新型斜孔塔板
清华大学化学工程系教授 周荣琪
清华大学化学工程系教授 段占庭
发扬创新精神,面向工业生产实际,有针对性地研制先进的工艺和设备武装我国的工厂企业,是我们坚持的科研道路。我们清华大学化工系分离教研室,从60年代开始主要从事精馏分离技术的研究工作。这些年来获得过三个国家发明奖,已授权的国家专利共六项,申报和即将申报的专利有六项。我们不仅仅停留在取得一批科研成果的阶段,而是把着眼点放在将这些成果真正推广到工业生产实际中。这里简要介绍其中的一项,从中可以看出：面向工业生产主战场、坚持创新是我们科研工作的灵魂,是值得我们始终保持和发扬的精神。
70年代初期,在我国炼油工业蓬勃发展的形势下,我们就研制成功了可大幅度提高生产能力的斜孔塔板,被许多企业采用。
1993年以来,随着乙烯扩产工程的展开,我们在斜孔塔板的基础上又研究开发了两种新型斜孔塔板,称之为Ⅱ型斜孔塔板和Ⅲ型斜孔塔板。Ⅱ型是复合斜孔塔板,Ⅲ型是多溢流斜孔塔板。前者适用于要求弹性大的塔,后者适用于液量大的塔。
新型斜孔塔板是一种性能优异、结构简单、成本较低的塔板，已在石油炼制、化工、制药等行业的一百多座塔中应用，获国家发明四等奖。改进后的复合斜孔塔板增加了操作弹性，提高了传质效果，从1993年开始,为满足国家乙烯扩产工程的迫切需求，首先在燕山石化公司乙烯装置由30万吨扩产到45万吨的项目中,首先采用了新型斜孔塔板,取得了成功。以后,又相继在泰州炼油厂、金山石化公司和齐鲁石化公司等企业得到成功的应用，获国家发明三等奖。多溢流复合斜孔塔板适用于大液量的塔，在燕山、金山、石化等公司的脱丙烷塔、丙烯塔中得到成功应用。
我们在开发的系列新型斜孔塔板中，对于每种塔板研究了最佳气液流动状况下的气液通道结构；开发了新型斜孔塔板的专利软件，进行优化设计。
新型斜孔塔板具有优异的性能。塔板上交错排列的斜孔，产生合理的气液流动，水平喷出，允许气速大，无互相干扰。气体分布均匀，避免气流不断加速，有稳定液层。板效率高。
复合斜孔塔板的开孔由固定斜孔和浮动斜孔两部分组成，其中浮动斜孔起到两个作用，一是调节塔板的开孔率，提高塔板的操作弹性即适应不同的生产能力的要求，操作弹性因子（高处理量与低处理量之比）可以达到4；二是使塔板上的液体流动速度均匀，提高传质效果。
新型多溢流复合斜孔塔板采用类似美国先进的MD塔板的降液管形式,但只用两根而不是很多根,结构比较简单,液体流动距离较长,塔的处理能力与板效率都比较高。另外,由于板面采用了斜孔塔板代替筛板塔板,进一步提高了处理能力与板效率。塔板其它指标与普通斜孔塔板相当或略高。
这种系列塔板共同具有以下的特点：
1) 生产能力大。比国内外常用的浮阀塔板的生产能力提高40％―50%，比导向浮阀和格利希浮阀塔板提高20％―30%；
2) 板效率高 。一般情况比浮阀塔板高5％―10%，多溢流复合斜孔塔板比美国UOP公司的MD塔板高5%－10％；
3) 操作范围宽。操作弹性因子可达3―4，复合斜孔塔板操作范围大,操作弹性因子可达到4，优于筛板和普通斜孔塔板；
4) 阻力小。只有浮阀塔板的1/2―1/3。
5) 结构简单可靠，不易堵塞。成本低廉，成本是浮阀塔板的60%。
新型斜孔塔板的研究成果获得两项国家发明奖，科技含量高，在“原油常压塔采用复合斜孔塔板”的鉴定会上，石化总公司和高校的著名专家一致认为，复合斜孔塔板性能优异，达到了国际先进水平。为设计该塔板所开发的软件具有完善的功能和创新的特点。该技术已经在工业生产中得到了成功的应用，并取得了巨大的经济效益，对燕化公司乙烯扩产工程和精馏设备国产化以及原油常减压的扩产改造做出了重大贡献。
美国UOP公司的MD塔板适用于大液量的塔，被认为是一种世界上很先进的塔板，但是，它有多个降液管，每隔400mm一根，塔越大，根数越多，液体流动路程短，效率下降，此外，汽相通道是筛孔，易夹带，限制了生产能力；我们研制成功的多溢流复合斜孔塔板降液管为四溢流，液体流动路程长，板效率高，气体通道为斜孔，允许大的气速通过，不易夹带，处理量大。性能比MD塔板好。1996年燕山石化公司的脱丙烷塔采用了多溢流斜孔塔板，处理能力由原来的20万吨/年提高到31.4万吨/年，比原浮阀塔提高50%以上；分离效果良好，板效率由原来的55%提高到60%。1997年燕化公司气体分馏装置中直径为3米8的丙烯塔改为多溢流复合斜孔塔板，于1998年6月试车成功，
新型斜孔塔板创造了显著的经济效益。复合斜孔塔板从1993年到现在在燕山石化13座塔上获得成功应用,增加经济效益5010万元。这种塔板1997年和1998年在江苏泰州炼油厂的原油常减压塔上应用成功,生产能力提高了60%,产品收率提高了3%,经济效益显著,每年增加效益1310万元。复合斜孔塔板于1997年在湖南鹰山石化总厂的2个塔上应用成功,使己内酰胺装置处理能力从5万吨/年提高到7万吨/年,经济效益显著。从1996年至今在上海高桥化工厂苯酚丙酮的4座塔上也应用成功,使处理能力提高了40%以上,同样获得了显著的经济效益。1998年还在金山石化公司的3座塔上得到成功应用。
在国家经贸委召开的国产化会议上,以燕化公司制苯装置中的脱碳五塔为例说明了塔板国产化的意义。燕山石化公司的碳5塔，直径为1.8米，若采用国外的Glitsch塔板，每块塔板售价5000美元,此塔共46层共需23万美元。同样的塔采用我们的复合斜孔塔板，每块塔板只需5000元人民币，这样可为国家节省大量的外汇。
对于某些液相负荷很大的塔如脱丙烷塔、乙烯塔、丙烯塔、吸收解吸塔等由于液体溢流强度大,限制了其生产能力的提高。我们研制成功的多溢流复合斜孔塔板在燕山石化公司的气体分馏装置脱丙烷塔和丙烯塔上得到成功的应用。这二个塔的改造成功意义很大,不仅节省了新塔投资约500万元,而且证明其性能优于国外先进的MD塔板。我们终于可以在外国人面前扬眉吐气地说:我们有比你们更好的塔板。这就为全国乙烯装置中的塔中之王──丙烯塔(所有塔中最高的塔,塔高90米)采用我们这种新型塔板打下了基础。目前，燕山石化总公司已决定采用多溢流复合斜孔塔板用于乙烯裂解厂的丙烯塔。
采用系列斜孔塔板一方面节约投资,另一方面增加利税，仅复合斜孔塔板1994年―1998年经济效益达2.88亿元以上，利税1.03亿元以上。
复合斜孔塔板在石油化工、炼油、化肥、轻工等行业具有良好的应用前景。目前,我国正面临乙烯扩产工程和炼油扩产工程二大扩产工程的实施。乙烯由250万吨扩产到400万吨, 原油生产能力由1.3亿吨扩产到2.5亿吨，炼油关键设备和乙烯关键设备和关键过程的改造和优化对我国的乙烯工业和炼油工业将产生巨大的经济效益。采用新型斜孔塔板可在塔径不变、塔高不变的情况下，提高生产能力50%，质量也完全可以满足扩产的需要。
燕化公司乙烯装置要从45万吨扩产至66万吨,若丙烯塔采用国外的塔板,报价150万美元,而采用我们的技术只需150万人民币。全国十大乙烯装置的关键精馏塔,至少20多座,如果采用这种新型塔板,可以不改塔体只改内构件就达到乙烯扩产的目的。
初步估算，如果用我们自己的技术代替引进国外的技术，仅乙烯的2个关键塔（丙烯塔和101塔），每套装置就可以节省近400万美元，7套可节省3000多万美元。还有11套小乙烯装置,150套炼油装置，均可采用新型斜孔塔板。新型斜孔塔板对我国乙烯工业、炼油工业的扩产有重大的意义。
