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DJ塔板可解除气体净化装置瓶颈
2019-08-14 阅读：次
气体净化装置的脱硫塔、脱碳塔的液气比都比较大，又有硫膏堵塞问题。因此扩能的瓶颈是通液能力和抗堵功能。采用新型薄壁厚的散堆填料，可以有效地提高通量和比表面积。采用规整填料代换散堆填料也可以解除通量瓶颈。而采用 DJ塔板可 以同时解除通量和抗堵两个瓶颈。DJ塔板具有多根矩形悬挂式降液管．溢 流堰比一般塔板长 2～5倍 。液流通道直通无死角，是一种高液通量且不易堵的的新型塔板。目前已有 3O余座气体净化装置的塔器 ，以 DJ塔板成功地代换了常规塔板或填料 。达到了扩能增效的目的。
近些年来，为了满足农业生产对化肥需求的增长，取得增产增效的规模效应，化肥厂纷纷进行扩能改造。在扩能中，气体净化装置包括半水煤气的脱硫和变换气的脱硫脱碳，由于其液气比都比较大，因此瓶颈就突出地表现为通液能力的不足。这些操作常有硫膏堵塞问题，因此瓶颈还表现在塔内件抗堵功能的不足。
对于各种常规的塔板，通液能力的大小取决于塔板降液管结构的设计，一般要求降液管的尺寸要足够大，对于较大的塔，尽量采用双溢流或四溢流。例如林德公司设计的甲醇洗塔系，就有 8O9，6以上 的塔段是采用双溢流或四溢流的。
对于各种常规的散装填料，通液能力的大小取决于填料品种的选择。一般来说，空隙率高的填料具有较高的通液能力，但也会使比表面积相对减少。近代性能良的各种格子结构型散堆填料将通量和效率地结合起来，在工业生产中应用较为广泛。减薄材料厚度也能使散堆填料的通量和效率得到兼顾,毕力特L1]提出了空隙率、比表面积和化工填料材料厚度的关系图，见图 1。例 如诺顿公司的多种规格的不锈钢英特洛克斯填料就都将材料厚度减薄为0.4mm.
规整填料的发展使大通量和高效率得到近乎的结合。大量的精馏和吸收系统塔器采用了规整填料，取得了既提高通量又提高分离纯度的效果。但是规整填料有不抗堵的弱点，一旦堵塞清理也很困难。另外，对于脱碳塔，常在 1～2MPa以上 的压力下操作，加压操作的规整填料大塔会出现异常的纵向返混和效率低沟现象。因此在脱硫脱碳塔系中采用规整填料要特别谨慎。
论是散堆填料或是规整填料，都还有一种提前液泛的现象。如江苏灵谷化肥厂的碳丙脱碳塔，原采用 5O阶梯环，一般只能通过年产 7Okt合成氨的气量。但是按的 Eckert泛 点压降通用关联图计算，即使到年产 80kt合成氨，填料塔的泛点率也 58 。塔器毕力特L1就曾指出，泛点关联式只能用于一定的负荷范围(负荷参数<4)才足够精确和充分，超过此值，相转变发生，在相对高的液体负荷下，使液体分散相变为连续相，气体则变为分散相。在上述的脱碳塔中负荷参数即气液流动参数已达到 9．95，肯定 早已发生相转变。这种相转变引起提前液泛的现象使工程设计必须加大系数。
2O世纪 6O年代，出现了一种高通量的多降液 管塔板，且不易堵口 。至今，国内外多降液管塔板的技术已有 10余项[5]。本文将介绍的 DJ塔板也是这一类塔板，是浙江工业大学研究开发的塔板 ]，在 解除气体净化装置瓶颈中已得到成功的应用。
1 DJ塔板及其性能
1．1 DJ塔板的结构特点
DJ塔板结构的主要特点在降液管的形状和设置上。降液管为矩形，布置在塔板的中间。降液管底部并不沉浸在下层液体中，而是悬挂在气相空间，用底部开孔面积来控制降液管内液层高度，以保证液封不漏气。由于液体直接从底孔淋降到下一层塔板上，不需折转，故具有抗堵功能。每层塔板可设一根或多根降液管，相邻两板的降液管互成垂直排列。DJ塔板的另一个结构特点是受液区也开孔鼓泡，开的孔型为诱导式斜孔，以免液体直接淋降下来引起冲击漏液。
对于具有抗堵功能的 DJ一2型塔 板，在受液区的外侧加装导流板，以改善液体的初始分布。DJ一2型塔板的结构如图 2所示。
1．2 DJ塔板的流体力学性能特点
DJ塔板的性能特点主要体现在其高通量的流体力学性能上。由于降液管布置在塔板中间，其溢流堰长为常规弓形降液管的 2～5倍 ，又由于受液区也鼓泡传质，因此，DJ塔板的通量大，尤其液体通量大，一般可提高通量 309／5～ 50 。DJ塔板的负荷性能图如图 3、图 4所示。由图中可见，其降液管液泛线比浮阀塔的要开阔得多。扩建时，浮阀塔板已不能胜任，DJ塔板尚有较大的余量。由于高液负荷下，溢流堰长，溢流强度和板上泡沫层不会过高，
因此，雾沫夹带线也比常规塔板高些。在图中，雾沫夹带线位置较高，塔板的操作上限是受降液管液泛线控制。图 3的雾沫夹带线很高，已超出图形范围，故未标出。
图 4 蒸氨塔改造前后浮阀与 DJ塔 板性能对比
1一液流下限线 l2一严重漏液线 l3一液流上限线 l 4一降液管液泛线 l5一过务雾沫夹带线 l6一降液管自封线图中：实线表示 D 塔板 l虚线表示浮阀塔板DJ塔板的流体力学特性可归纳为如下几点：
a)通量大，尤其液体通量大。比一般塔板可提高通量 30 ～50
b)塔板压降低，板间距小，可比一般塔板低20 ～30 ，对高液气比操作，尤其显著；
c)操作稳定，当气液负荷变化时，液层波动小，板压降变化小；
d)由于液体旋转 90度流动，且有导流板引导，气液分布均匀，气液流动有自分布能力和抗干扰能力；
e)有抗堵功能，流动无死角，采用大孔径筛板，可处理含颗粒或膏状物的物料。
2 DJ塔板在气体净化中的应用
2．1 DJ一2型塔板在各种脱碳塔中的应用
目前在中、小化肥厂中运行的 DJ型 脱碳塔已有近 30余座 ，其中包括水洗脱碳，丙碳脱碳，热钾碱脱碳，MDEA 法脱碳等。典型的实例如下：
a)浙江杭州良渚化肥总厂 1600的丙碳脱碳塔，采用 DJ一2型塔板代换塑料矩鞍环，通过气量从4台 L3．3机提高到 6台机，降低了溶剂用量，实现年节电 74万 ，年增效益 137万 元，还解决了硫膏堵塞问题。
b)在浙江巨化、开封、石家庄等中氮厂中，有 9 座 2800的水洗脱碳塔，以 DJ塔板代换螺旋双溢流斜孔塔板，溢流周边增加 2．4倍 ，处理能力提高了30 。
c)湖北双环化工集团公司和湖南大乘资氮化肥厂 2200的热钾碱脱碳塔，以 DJ一2型塔板代换原浮阀塔板，实现扩能 20 。
d)湖北当阳化肥厂、河南尉氏化肥厂、江苏宜兴灵谷化肥厂、河南偃师商都化肥厂、河南漯河化肥厂等的碳丙脱碳塔都采用 DJ一2型 塔板代换填料，实现了扩能增效。其中江苏宜兴灵谷化肥厂的
2400脱碳塔达到了年产 100kt合成氨的能力。
2．2 DJ一2型塔板在脱硫塔中的应用
浙江江山化工总厂 1600的半 水煤气脱硫塔，
以 DJ一2型塔板代换毛竹拉西环，提高通量 30 ，解决了堵塞问题 (正常运行 7年)。
湖北当阳化肥厂将 3200的 变换炉改造成为变换气脱硫塔，采用 DJ一2型塔板 ，已正常运行了 5年。
河南尉氏化肥厂 2400的 DJ型 变换气脱硫塔，与 2000的 DJ型脱碳 塔配套生产，已正常运行3年。
2．3 DJ塔板在乙二醇水洗塔中的应用
扬子石化公司乙二醇装置的 T1l5塔 ，直径为5．4m，采用 DJ一2型塔板代换原四溢流的浮阀塔板，溢流周边由 19m提高到 37m，鼓泡面积占全塔面积的百分比由 73 提高到 87 ，实现了扩能
20 。
2．4 DJ一3型塔板在含碳稀氨水处理中的应
用
安庆石化总厂化肥厂的含碳稀氨水处理装置，采用 DJ一3型 塔板代换浮阀塔板，不实现扩能
30 以上，还节省了蒸气消耗量。排放的水达到了脱碳、脱氨和脱醇的要求，可直接进人阳离子床，作锅炉用水使用。
3 结 语
气体净化以及各种物系的分离，给 DJ技 术提供了广阔的应用天地。实践表明，DJ塔板确实在解除气体净化装置的通量和堵塞的瓶颈中表现良。如果没有堵塞问题，DJ塔板还有其他系列可供选择，如复合填料的 DJ一3型 塔板，具有固定阀的 DJ一5型塔板，具有齿边浮阀的 DJ一8型塔板等，都在高通量和高效率相结合方面具有更良的性能。
近些年来，为了满足农业生产对化肥需求的增长，取得增产增效的规模效应，化肥厂纷纷进行扩能改造。在扩能中，气体净化装置包括半水煤气的脱硫和变换气的脱硫脱碳，由于其液气比都比较大，因此瓶颈就突出地表现为通液能力的不足。这些操作常有硫膏堵塞问题，因此瓶颈还表现在塔内件抗堵功能的不足。
对于各种常规的塔板，通液能力的大小取决于塔板降液管结构的设计，一般要求降液管的尺寸要足够大，对于较大的塔，尽量采用双溢流或四溢流。例如林德公司设计的甲醇洗塔系，就有 8O9，6以上 的塔段是采用双溢流或四溢流的。
对于各种常规的散装填料，通液能力的大小取决于填料品种的选择。一般来说，空隙率高的填料具有较高的通液能力，但也会使比表面积相对减少。近代性能良的各种格子结构型散堆填料将通量和效率地结合起来，在工业生产中应用较为广泛。减薄材料厚度也能使散堆填料的通量和效率得到兼顾,毕力特L1]提出了空隙率、比表面积和化工填料材料厚度的关系图，见图 1。例 如诺顿公司的多种规格的不锈钢英特洛克斯填料就都将材料厚度减薄为0.4mm.
规整填料的发展使大通量和高效率得到近乎的结合。大量的精馏和吸收系统塔器采用了规整填料，取得了既提高通量又提高分离纯度的效果。但是规整填料有不抗堵的弱点，一旦堵塞清理也很困难。另外，对于脱碳塔，常在 1～2MPa以上 的压力下操作，加压操作的规整填料大塔会出现异常的纵向返混和效率低沟现象。因此在脱硫脱碳塔系中采用规整填料要特别谨慎。
论是散堆填料或是规整填料，都还有一种提前液泛的现象。如江苏灵谷化肥厂的碳丙脱碳塔，原采用 5O阶梯环，一般只能通过年产 7Okt合成氨的气量。但是按的 Eckert泛 点压降通用关联图计算，即使到年产 80kt合成氨，填料塔的泛点率也 58 。塔器毕力特L1就曾指出，泛点关联式只能用于一定的负荷范围(负荷参数<4)才足够精确和充分，超过此值，相转变发生，在相对高的液体负荷下，使液体分散相变为连续相，气体则变为分散相。在上述的脱碳塔中负荷参数即气液流动参数已达到 9．95，肯定 早已发生相转变。这种相转变引起提前液泛的现象使工程设计必须加大系数。
2O世纪 6O年代，出现了一种高通量的多降液 管塔板，且不易堵口 。至今，国内外多降液管塔板的技术已有 10余项[5]。本文将介绍的 DJ塔板也是这一类塔板，是浙江工业大学研究开发的塔板 ]，在 解除气体净化装置瓶颈中已得到成功的应用。
1 DJ塔板及其性能
1．1 DJ塔板的结构特点
DJ塔板结构的主要特点在降液管的形状和设置上。降液管为矩形，布置在塔板的中间。降液管底部并不沉浸在下层液体中，而是悬挂在气相空间，用底部开孔面积来控制降液管内液层高度，以保证液封不漏气。由于液体直接从底孔淋降到下一层塔板上，不需折转，故具有抗堵功能。每层塔板可设一根或多根降液管，相邻两板的降液管互成垂直排列。DJ塔板的另一个结构特点是受液区也开孔鼓泡，开的孔型为诱导式斜孔，以免液体直接淋降下来引起冲击漏液。
对于具有抗堵功能的 DJ一2型塔 板，在受液区的外侧加装导流板，以改善液体的初始分布。DJ一2型塔板的结构如图 2所示。
1．2 DJ塔板的流体力学性能特点
DJ塔板的性能特点主要体现在其高通量的流体力学性能上。由于降液管布置在塔板中间，其溢流堰长为常规弓形降液管的 2～5倍 ，又由于受液区也鼓泡传质，因此，DJ塔板的通量大，尤其液体通量大，一般可提高通量 309／5～ 50 。DJ塔板的负荷性能图如图 3、图 4所示。由图中可见，其降液管液泛线比浮阀塔的要开阔得多。扩建时，浮阀塔板已不能胜任，DJ塔板尚有较大的余量。由于高液负荷下，溢流堰长，溢流强度和板上泡沫层不会过高，
因此，雾沫夹带线也比常规塔板高些。在图中，雾沫夹带线位置较高，塔板的操作上限是受降液管液泛线控制。图 3的雾沫夹带线很高，已超出图形范围，故未标出。
图 4 蒸氨塔改造前后浮阀与 DJ塔 板性能对比
1一液流下限线 l2一严重漏液线 l3一液流上限线 l 4一降液管液泛线 l5一过务雾沫夹带线 l6一降液管自封线图中：实线表示 D 塔板 l虚线表示浮阀塔板DJ塔板的流体力学特性可归纳为如下几点：
a)通量大，尤其液体通量大。比一般塔板可提高通量 30 ～50
b)塔板压降低，板间距小，可比一般塔板低20 ～30 ，对高液气比操作，尤其显著；
c)操作稳定，当气液负荷变化时，液层波动小，板压降变化小；
d)由于液体旋转 90度流动，且有导流板引导，气液分布均匀，气液流动有自分布能力和抗干扰能力；
e)有抗堵功能，流动无死角，采用大孔径筛板，可处理含颗粒或膏状物的物料。
2 DJ塔板在气体净化中的应用
2．1 DJ一2型塔板在各种脱碳塔中的应用
目前在中、小化肥厂中运行的 DJ型 脱碳塔已有近 30余座 ，其中包括水洗脱碳，丙碳脱碳，热钾碱脱碳，MDEA 法脱碳等。典型的实例如下：
a)浙江杭州良渚化肥总厂 1600的丙碳脱碳塔，采用 DJ一2型塔板代换塑料矩鞍环，通过气量从4台 L3．3机提高到 6台机，降低了溶剂用量，实现年节电 74万 ，年增效益 137万 元，还解决了硫膏堵塞问题。
b)在浙江巨化、开封、石家庄等中氮厂中，有 9 座 2800的水洗脱碳塔，以 DJ塔板代换螺旋双溢流斜孔塔板，溢流周边增加 2．4倍 ，处理能力提高了30 。
c)湖北双环化工集团公司和湖南大乘资氮化肥厂 2200的热钾碱脱碳塔，以 DJ一2型塔板代换原浮阀塔板，实现扩能 20 。
d)湖北当阳化肥厂、河南尉氏化肥厂、江苏宜兴灵谷化肥厂、河南偃师商都化肥厂、河南漯河化肥厂等的碳丙脱碳塔都采用 DJ一2型 塔板代换填料，实现了扩能增效。其中江苏宜兴灵谷化肥厂的
2400脱碳塔达到了年产 100kt合成氨的能力。
2．2 DJ一2型塔板在脱硫塔中的应用
浙江江山化工总厂 1600的半 水煤气脱硫塔，
以 DJ一2型塔板代换毛竹拉西环，提高通量 30 ，解决了堵塞问题 (正常运行 7年)。
湖北当阳化肥厂将 3200的 变换炉改造成为变换气脱硫塔，采用 DJ一2型塔板 ，已正常运行了 5年。
河南尉氏化肥厂 2400的 DJ型 变换气脱硫塔，与 2000的 DJ型脱碳 塔配套生产，已正常运行3年。
2．3 DJ塔板在乙二醇水洗塔中的应用
扬子石化公司乙二醇装置的 T1l5塔 ，直径为5．4m，采用 DJ一2型塔板代换原四溢流的浮阀塔板，溢流周边由 19m提高到 37m，鼓泡面积占全塔面积的百分比由 73 提高到 87 ，实现了扩能
20 。
2．4 DJ一3型塔板在含碳稀氨水处理中的应
用
安庆石化总厂化肥厂的含碳稀氨水处理装置，采用 DJ一3型 塔板代换浮阀塔板，不实现扩能
30 以上，还节省了蒸气消耗量。排放的水达到了脱碳、脱氨和脱醇的要求，可直接进人阳离子床，作锅炉用水使用。
3 结 语
气体净化以及各种物系的分离，给 DJ技 术提供了广阔的应用天地。实践表明，DJ塔板确实在解除气体净化装置的通量和堵塞的瓶颈中表现良。如果没有堵塞问题，DJ塔板还有其他系列可供选择，如复合填料的 DJ一3型 塔板，具有固定阀的 DJ一5型塔板，具有齿边浮阀的 DJ一8型塔板等，都在高通量和高效率相结合方面具有更良的性能。
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