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摘要：为解决MTO装置氧化物吸收塔氧化物吸收效果差，塔顶氧化物含量高，南京泰斯普公司对氧化物吸收塔塔内件进行了技术改造。改造后，进料满负荷生产，下塔水的循环量由140 t/h提高到了326 t/h，塔顶氧化物含量明显降低，通过优化低于设计值200ppm，处理量和产品指标均好于设计值。
关键词：MTO氧化物吸收塔;二甲醚;塔内件改造;F148复合孔微型阀高效塔板;辅助降液管
久泰能源（准格尔）有限公司MTO装置（MTO为甲醇制烯烃的简称）采用世界先进UOP工艺技术，装置内氧化物吸收塔C-302设计初衷利用大量水洗脱除产品气中氧化物（包括二甲醚、醛、酮、重油烯烃）。氧化物吸收塔C-302塔直径原设计为φ1700mm/2600mm，在同类MTO装置开车后UOP技术专家经核算将塔径放大，最终修改为φ1800/3000，塔盘型式由筛板塔盘修改为固阀塔盘。自2019年装置开车以来，C-302塔运行极不稳定，已经成为MTO装置平稳生产瓶颈，主要问题为：全塔压降设计值24.1KPa，实际生产中压降29KPa左右。塔内循环液相负荷不能提高到设计流量，设计液相两股水洗水360t/h+6.5t/h，实际生产中液相两股水洗水140t/h+6.5t/h。如果提高水洗水流量，塔压降迅速升高，塔顶气相流出物液相雾沫夹带和液泛;由于塔内液相水洗水流量不能提高，造成气相组份中二甲醚含量较高，较多二甲醚带到后续烯烃分离单元（pp塔），造成二甲醚浪费和后续单元生产波动。为解决该问题，2021年8月经南京泰斯普公司采用F148复合孔微型阀高效塔板技术对装置进行改造，改造后塔顶气相中的二甲醚从7000-9000ppm下降到200ppm以下，操作弹性明显增大，降低了物料损失，节约了产品成本，同时后续的烯烃分离装置问题也迎刃而解。
1 工艺模拟
对装置改造前应进行工艺模拟，模拟数据不准将导致操作点偏差，若偏差较大会导致改造的失败。工艺模拟采用PROII软件，热力学选用基团贡献法UNIFAC，以下为工艺模拟结果摘要。
2 装置改造
南京泰斯普公司采用的F148复合孔微型阀高效塔板技术包含微型浮阀和固定阀、鼓泡促进器、多折边降液管等多项技术。相对普通的浮阀塔板，具有高通量、高分离效果，处理量更大，操作更稳定，已成功应用于各类化工装置。
2.1喷射型导向梯形浮阀改造
将原使用的喷射型导向梯形浮阀，更换为F148复合孔微型阀高效塔盘。
喷射型导向梯形浮阀（SGTV）的特点为喷射型导向梯形浮阀塔盘是吸取条形浮阀、固舌和导向筛板等塔盘经验的基础上设计的。喷射型导向梯形浮阀吸收了V型栅板的特点，将矩形阀片改为梯形阀片，克服了V型栅板操作弹性小的缺点。但是在操作中，该阀由于尺寸较大，气液接触不充分，影响塔板板效率。
氧化物吸收塔C-302由于气相负荷较大，气相所夹带的氧化物含量较高，如何使气液相充分接触，提高接触的比表面积，从而提高塔板吸收效率是关键。本方案采用复合孔微型阀[1]。这种阀的尺寸已大大缩小，可增加气液接触比表面积;同时这种阀阀孔的周边改为由许多半圆孔组成的曲线，形成众多小孔叠加在大孔之上的复合孔结构。这样当气体流过阀孔时，会自动地被分割为许多小气流，再一次增加了气液相的传质界面，提高了塔板的传质效率。同时改造设计时提高了阀孔气速，使汽相在液相中充分搅动，提高了板效率。这种阀由于面积小，充分保证了较低的塔压降。
2.2降液管改造
经过工艺模拟，使各塔的分离效率达到设计值，依据模拟数据核算塔内件水力学，结果显示塔径可以满足设计工况，但降液管宽度不够，无法满足进料360t/h的液相循环量，因该体系为液相控制，液相流量相当大，因此降液管宽度要适当扩大，以满足设计要求。
将原来的垂直降液管改为多折边倾斜降液管[2]。普通垂直降液管的缺点是可导致塔板上液相流动不均，形成液相流动死区。为消除该死区，降液管采用多折边倾斜降液管设计。这种降液管的两侧与一般垂直或倾斜降液管一样，因而在精馏塔内可以利用塔内已焊接的降液管支撑板，顶部与普通降液管一樣为弓形，自上而下向塔壁处倾斜，底部为一多折边细长条，通过调节各段的宽度，使液体流动分布均匀。这种降液管增加了有效活性面积和液体流程长度，增加了通量和气液接触时间，大大改善了塔板的处理能力和传质效率。
由于消除了液相流动死区，使塔板上的液相流动接近于柱塞流，塔板具有较强的自洁性，适应于含固相、易自聚及粘稠介质的分离。
2.3辅助降液管装置
该塔下塔循环段液相负荷特别大，要实现360吨/小时的液相负荷还是比较困难的，为止须采用南京泰斯普专利辅助降液管技术-一种高通量 TSP-F 辅助降液管装置[3]，使用该技术后有部分液相从辅助降液管流过，这样就加大了降液管液相的流通能力。
2.4增加鼓泡促进器
原塔板在降液管出口处未设置任何鼓泡装置，导致从降液管出来的清液在降液管附近对气相的流动阻力大于鼓泡区，形成气相流动死区。在降液管出口处，塔板液体入口区安装三维鼓泡促进器[4]。通过三维鼓泡促进器促使气液相在降液管出口处迅速鼓泡，消除气相死区，增加塔板的有效区域，从而增加传质、传热效果，提高了塔板板效率。
3 改造后工艺数据
根据C-302氧化物吸收塔设计目的，为了洗涤DME、醛酮等氧化物。在塔盘气液解除洗涤过程中，气相烯烃中少量C5+组份有机物因为密度较大与醛酮氧化物相似相容的关系，少量随洗涤水进入到塔底，并且因为密度比水密度小，长时间漂浮在洗涤水上层表面，长周期运行过程中塔底水层逐渐积聚大量重烃油层。
原设计有撇油口但是无撇油挡板内件，撇油效果较差，长时间积聚的油层造成塔底液位计失灵或者与实际液位偏离值较大，无法实时监控塔底液位，对装置安全运行带来一定隐患。增加撇油挡板，实时保证撇油口上方附近油层液面稳定，间断撇除塔底工艺水液面漂浮油层，避免液位计失灵情况发生。通过实际运行改造后效果良好，塔底液位准确稳定。 表1为改造后装置标定主要工艺控制参数，改造后均符合工艺模拟设计值，充分说明工艺模拟是准确的，塔盘的设计点即最佳操作点。标定值个别指标因操作控制不够平稳，导致个别超标，但均在可控范围之内，操作上还要加强优化。
从表2可以看出，装置经过改造，进料满负荷运行平稳，实现了满负荷生产，下塔水的循环量由140 t/h提高到了326 t/h（为了节能可控），塔顶氧化物含量明显降低，通过优化低于设计值200ppm，均优于设计值。
4 结论
MTO装置通过本次技术改造后，氧化物吸收塔塔顶气相组份的氧化物含量明显优于改造之前，尤其是二甲醚的含量大幅下降，宣布改造取得圆满成功。同时也证明F148复合孔微型阀高效塔板[5]由复合孔微型阀，多折边降液管、鼓泡促进器组成，多折边降液管消除了塔板液相死区，鼓泡促进器消除了气相死区，加大了传质和传热效果，提高了塔板板效率，辅助降液管技术使受限的降液管扩大液相的流通能力。
MTO装置改造后氧化物吸收塔顶气相中氧化物明显降低，塔的负荷操作弹性明显增大。塔頂气相中二甲醚DME被洗涤，对后续烯烃分离系统丙烯塔减轻操作压力，洗涤的二甲醚被回收至MTO反应器重新反应转化为乙烯+丙烯产品，增加MTO装置双烯收率，预计为公司每年增加效益数千万元。
参考文献
[1]范忠良.复合孔微型阀高效塔板[P].中国专利，CN2372032Y.2000-04-05.
[2]邓家爱，郭宝林，焦金锋等.V型降液管[P].中国专利，CN102698456A.2012-10-03.
[3]焦金锋，赵杰，陈军旭等.一种高通量 TSP-F 辅助降液管装置[P].中国专利，CN212039075U.2020-12-01.
[4]邓家爱，郭宝林，焦金锋等.三维鼓泡促进器[P].中国专利，CN102671405A.2012-09-19.
[5]美国精馏研究公司（FRACTIONATION RESEARCH，INC.） Topical Report No.148
作者简介：王启明（1985—），男，汉族，河南人，化学工业与工艺专业本科毕业，工程师。现从事化工生产及技术管理工作。
关键词：MTO氧化物吸收塔;二甲醚;塔内件改造;F148复合孔微型阀高效塔板;辅助降液管
久泰能源（准格尔）有限公司MTO装置（MTO为甲醇制烯烃的简称）采用世界先进UOP工艺技术，装置内氧化物吸收塔C-302设计初衷利用大量水洗脱除产品气中氧化物（包括二甲醚、醛、酮、重油烯烃）。氧化物吸收塔C-302塔直径原设计为φ1700mm/2600mm，在同类MTO装置开车后UOP技术专家经核算将塔径放大，最终修改为φ1800/3000，塔盘型式由筛板塔盘修改为固阀塔盘。自2019年装置开车以来，C-302塔运行极不稳定，已经成为MTO装置平稳生产瓶颈，主要问题为：全塔压降设计值24.1KPa，实际生产中压降29KPa左右。塔内循环液相负荷不能提高到设计流量，设计液相两股水洗水360t/h+6.5t/h，实际生产中液相两股水洗水140t/h+6.5t/h。如果提高水洗水流量，塔压降迅速升高，塔顶气相流出物液相雾沫夹带和液泛;由于塔内液相水洗水流量不能提高，造成气相组份中二甲醚含量较高，较多二甲醚带到后续烯烃分离单元（pp塔），造成二甲醚浪费和后续单元生产波动。为解决该问题，2021年8月经南京泰斯普公司采用F148复合孔微型阀高效塔板技术对装置进行改造，改造后塔顶气相中的二甲醚从7000-9000ppm下降到200ppm以下，操作弹性明显增大，降低了物料损失，节约了产品成本，同时后续的烯烃分离装置问题也迎刃而解。
1 工艺模拟
对装置改造前应进行工艺模拟，模拟数据不准将导致操作点偏差，若偏差较大会导致改造的失败。工艺模拟采用PROII软件，热力学选用基团贡献法UNIFAC，以下为工艺模拟结果摘要。
2 装置改造
南京泰斯普公司采用的F148复合孔微型阀高效塔板技术包含微型浮阀和固定阀、鼓泡促进器、多折边降液管等多项技术。相对普通的浮阀塔板，具有高通量、高分离效果，处理量更大，操作更稳定，已成功应用于各类化工装置。
2.1喷射型导向梯形浮阀改造
将原使用的喷射型导向梯形浮阀，更换为F148复合孔微型阀高效塔盘。
喷射型导向梯形浮阀（SGTV）的特点为喷射型导向梯形浮阀塔盘是吸取条形浮阀、固舌和导向筛板等塔盘经验的基础上设计的。喷射型导向梯形浮阀吸收了V型栅板的特点，将矩形阀片改为梯形阀片，克服了V型栅板操作弹性小的缺点。但是在操作中，该阀由于尺寸较大，气液接触不充分，影响塔板板效率。
氧化物吸收塔C-302由于气相负荷较大，气相所夹带的氧化物含量较高，如何使气液相充分接触，提高接触的比表面积，从而提高塔板吸收效率是关键。本方案采用复合孔微型阀[1]。这种阀的尺寸已大大缩小，可增加气液接触比表面积;同时这种阀阀孔的周边改为由许多半圆孔组成的曲线，形成众多小孔叠加在大孔之上的复合孔结构。这样当气体流过阀孔时，会自动地被分割为许多小气流，再一次增加了气液相的传质界面，提高了塔板的传质效率。同时改造设计时提高了阀孔气速，使汽相在液相中充分搅动，提高了板效率。这种阀由于面积小，充分保证了较低的塔压降。
2.2降液管改造
经过工艺模拟，使各塔的分离效率达到设计值，依据模拟数据核算塔内件水力学，结果显示塔径可以满足设计工况，但降液管宽度不够，无法满足进料360t/h的液相循环量，因该体系为液相控制，液相流量相当大，因此降液管宽度要适当扩大，以满足设计要求。
将原来的垂直降液管改为多折边倾斜降液管[2]。普通垂直降液管的缺点是可导致塔板上液相流动不均，形成液相流动死区。为消除该死区，降液管采用多折边倾斜降液管设计。这种降液管的两侧与一般垂直或倾斜降液管一样，因而在精馏塔内可以利用塔内已焊接的降液管支撑板，顶部与普通降液管一樣为弓形，自上而下向塔壁处倾斜，底部为一多折边细长条，通过调节各段的宽度，使液体流动分布均匀。这种降液管增加了有效活性面积和液体流程长度，增加了通量和气液接触时间，大大改善了塔板的处理能力和传质效率。
由于消除了液相流动死区，使塔板上的液相流动接近于柱塞流，塔板具有较强的自洁性，适应于含固相、易自聚及粘稠介质的分离。
2.3辅助降液管装置
该塔下塔循环段液相负荷特别大，要实现360吨/小时的液相负荷还是比较困难的，为止须采用南京泰斯普专利辅助降液管技术-一种高通量 TSP-F 辅助降液管装置[3]，使用该技术后有部分液相从辅助降液管流过，这样就加大了降液管液相的流通能力。
2.4增加鼓泡促进器
原塔板在降液管出口处未设置任何鼓泡装置，导致从降液管出来的清液在降液管附近对气相的流动阻力大于鼓泡区，形成气相流动死区。在降液管出口处，塔板液体入口区安装三维鼓泡促进器[4]。通过三维鼓泡促进器促使气液相在降液管出口处迅速鼓泡，消除气相死区，增加塔板的有效区域，从而增加传质、传热效果，提高了塔板板效率。
3 改造后工艺数据
根据C-302氧化物吸收塔设计目的，为了洗涤DME、醛酮等氧化物。在塔盘气液解除洗涤过程中，气相烯烃中少量C5+组份有机物因为密度较大与醛酮氧化物相似相容的关系，少量随洗涤水进入到塔底，并且因为密度比水密度小，长时间漂浮在洗涤水上层表面，长周期运行过程中塔底水层逐渐积聚大量重烃油层。
原设计有撇油口但是无撇油挡板内件，撇油效果较差，长时间积聚的油层造成塔底液位计失灵或者与实际液位偏离值较大，无法实时监控塔底液位，对装置安全运行带来一定隐患。增加撇油挡板，实时保证撇油口上方附近油层液面稳定，间断撇除塔底工艺水液面漂浮油层，避免液位计失灵情况发生。通过实际运行改造后效果良好，塔底液位准确稳定。 表1为改造后装置标定主要工艺控制参数，改造后均符合工艺模拟设计值，充分说明工艺模拟是准确的，塔盘的设计点即最佳操作点。标定值个别指标因操作控制不够平稳，导致个别超标，但均在可控范围之内，操作上还要加强优化。
从表2可以看出，装置经过改造，进料满负荷运行平稳，实现了满负荷生产，下塔水的循环量由140 t/h提高到了326 t/h（为了节能可控），塔顶氧化物含量明显降低，通过优化低于设计值200ppm，均优于设计值。
4 结论
MTO装置通过本次技术改造后，氧化物吸收塔塔顶气相组份的氧化物含量明显优于改造之前，尤其是二甲醚的含量大幅下降，宣布改造取得圆满成功。同时也证明F148复合孔微型阀高效塔板[5]由复合孔微型阀，多折边降液管、鼓泡促进器组成，多折边降液管消除了塔板液相死区，鼓泡促进器消除了气相死区，加大了传质和传热效果，提高了塔板板效率，辅助降液管技术使受限的降液管扩大液相的流通能力。
MTO装置改造后氧化物吸收塔顶气相中氧化物明显降低，塔的负荷操作弹性明显增大。塔頂气相中二甲醚DME被洗涤，对后续烯烃分离系统丙烯塔减轻操作压力，洗涤的二甲醚被回收至MTO反应器重新反应转化为乙烯+丙烯产品，增加MTO装置双烯收率，预计为公司每年增加效益数千万元。
参考文献
[1]范忠良.复合孔微型阀高效塔板[P].中国专利，CN2372032Y.2000-04-05.
[2]邓家爱，郭宝林，焦金锋等.V型降液管[P].中国专利，CN102698456A.2012-10-03.
[3]焦金锋，赵杰，陈军旭等.一种高通量 TSP-F 辅助降液管装置[P].中国专利，CN212039075U.2020-12-01.
[4]邓家爱，郭宝林，焦金锋等.三维鼓泡促进器[P].中国专利，CN102671405A.2012-09-19.
[5]美国精馏研究公司（FRACTIONATION RESEARCH，INC.） Topical Report No.148
作者简介：王启明（1985—），男，汉族，河南人，化学工业与工艺专业本科毕业，工程师。现从事化工生产及技术管理工作。