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立体传质塔板 研究开发进展： 新型双层喷射立体传质塔板 CTST 在催化裂化装置各塔的成功应用. 河北工业大学 化学工程研究所 塔器技术研究推广中心 李春利. 化 学 工 程 研 究 所 塔器技术研究推广中心. 河北工业大学.
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立体传质塔板 研究开发进展： 新型双层喷射立体传质塔板CTST 在催化裂化装置各塔的成功应用 河北工业大学 化学工程研究所 塔器技术研究推广中心 李春利
化 学 工 程 研 究 所 塔器技术研究推广中心 河北工业大学 河北工业大学是河北省唯一的进入全国“211”重点建设工程的高校，河北工业大学化学工程研究所、塔器技术研究推广中心具有多年的理论研究及丰富的工程设计经验，具有一、二类压力容器的设计资质。 立体传质塔板 CTST是我们经多年研究开发出的系列专利塔板， 已在石化、化工、制药、化肥等行业成功应用1000余座塔。
立体传质塔板CTST是河北工业大学化学工程研究所研究开发的具有自主知识产权的高效塔板，已获得多项专利立体传质塔板CTST是河北工业大学化学工程研究所研究开发的具有自主知识产权的高效塔板，已获得多项专利 分离板 喷射通道 喷射罩 端板 喷射板 底隙
双层CTST 研究开发 随着现代化工的发展，工业生产的技术改造、扩产项目中急需的塔板性能主要集中体现如下： 处理能力或生产能力大，用于大型装置的扩能改造； 效率高，提高产品质量，降低环境污染； 能耗低，节能； 适应性广，适于企业发展和现代化工的需要。
研究开发平台建设 • 为国内系列最完善、装置最大； Ф 200、 Ф 300、 Ф 600、 Ф 1000、 Ф 2600， • 用于塔板技术理论研究、创新开发； 硕士点：化学工程，化工机械，化学工艺 • 博士点：化学工程，化学工艺
立体传质塔板研究开发进展： 新型双层喷射 CTST 结构（特点）示意图 喷射通道
新型双层 CTST 在塔内的安装情况 喷射通道
立体传质塔板CTST是河北工业大学研究开发的具有自主知识产权的高效塔板，已获得多项专利立体传质塔板CTST是河北工业大学研究开发的具有自主知识产权的高效塔板，已获得多项专利 分离板 喷射通道 喷射罩 端板 喷射板 底隙
双层导向 CTST 操作机理 上喷射通道 下喷射通道 1, 气体将液体提升拉膜 2. 液体被破碎 3. 喷射：在下喷射通道和上喷射通道 同时进行 4. 下喷射通道喷射出后有对喷作用，与流动方向垂直； 上喷射通道喷出的液体与液体流动方向平行； 5. 气、液分离
新型双层 CTST 在塔内的安装情况 喷射通道
雾沫夹带研究 罩内流场 立体结构的优化－专利 传质效率研究 液体提升量研究 压力分布与压降研究 漏液 板上液体流场研究 新型立体传质塔板是对传统塔板技术的具有革命性的发展与创新
新型双层喷射 CTST 的特点： 1 雾沫夹带量低，气速上限高，空塔动能因子可达 3.5 Pa0.5 特殊的双层分离板结构，使罩内流场得到了优化，罩内漩涡减少，能量损失降低。喷射的初始气速低，雾沫夹带小 CTST 的罩内流场 CFD 模拟 新型双层喷射 CTST 的罩内 CFD 流场模拟
2 液相通量大 新型双层喷射立体传质塔板与单层分离板立体传质塔板相比，最上一层的喷射起到了液体导向的作用，所以双层喷射立体传质塔板降低了塔板上的液体流速，允许更大的液体流率。在实验室内，采用空气-水物系在开孔率10％、塔板间距350mm、塔径φ600的塔内水力学研究也证明，最大降液管溢流强度可以达到150m3/m.h。
3 板压降低 （开孔率 10%），比CTST 低 15% 左右 F1 CTST 双层－CTST
中油华北石化 催化装置扩能改造 项目 扩能 要求： Ⅱ催化：加工能力从 60 提高到 120 万吨/年 Ⅲ催化：加工能力从 100 提高到 160万吨/年 改造方案：用CTST 塔板替换原塔板： 采用 双层CTST 改造项目：催化精馏塔 Φ3800 和 Φ4600 CTST 改造项目：吸收塔、解吸塔、再吸收塔、汽 提塔
80000 700 气相 75000 液相 600 70000 500 65000 -1 -1 .h .h 400 3 3 60000 液相负荷 m 气相负荷 m 300 55000 200 50000 100 45000 40000 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 理论塔板数 中油华北石化 催化装置扩能改造 的难度分析： Ⅲ催化：加工能力从 100 提高到 160万吨/年 液化气收率从 13% 提高到 17% 核算表明，气相负荷比改造前提高 80%以上 在第十五层理论板处，空塔动能因子达到 3.2 Pa0.5 液相负荷达到 610 m3/h， 溢流强度达到 130 m3/m.h
III 催化 扩能改造结果 塔的改造措施：仅将原浮阀和舌型塔板更换为 双层CTST，降液管等均不变。 该装置已于 2006 年 运行并进行了标定。 1 、 加工能力从 100 万吨/年 扩能到 160 万吨/年 2 、全塔压降 仅 24 kPa 3 、塔板分离效率高： 汽柴油分离精度比较好： 汽油 95%点和柴油 5%点脱空达 5℃以上 油浆中小于 350 ℃的馏分在 3%以下 4 、由于是在原有装置上的扩能改造， 投资少、施工期短。
华北石化催化分馏塔改造结论： 1 、新型双层喷射 CTST 具有 处理能力大、塔板压降低、雾沫夹带小等优点； 2 、新型双层喷射 CTST 在中油华北石化 160 万吨 催化分馏塔及吸收稳定系统中成功应有， 空塔动能因子 突破 3.2 Pa0.5，溢流强度突破 130 m3/h.m 3 、成功的应用表明，在 大型装置的 扩能改造中， 新型CTST 可为 大 气 液相负荷 塔内件的改造 提供技术支持。
CTST 系列 高效 塔板优越性能： • ● 处理能力大：可达F1浮阀的150-250%； • 空塔动能因子可达3.7 m/s(kg/m3)0.5 • ● 效率高：比F1浮阀高10%以上； • ● 板压降低：低于F1浮阀30%以上，可用于减压场合； • ● 操作弹性大：可达5.4-7.2； • ● 具有消泡性能：适于处理易发泡物料； • ● 特别具备抗堵塞能力：可处理含固体颗粒易自聚物料
CTST在石化行业中的应用 常压塔（扩能） 催化裂化（扩能） 含硫污水（扩能，抗堵） 干气脱硫和胺液再生（扩能，除沫） 催化重整 乙二醇装置
CTST在制药行业中的应用 应用场合： 甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、丁酯、乙酯、甲苯、DMA、DMF、NMP、二氯甲烷、乙腈、丙酮、硅醚等精馏塔 （提高分离效率，降低排放） 应用厂家： 华北制药集团、石家庄制药集团、哈尔滨制药集团、东北制药总厂、山东鲁抗、上海三维、西安利君集团、山东齐鲁、山东新时代、广东星湖科技等
CTST在化工行业的应用（扩能，新建） 维尼纶行业：湖南湘维有限公司、山西三维有限公司、贵州有机化工总厂、安徽皖维有限公司、福建有机化工、云南云维有限公司、江西化纤有限公司、兰州维尼纶有限公司、重庆川维 聚氯乙烯行业：10 万吨，20万吨等：西安化工厂、沧州化学化工集团公司、遵义烧碱厂、新疆烧碱厂、济源树脂厂、平顶山树脂厂、新乡树脂厂、冀东化工厂、鲁西化肥厂、吉林四平化工厂、包头明日科技公司等。
已被列入国家科技部重大攻关项目 国家科技部重点科技成果推广项目 希望在以后的工作中加强交流、加强联系、相互促进，共同提高！谢 谢！
研究开发出的高效、节能新工艺（发明专利） 双效精馏新工艺，已在华药、石药等企业成功应用，节能约50%； 反应与精馏耦合的新反应精馏工艺，节能，提高装置效率，提高收率； 制药溶媒回收新工艺，达到节能、降耗、减少环境污染的效果。
加水 低沸物 3 、 部分混溶物系的分离：如乙酯＋甲醇＋水（乙酯，乙醇） 废溶媒性质：含甲醇、乙酯、水 回收要求：乙酯，甲醇：水分<0.5%，色级<5# 原回收工艺： 水洗 去除甲醇 精馏 精馏 废溶媒 乙酯成品 含甲醇、乙酯废水 新工艺：丁醇丁酯直接分离 粗丁酯 乙酯成品 精馏 萃取精馏 废水 废溶媒 稀甲醇 精馏 甲醇成品 新工艺与老工艺之比： • 老工艺只回收乙酯，排掉或卖掉含甲醇和乙酯的废水，不回收甲醇，乙酯收率低； • 新工艺几乎不损失乙酯，并回收甲醇，溶媒损失很小。
4 、双效精馏 节能的效果： （1）比单效精馏节能40-50% （2）已成功用于甲醇回收、乙醇、异丙醇回收等。
制药生产中溶媒回收技术应用情况 青霉素、阿莫西林、泰勒菌素、红霉素等 酸水塔、丁醇回收、丁酯回收、乙酯回收 二氯甲烷回收、三乙胺回收、MIBK回收 林可霉素： 丁醇回收、丙酮回收 阿维菌素： 甲醇回收、乙醇回收、丙酮回收 VC： 甲醇双效、乙醇回收 7-ACA,7-ADCA，头孢等半合抗等 二氯甲烷连续精馏、甲醇回收 异丙醇回收、丙酮回收 甲苯回收、乙腈回收 硅醚回收 碳酸二甲酯回收 N,N二甲基苯胺回收 在制药过程中成功应用CTST和先进的精馏技术，设计300多座塔，达到了提高处理量、提高溶媒收率、降低能耗、延长操作周期的效果。
我校在精馏和溶媒回收方面的科研成果水平： 1、已被列入多项国家和省市项目： 国家科技部重大攻关项目 国家科技部重点科技成果推广项目 2、获“河北省科技进步一等奖”， “天津市科技进步一等奖”等
立体传质塔板CTST在全国百余家大中型企业 成功应用千余座塔 苏丹喀什穆炼油厂 希望在以后的工作中加强交流、加强联系、相互促进，共同提高！ 谢 谢！
经专家鉴定认为， CTST的性能达到了 国际领先水平。
2007年1月，河北省政府授予 “河北省科学技术突出贡献奖”
CTST在石化行业中的应用 常减压系统 催化裂化 含硫污水 干气脱硫和胺液再生 催化重整 乙二醇装置
CTST在石化行业中的应用 一、常减压系统 1、 2001年8月，大连石化分公司二蒸馏改造：初馏塔φ2600、常压塔φ4200，46层浮阀塔改造，原处理量 280万吨/年，扩产要求达到 450万吨/年，改造后保证值为 260-550万吨/年。 2、洛阳石化总厂初馏塔扩改： 2000年4月 成功运行，从350 万吨/年扩产到 500 万吨/年。原塔为 φ3200，20 层浮阀塔板，在原塔外壳及降液管均不变的条件下，仅将塔板更换为CTST塔板，目前已经标定到 500 万吨/年，我们的设计保证值为 250-600万吨/年。 3、锦州石化公司常压塔，φ3500，改造后在160-400万吨/年正常操作，开车后全塔压降只有改造前的50%，轻油拔出率达到44%，和改造前相比提高了2%。
CTST在石化行业中的应用 4、独山子石化公司60万吨/年加氢裂化常压塔，新设计，塔径φ2800/1600，60层CTST塔板，满足常压塔进料91吨/小时加工量，并可在设计值80～170％范围内正常操作。 5、四川南充炼油厂 常压蒸馏装置，初馏塔φ1200，常压塔φ1800，原设计45万吨/年，仅将原塔板更换为CTST塔板，改造后可在50～85万吨/年范围内正常操作。2003年9月一次开车成功。 6、济南炼油厂初馏塔φ2600 、常压汽提塔φ1200 ：改造保证值 210-550 万吨/年，2001年4月开车。 常压塔φ3800：CTST取代泽华改型浮阀塔板，改造后操作范围为 260-550万吨/年，2004年4月开车。 7、庆阳炼化 常压塔φ2200，由50万吨/年，提高到100万吨/年，且可在60－130万吨/年范围内操作。
CTST在石化行业中的应用 二、催化裂化装置 1、中石油华北分公司：三催化，催化分馏塔（Φ4200） 31层塔盘、吸收塔（Φ2200） 30层塔盘、解吸塔（Φ2800） 30层塔盘、再吸收塔（Φ1400） 30层塔盘和汽提塔（Φ1400） 4层塔盘。原设计加工能力100万吨/年，采用我校研制、开发的专利技术——CTST立体传质塔板系列（大气量塔板、大液量塔板和高负荷塔板），在原塔外壳、塔板数、板间距、降液管及塔板支撑件均不变的条件下，对各塔进行了扩产改造，现扩产到160万吨/年，2006年5月开车成功，2006年12月完成标定。 Ⅱ催化：催化分馏塔（Φ3800） 31层塔盘、吸收塔（Φ1600） 30层塔盘、解吸塔（Φ2200） 30层塔盘和汽提塔（Φ1200） 4层塔盘原设计催化裂化加工能力60万吨/年，现扩产到120万吨/年，2006年10月开车成功。
CTST在石化行业中的应用 二、催化裂化装置 2、青岛石化：分馏塔φ4200，原塔31层浮阀塔板，仅更换为CTST塔板后，处理量从100万吨/年提高到140万吨/年，同时适应液化气收率为25％的高气体收率，已经完成设备加工，将于近日安装开车。 3、山东利津石化：分馏塔φ2400，原塔28层条形浮阀塔板，仅更换为CTST塔板，处理量从20万吨/年提高到40万吨/年。 4、四川南充炼油厂，分馏塔φ2400，将ADV浮阀仅更换为CTST塔板，满足40万吨/年加工能力，目前开车后达到42万吨/年。 5、山东东明石化，分馏塔φ1400/φ1600，原塔28层条形浮阀塔板，仅更换为CTST塔板，处理量为25t/h,此时空塔动能因子为3.5（详细内容见2003年第1期“山东化工”23页）。 6、庆阳炼化，吸收塔（φ1200 ）、稳定塔（φ1400 / φ1600 ）解吸塔（φ1600）、再吸收塔 （φ800 ），替代规整填料，处理量为45万吨/年，操作范围25～50万吨/年。
CTST在石化行业中的应用 三、含硫污水汽提塔扩产改造 济南炼油厂原含硫污水汽提塔为φ1800/φ2000，44层浮阀塔板，处理量为 90 t/h；在原塔外壳、降液管均不变的条件下，仅将塔板更换为 CTST，处理量提高一倍达 180 t/h，且可在 60-180 t/h的范围内稳定运行。 齐鲁石化胜利炼油厂：φ1000/2000，60-140 t/h 大连石化： φ2000， 60-140 t/h 独山子炼油厂：φ900/φ1200，20-69 t/h 洛阳石化： φ1000，两套，20-55 t/h 锦州石化： φ1800， 60-160t/h 湖南长岭： φ1600/φ1200，60-150 t/h 锦西石化： φ1200/φ1000，25-55 t/h 石家庄炼油厂：φ1600/φ1200，40-100 t/h
CTST在石化行业中的应用 四、干气脱硫和胺液再生 1、济南石化公司脱硫塔：新设计， φ 1400，22层CTST塔板，可满足焦化处理能力50~100万吨/年焦化气加氢气(1740kg/h)的要求； 再生塔：新设计， φ 1600， 27层塔板，可满足60~150t/h的处理量，并且完全解决了溶剂再生易发泡问题。 2、北京燕山石化胺液再生塔：φ1200，两套，仅用CTST替代原浮阀塔板，溶剂处理能力达40~70t/h。 3、齐鲁石化焦化干气脱硫塔：φ1400，仅用CTST塔板代替浮阀塔板，干气处理量12000Nm3/h；再生塔：φ1800，仅用CTST塔板代替ADV浮阀塔板，满足50～120t/h胺液再生能力； 4、齐鲁石化胺液再生塔：φ1800，仅用CTST塔板替代ADV浮阀塔板，可以满足胺液处理能力100t/h的要求，并且改造后该塔可在50～120t/h范围内正常操作。 4、石家庄炼油厂干气脱硫：φ1200，20层浮阀塔板，仅更换为CTST塔板，处理量最小为5025kg/h，最大7257kg/h。
CTST在石化行业中的应用 五、催化重整 1、石家庄炼油厂：非芳烃分馏塔原塔为φ1000，54 层浮阀塔板，处理量为 4.6 t/h；在原塔外壳及降液管均不变的条件下，仅将塔板更换为CTST，标定结果如下：（1）处理能力提高一倍：改造后处理量可达 4 ~ 9.8 t/h，处理量提高了 113%，操作空塔动能因子超过 3.0；且6#、120#溶剂油的质量指标提高，具体表现为二者的馏程重叠小，易于操作控制。（2）收率提高，装置负荷在 4.6 ~ 9.8 t/h 范围变化时，总收率从66.15%提高到 72.49%；（3） 压降小、抗波动能力强。CTST 塔盘的压降在达 113%负荷（改造以前处理能力为基准），时仅为 44 kPa，与改造前 相当。 2、济南石化分公司：重整预分馏塔原塔φ1200/1600，仅用CTST塔板代替原浮阀塔板，处理能力可以满足15～30万吨/年重整料（15万吨/年时拔出率为8％， 30万吨/年时拔出率为38％ ）。 3、石家庄炼油厂：预分馏塔、脱戊烷塔原塔均为φ1600/1200，30 层浮阀塔板；仅将塔板更换为CTST，处理能力可满足15～40万吨/年重整料。
CTST在石化行业中的应用 六、其它应用情况 1、天津乙烯厂：2001年，天津联化公司乙二醇装置中环氧乙烷EO吸收塔、解析塔、EO精馏塔、乙二醇三效蒸发塔等共七塔采用CTST进行了扩产改造。 其中EO精制塔原为浮阀塔板，φ1300，板间距 350mm，改造要求提高处理量 80%，EO 含量 99.996 %；改造仅更换塔板为CTST，降液管等均保持不变；改造后，EO 产量从 2.75 t/h 提高到 5.3 t/h, 产量提高了 93%，EO 含量达到 99.996% 以上，经核算空塔动能因子达到 3.2 Pa0.5。 2、北京燕山石化乙烯厂：EO精制塔原为浮阀塔板φ1000，95层塔板，板间距 300mm，改造仅更换塔板为CTST大气量塔板，降液管等均保持不变；改造后，EO 产量从 6000吨/年 提高到17000吨/年, EO产品浓度到 99.996% 以上。 3、加氢精制分馏塔：锦州石化、石家庄炼油厂、乌石化 4、异丙醇系统4塔：锦州石化 5、苯甲酸预分馏塔：石家庄炼油厂 6、糠醛精制塔：燕山石化集团
推广应用实例 天津石化集团乙烯厂乙二醇装置扩产项目 天津石化集团乙烯厂乙二醇装置为壳牌成套进口设备，扩产改造，其中EO吸收塔C203、EO解吸C204塔要求在塔径不变的情况下，提高EO产量30%；EG闪蒸、浓缩塔C401、C402、C403及C406处理能力扩大50%；EO精馏塔C302要求提高处理量80%。
推广应用实例 天津石化集团乙烯厂乙二醇装置扩产项目 EO精制塔C302为69层塔板，塔径1300mm，板间距350mm，改造前最大空塔动能因子为1.7，已达浮阀塔板的操作上限。采用新型CTST，最大的空塔动能因子已达3.3，产品浓度大于99.996%。环氧乙烷生产能力由2.2万吨/年提高到4.2万吨/年，提高了90%，为企业创造了巨大的经济效益。
推广应用实例 大连石化常压塔扩改，塔径D4200，更换塔板后，将原油处理能力从280万吨/年提高到550万吨/年。
CTST在抗生素制药行业中的应用 应用场合： 甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、丁酯、乙酯、甲苯、DMA、DMF、NMP、二氯甲烷、乙腈、丙酮、硅醚等精馏塔 应用厂家： 华北制药集团、石家庄制药集团、哈尔滨制药集团、东北制药总厂、山东鲁抗、上海三维、西安利君集团、山东齐鲁、山东新时代、广东星湖科技等
CTST在化工行业的应用 维尼纶行业：湖南湘维有限公司、山西三维有限公司、贵州有机化工总厂、安徽皖维有限公司、福建有机化工、云南云维有限公司、江西化纤有限公司、兰州维尼纶有限公司、重庆川维 聚氯乙烯行业：10 万吨，20万吨等：西安化工厂、沧州化学化工集团公司、遵义烧碱厂、新疆烧碱厂、济源树脂厂、平顶山树脂厂、新乡树脂厂、冀东化工厂、鲁西化肥厂、吉林四平化工厂、包头明日科技公司等。
