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塔器分离高效节能
发布时间:2017/07/20 阅读次数:0

我国炼油、石化行业大型塔器分离装置整体技术水平落后国外的状况已经成为历史。南京大学等创造性地将分离过程中的能耗与塔板的结构参数、塔板传质动力学、流体力学等建立了直接的数学关联,站在理论的高度指导分离塔器新塔板的研制,并基于此研发出超级浮阀塔板(SVT),让与塔器分离相关的所有工业过程都受益,也让中国塔器分离装备从只能仿制国外一跃成为该领域的国际领头羊。该成果因此获得了2011年度国家科技进步奖二等奖。

在石化和化工生产过程中,原料纯化、产品分离、排放物无害化资源化处理等都需要进行分离操作。分离工程也因此与反应工程并称为化学工程的两大支柱。塔器分离为热分离过程,是耗能的主要单元,在化工生产装置的总能耗中所占比例较大。因此,塔器分离效率、通量、阻力降的高低对石化和化工企业的节能减排成效至关重要,而决定上述塔器性能的关键是传质元件。

“现有的板式塔存在通量较小、效率偏低、能耗较高等弊病。过去的百年中,无论是美日欧,还是我国,研发一款新型塔板都是基于经验法,而经验法的先天缺陷使其难以真正研发出先进高效的塔板分离装备。从非平衡热力学理论入手研发新型超级塔板装备,是占领世界板式塔技术制高点的一条最根本、最具技术突破性的道路,但也是最难走的一条技术路线。我们的团队在国际上首次使用非平衡热力学理论中熵增速率目标函数法研制出了超级浮阀塔板。”项目第一完成人、南京大学张志炳教授说。

实际生产证明,在同样的塔器分离过程中,SVT是能耗最低的塔板传质元件,它同时具备高效率、高通量、低压降、宽操作弹性等特点。以苯和甲苯的分离过程为例,与传统装置相比,同样大小的SVT装置,处理通量可以提高36%,效率可以提高18%~20%,操作弹性比原来高一倍,综合节能达15%~16%。

为便于工程设计和批量生产,张志炳团队进一步研发了SVT的工业设计软件和专用磨具、生产线。据了解,SVT目前已推广应用于60余套装置,分布在石化、煤化工、冶金、化肥、制药、纺织等多个行业,遍及18个省区。截至2010年12月,已累计回收正丁醇等有机溶剂105万吨;减排氮氧化物(NOx)气体43.5万吨,制取50%的硝酸145万吨循环使用;已节能相当于18.15万吨标准煤(年均3.138万吨);已节水325万吨(年均50万吨)。自1998年以来,累计新增产值229.28亿元,新增利税45.71亿元。近3年的利税合计20.6亿元。

在SVT等新装备的基础上,张志炳团队继而又研发了NOx资源化处理、二甲基乙酰胺超高纯化、低含量有机溶剂回收等多项节能减排新工艺技术系统。

俗称“黄龙”的NOx是大气主要污染源之一,国内外普遍用高温催化还原法处理,需要消耗大量的热能和贵金属催化剂,吨处理成本在1000~10000美元,且效率很难达到95%。“我们独创的MOAPTS工艺技术系统将NOx废气引入到安装有SVT塔板的反应吸收处理系统中,常温下不加任何催化剂,不需任何化学溶剂,只要往系统里鼓入空气、加入适量水,就可以将NOx捕集下来制成硝酸。”张志炳说,该工艺在中石油、中石化和中科院5家企业应用表明,NOx活性组分的转化率高达99.5%以上,与美国的SCR和日本的NPCP等技术相比,吨处理成本不到其1/10。

此外,他们开发的ISAD工艺技术系统解决了氨纶生产中的危险品二甲基乙酰胺(DMAc)的回收难题,获得的DMAc纯度为99.995%,完全达到医用级氨纶所要求的标准。该技术不仅扭转了国内企业仅能从日、美、韩进口的局面,而且被国外在华企业纷纷采用,被专家评价为国际同类技术最好水平。

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