《基于高效复合塔板的大规模蒸馏过程强化关键新技术及工业化应用》

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化工过程强化是解决传统化工高能耗、高物耗和高污染的有效手段,也是当今化学工程领域研究的重点和热点。然而对于占化工能耗50%以上的蒸馏过程,现有大型蒸馏设备难以满足“十三五”化工行业节能降耗和产业升级的更高要求。作为蒸馏设备强化,复合塔板技术克服了塔板和填料的缺点,优势互补,是21世纪大型蒸馏设备强化获取跨越式突破的希望,但目前能工业化应用的板型却寥寥无几。

在国家973项目、国家自然基金、中石油和中石化等项目支持下,经过20多年持续攻关,通过气液相界面调控与强化,发明了系列高效复合塔板、配套塔内件及以其为基础的高效节能降耗新分离耦合工艺,经420多座塔器应用,在节能降耗和提质增效方面取得显著成效。金涌、费维扬院士等鉴定认为项目总体达到国际领先水平。

1.创建以“塔板和填料体系高效耦合方法”、“气液相分散传质调控强化方法”和“微纳尺度气液表面更新传质模型”为基础的复合塔板微纳尺度传质理论;通过相分散与界面更新调控,发明系列复合塔板及配套塔内件,气液传质由毫米尺度提升到微纳尺度,传质面积、时间和更新速率提高2-3个数量级,从理论和实践上解决了蒸馏塔高效、高通量、高弹性、低压降和大型化难题,实现蒸馏设备强化。

①通过界面更新调控,发明NS并流复合塔板技术,实现倾斜长条立体塔板与规整填料耦合,解决了填料多级并流传质和塔板高效高通量高弹性低压降性能匹配的难题。与业界公认的F1高效浮阀塔板相比,最大开孔率提高≥2倍,效率提高≥30%,压降降低≥35%,操作弹性≥5倍,通量提高≥4倍,是国际上首例标志塔板操作上限的“空塔动能因子”参数突破6.0的塔板。

②通过界面分散调控,发明国际上首例适合大型塔器的全混级、高效、低压降、大通量的NS穿流复合塔板技术,实现H型双层错排复合穿流筛板与规整填料耦合,解决了塔板大型化结构和安装难题。操作压降仅为F1浮阀塔板的1/6、通量提高≥2倍,效率≥95%,操作弹性≥5倍,适用于减压、常压和加压不同工况;并建立基于点效率的非平衡级模型,解决了塔器理论计算难题。

③针对不同操作工况与工艺需求,发明了国际上首例高效提馏专用塔板、填料化浮阀塔板、高效抗堵塞脱过热专用塔板、入口液体可控分布的新型降液管、开孔率大于50%的低压降液体收集器等配套塔内件,从整塔结构上保证了系列复合塔板高性能的实现。

2.以高效复合塔板为基础,通过工艺设备一体化发明系列高效节能降耗新分离耦合工艺,解决了多相气液热质传递平衡与反应平衡的协同强化难题,实现蒸馏过程强化。

①将系列高效复合塔板及配件集成与工艺调控耦合,发明了基于清晰切割的常减压深拔新技术,在柴油和蜡油收率均提高≥3个百分点的时,降低能耗≥10%。

②将高效复合塔板及配件与反应过程耦合,发明了用于混合碳四反应精馏制仲丁醇、炼厂干气塔式悬浮床络合回收乙稀等系列高效节能降耗新反应分离工艺,降低能耗≥40%,降低投资≥50%。

项目授权发明专利56项、实用新型28项,出版专著3部,发表论文156篇,SCI/EI收录86篇,培养博硕士65名,已被中石化SEI、中石油CEI和中海油ENPAL等多家设计院推荐和采用,在中石化、中石油和中海油等80多家企业420座不同类型塔器中应用,仅4家典型应用单位近三年净增销售额24.9亿元、利润7.6亿元,节能2.5亿元,提升了我国化工过程强化技术核心竞争力,为化工行业节能降耗和产业升级提供了支撑。

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