC.）? Topical Report No.148

作者簡介：王啟明（1985—），男，漢族，河南人，化學工業與工藝專業本科畢業，工程師?，F從事化工生產及技術管理工作。