高效规整填料在己二胺提质降耗生产中的应用

程传成 赵时超

（河南神马尼龙化工有限责任公司）

填料塔是化工生产传质、分离过程等重要单元操作所需的设备，具有结构简单、压降小、效率高、能耗低及填料易用耐蚀材料制造等优点。 近年来，规整填料是填料塔发展的方向和主流。 己二胺是化工合成的重要原料， 用于有机合成、高分子化合物的聚合及化学试剂等领域。 高品质己二胺附加值高，下游市场需求强烈，尤其是民用丝市场。 目前国内高品质己二胺主要依赖进口，因此对原有设备实施改造， 提高己二胺产品品质，同时降低生产己二胺单位产品所产生的蒸汽消耗，极为迫切。 而对于分离高沸点或热敏物系的真空蒸馏，由于其阻力较小，所以选用填料塔最合适，填料塔后续运行能耗低，长周期运行经济划算。

1 规整填料塔塔内构件的特性

规整填料塔塔内构件一般包括：

a. 规整填料。 规整填料以其特有的设备形状，提供了较大的气液介质接触表面积，同时规定了气液介质流路，减少了壁流和干锥现象的发生，从而提高了分离效率并降低了能耗。

b. 填料支撑装置。填料支撑装置对塔的操作性能和稳定性能影响很大，所以要求填料支撑装置有足够大的支撑截面且有良好的稳定性，用以支撑填料和液体的重力和冲击力。 填料塔填料支撑装置在塔内的安装要求非常严格，特别是与塔体的焊接和连接， 要有足够的安装强度和牢固性。 填料支撑装置安装过程中要严控其水平度，支撑支座均匀分布并在与塔体焊接前测量调整好水平度。 填料支撑装置安装后要有专业质量技术人员检查确认水平度，并做水平测量，将指标控制在设计范围内。

c. 填料压紧装置。 为了限定填料在塔中的相对位置，防止填料受气液流向冲击而发生较大的振动、移位、碰撞从而导致变形或破损，需在填料上方安装填料压紧装置，其中常用的填料压紧装置是栅板。 填料压紧装置的安装水平度要求不高，但安装紧固性要求较高，同时安装时应考虑填料受热后的膨胀量。

d. 液体分布装置。液体分布装置也称液体分布器，为了使液体能够均匀分布在填料上，以利于气液两相的充分接触，在最上层填料的上部设置液体分布装置，液体分布装置一般安装在塔顶填料层上表面0.3～1.0m 处， 以便留出足够的空间，让气体不受约束地穿过液体分布装置。 在实际工业生产和设备运转中，填料塔内部极易产生程度不同的壁流和干锥现象，使两相介质接触不充分，为了减少和消除壁流，避免干锥现象的发生，提高塔的效率，填料必须分层，并在结构上设置液体再分布装置，使物料重新均匀分布在整个塔截面上。

e. 气体分布装置。气体分布装置对于小直径塔来说并不重要。 但对于大直径的塔，气体的分布则非常重要。 气体分布不均匀会造成填料层内气相的分流，使塔的分离效率严重下降，因此在设计时应给予足够重视。 对于气液混合物进料，设计气体分布装置时除了需要考虑使气液均布之外，还应考虑降低气相对液相的夹带。

2 己二胺脱轻塔提质增效改造

根据生产实际中的原料组成数据和产品要求，利用热力学数据库，采用最新流程模拟软件进行工艺模拟计算和水力学核算，得到的计算结果为原筛板塔理论板数不够、筛板塔板效率较低（仅为30%）。 经工艺核算和现场数据校核，己二胺产品中的轻组分杂质（二氨基环己烷（DCH））、重组分杂质（不饱和键副产物（PI））均超标，其原因为：原脱轻塔效率较低，轻组分去除不彻底，导致产品塔中侧线轻组分过高， 影响产品指标；脱轻塔原设计为筛板塔，压降较大，对塔釜温度控制不利。

本着节省投资的目的，在不改变原塔体的基础上，采用先进技术将筛板塔改造为高效规整填料塔，改造的核心是脱轻塔内件改造：

a. 原塔设计为89 层筛板塔，在第79#、68#塔盘上方设置进料管；

b. 采用国内某高效高通量规整填料专利技术，其中精馏段设置1 段填料，提馏段设置3 段填料；

c. 塔顶设置回流分布管和槽式液体分布器的组合形式，两段填料之间设置百叶窗式液体收集器和槽式液体分布器的组合形式，保证液体的收集再分布；

d. 支撑装置和压紧装置安装在每段填料的上、下位置。

图1 改造后塔结构示意图

改造后塔的结构如图1 所示。 粗己二胺液体（杂质多）从进料口入，由上至下流动；经换热器加热的高温己二胺物料从高沸器进口入，由下至上流动，从而使粗己二胺物料与高温己二胺物料充分接触而发生传质过程。 经再沸器加热后的高温己二胺蒸气从塔底往上走，遇到自上而下的脱轻塔液相进料和脱轻塔塔顶冷凝器冷凝后的回流液，它们在塔内高效规整填料上充分接触热交换后部分气体液化跟随回流液继续下走、部分液体汽化上升， 这样通过源源不断的热量供入，在层层高效规整填料上会达到一个稳定的气液比，使轻组分在塔顶汇集，重组分在塔底汇集。 在塔顶根据物料平衡和产品质量要求， 气态轻组分（DCH、水分等）从塔顶部管口流出，重组分（高品质己二胺）从底部排出。 通过安装使用新型三级导板连通槽式液体分布器使液体沿塔截面均匀分布，通过使用双向金属折峰式波纹规整填料使气液流路得到优化、比表面积增加，相间接触效率提高，加大了气液通量从而达到更高的传质和传热效果，提高了塔的分离效率，降低了压降。

3 改造效果

表1 改造前后产品的主要控制指标

设备实施改造前后，己二胺产品主要控制指标变化见表1。 可以看出， 中压蒸汽单耗降低10.1%，产品质量跃升为国际领先水平。 产品品质提升后使销售价格得到了提高、生产能耗得到了降低， 一年可直接产生300 余万元的经济效益，同时也大幅提高了下游产品的质量。

4 结束语

产品提质降耗是企业永恒的追求，己二胺脱轻塔改造时采用的高效规整填料塔技术具有高通量、高效率、低压降及低能耗等良好的综合技术性能，已成为填料塔发展的方向和主流，但大型化高效规整填料塔工业应用进展不快，规整填料长期运转后出现的物料结焦堵塞问题难以处理。 在实际的项目建设和设备改造中，各企业应结合工艺流程和介质特性，从设备全生命周期费用和生产效益的角度进行综合考虑，科学选用塔内构件。