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發布時間:2021-07-18 16:26:23

在SVT等新裝備的基礎上張志炳團隊新繼研發多項節能減排新工藝技術系統

化機裝備

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我國煉油、石化行業大型塔器分離裝置整體技術水平落后國外的狀況已經成為歷史。南京大學等創造性地將分離過程中的能耗與塔板的結構參數、塔板傳質動力學、流體力學等建立了直接的數學關聯,站在理論的高度指導分離塔器新塔板的研制,并基于此研發出超級浮閥塔板(SVT),讓與塔器分離相關的所有工業過程都受益,也讓中國塔器分離裝備從只能仿制國外一躍成為該領域的國際領頭羊。該成果因此獲得了2011年度國家科技進步獎二等獎。

在石化和化工生產過程中,原料純化、產品分離、排放物無害化資源化處理等都需要進行分離操作。分離工程也因此與反應工程并稱為化學工程的兩大支柱。塔器分離為熱分離過程,是耗能的主要單元,在化工生產裝置的總能耗中所占比例較大。因此,塔器分離效率、通量、阻力降的高低對石化和化工企業的節能減排成效至關重要,而決定上述塔器性能的關鍵是傳質元件。

“現有的板式塔存在通量較小、效率偏低、能耗較高等弊病。過去的百年中,無論是美日歐,還是我國,研發一款新型塔板都是基于經驗法,而經驗法的先天缺陷使其難以真正研發出先進高效的塔板分離裝備。從非平衡熱力學理論入手研發新型超級塔板裝備,是占領世界板式塔技術制高點的一條最根本、最具技術突破性的道路,但也是最難走的一條技術路線。我們的團隊在國際上首次使用非平衡熱力學理論中熵增速率目標函數法研制出了超級浮閥塔板。”項目第一完成人、南京大學張志炳教授說。

實際生產證明,在同樣的塔器分離過程中,SVT是能耗最低的塔板傳質元件,它同時具備高效率、高通量、低壓降、寬操作彈性等特點。以苯和甲苯的分離過程為例,與傳統裝置相比,同樣大小的SVT裝置,處理通量可以提高36%,效率可以提高18%~20%,操作彈性比原來高一倍,綜合節能達15%~16%。

為便于工程設計和批量生產,張志炳團隊進一步研發了SVT的工業設計軟件和專用磨具、生產線。據了解,SVT目前已推廣應用于60余套裝置,分布在石化、煤化工、冶金、化肥、制藥、紡織等多個行業,遍及18個省區。截至2010年12月,已累計回收正丁醇等有機溶劑105萬噸;減排氮氧化物(NOx)氣體43.5萬噸,制取50%的硝酸145萬噸循環使用;已節能相當于18.15萬噸標準煤(年均3.138萬噸);已節水325萬噸(年均50萬噸)。自1998年以來,累計新增產值229.28億元,新增利稅45.71億元。近3年的利稅合計20.6億元。

在SVT等新裝備的基礎上,張志炳團隊繼而又研發了NOx資源化處理、二甲基乙酰胺超高純化、低含量有機溶劑回收等多項節能減排新工藝技術系統。

俗稱“黃龍”的NOx是大氣主要污染源之一,國內外普遍用高溫催化還原法處理,需要消耗大量的熱能和貴金屬催化劑,噸處理成本在1000~10000美元,且效率很難達到95%。“我們獨創的MOAPTS工藝技術系統將NOx廢氣引入到安裝有SVT塔板的反應吸收處理系統中,常溫下不加任何催化劑,不需任何化學溶劑,只要往系統里鼓入空氣、加入適量水,就可以將NOx捕集下來制成硝酸。”張志炳說,該工藝在中石油、中石化和中科院5家企業應用表明,NOx活性組分的轉化率高達99.5%以上,與美國的SCR和日本的NPCP等技術相比,噸處理成本不到其1/10。

此外,他們開發的ISAD工藝技術系統解決了氨綸生產中的危險品二甲基乙酰胺(DMAc)的回收難題,獲得的DMAc純度為99.995%,完全達到醫用級氨綸所要求的標準。該技術不僅扭轉了國內企業僅能從日、美、韓進口的局面,而且被國外在華企業紛紛采用,被專家評價為國際同類技術最好水平。

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填料塔與板式塔的區別
塔器基本結構由塔體、支座、內件、附件四部分組成。填料塔與板式塔的區別主要在于內件的不同,即安裝在塔器內,為直接完成傳質、傳熱過程而設置的零、部件的不同。板式塔:塔內裝有一定數量的塔板,作為氣、液接觸,實現傳質、傳熱的基本構件。板式塔按結構分:有泡罩塔、篩板塔、浮閥塔、舌型塔等。填料塔內裝有一段或數段填料,作為氣、液接觸,實現傳質傳熱的基本條件。液體沿填料表面呈膜狀自上而下流動,氣體呈連續相自下而上與液體作逆向流動,并進行氣、液兩相的傳質和傳熱。填料塔的基本特點是結構簡單、壓力降小、效率高、宜采用耐腐蝕材料制造。對于易發泡和熱敏性的物料,分離程度要求高的操作,更顯出其優越性。不過當填料塔塔徑增大時,會引起氣、液分布不均勻,接觸不良,出現效率下降。此外填料塔的檢修工作量大,損耗大。
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塔器的分類
塔器基本結構由塔體、支座、內件、附件四部分組成。按單元操作分為精餾塔、吸收塔、解析塔、萃取塔、增濕塔、干燥塔、反應塔。按操作壓力分為加壓塔、常壓塔、和減壓塔。按內件結構分為填料塔和板式塔。
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