CN114100320A - 一种油水有效分离的碱洗塔及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种油水有效分离的碱洗塔和方法，所述碱洗塔的内部由上至下包括水洗段和多级碱洗段，所述多级碱洗段的最下段为弱碱段；在所述弱碱段下方的塔底区域并排设有第一溢流堰和第二溢流堰，从而形成外排废碱区、循环弱碱区和外排废油区，所述塔底区域内还设有盖板，在所述循环弱碱区和外排废碱区的下部设有气体分布器，在所述循环弱碱区和所述盖板这两者与所述弱碱段之间的塔体侧壁上设有用于引入另一部分待处理气体的进气口；发明通过对现有碱洗塔进行大幅全方位配合优化设计，使碱洗塔液面上的浮油以及碱液中的乳化油最大程度的外排，并且明显减少外排废碱中的油含量。
Description
技术领域
本发明涉及碱洗塔领域，特别是涉及一种油水有效分离的碱洗塔及方法，适用于处理含酸性气气体，以脱除其中的酸性气成分。
背景技术
在乙烯装置、丙烷脱氢装置或甲醇制烯烃等装置中，气相反应产物中成分较为复杂，包含烷烃、烯烃甚至是更重的油类物质。原料中携带的硫化物与注入***的DMDS助剂会在高温下产生H2S和CO2等酸性气体，因此流程中需要设计碱洗塔来脱除这类酸性气体，避免腐蚀下游管道或造成深冷***堵塞等问题的发生。碱洗塔通常设计不同浓度的循环段以及水洗段，使用1％-10％浓度的碱液构建从下往上的弱碱、中碱、强碱循环段，再上部设计水洗段以脱除气相夹带的碱液。塔釜的弱碱会连续或者间歇的排出。
在碱洗塔中，因进料气相中的醛酮类物质在氢氧化钠催化作用下会产生ADOLO缩聚，生成油状聚合物，同时二烯烃冷凝后也会在氧气、金属离子的作用下发生自由基聚合反应，生成油状物。这类油状物会附着在碱洗塔塔板上堵塞塔板，造成塔压升高，废碱液含油量大，带往下游处理***，以乙烯废碱送往下游湿式氧化处理为例，废碱含油量多，氧化反应器温升大，容易聚堵，造成该***运行困难。
为解决碱洗塔碱液带油和下游的运行困难，国内外学者以及工程人员，通过向碱洗塔中增加阻聚剂、抗氧剂、金属钝化剂等抑制油类物质产生，向塔内增加分散剂防止油类沉积在塔板上堵塞塔盘。但碱液中带油问题仍然存在，没有非常有效的办法快速除去循环碱液和外排废碱中的油类，并将油类及时外排。
发明内容
本发明的目的在于提供一种油水有效分离的碱洗塔及方法，以有效去除外排废碱中的油。
为达到上述目的的一个方面，本发明提出的技术方案如下：
一种油水有效分离的碱洗塔，所述碱洗塔的顶部设有气相出口，所述碱洗塔的内部由上至下包括水洗段和洗涤所用碱液浓度逐步降低的多级碱洗段，其中所述多级碱洗段的最下段为利用浓度最小的碱液对气体进行逆流洗涤的弱碱段；其中，在所述弱碱段下方的塔底区域并排设有第一溢流堰和第二溢流堰，从而在塔底分隔形成位于第一溢流堰与第二溢流堰之间外排废碱区、位于第一溢流堰另一侧的循环弱碱区和位于第二溢流堰另一侧的外排废油区，并且所述第一溢流堰的溢流高度高于第二溢流堰；
所述塔底区域内还设有覆盖在所述外排废碱区和外排废油区上方的盖板，所述盖板的高度高于所述第一溢流堰并且用于防止上方自所述弱碱段落下的弱碱直接落入所述外排废碱区及外排废油区而是全部进入所述循环弱碱区；所述外排废碱区的底部设有外排用的废碱管、所述外排废油区的底部设有外排用的废油管，所述循环弱碱区的底部连接至循环弱碱泵，用于将来自循环弱碱区的弱碱循环至所述弱碱段以作为洗涤用弱碱；
在所述循环弱碱区和外排废碱区的下部设有气体分布器，用于使一部分待处理的气体均匀分布至所述循环弱碱区和外排废碱区；在所述循环弱碱区和所述盖板这两者与所述弱碱段之间的塔体侧壁上设有用于引入另一部分待处理气体的进气口。
根据本发明的碱洗塔，优选地，所述进气口位于所述循环弱碱区之上并且高于所述盖板的位置。
根据本发明的碱洗塔，优选地，所述第一溢流堰和第二溢流堰的顶部均为锯齿形，在隔离循环弱碱与外排废碱，外排废碱与外排废油时，有利于使小流量的废碱与废油尽可能的从循环弱碱液面上向外排废碱区溢流，使少量的废油能从废碱液面之上向外排废油区溢流；设计该齿形溢流堰的原因在于循环弱碱循环流量相对较大，外排废碱流量相对较小，比如通常为数吨每小时，研究发现，在配合本发明设置的气体分布器对油相更好的富集，循环碱液最上方通常有厚度为几毫米到几厘米不等的油相，油相之下有几厘米油与碱液的混合物，这两层再往下碱液中的油含量越来越少，因此能将循环弱碱液面之上的油相和油碱混合物最先溢流至外排废碱区，同时使弱碱尽可能地少溢流过来，齿形挡板存在就可以达到在小溢流量的情况下，延长液面上的油相横向迁移时间，使液面之上的油和碱先溢流，弱碱少溢流。在一种实施方式中，所述锯齿形的齿深h可以为10mm-50mm，比如20mm、30mm或40mm，齿角度a可以为30°-75°，比如45°或60°。
根据本发明的碱洗塔，优选地，所述盖板朝向所述循环弱碱区倾斜向下设置，例如倾斜角度可以为5°-20°，比如10°或15°，并且在所述盖板上方还设有一个或多个排气弯管，所述排气弯管的一端连接至所述盖板并且另一端开口朝下并高于所述盖板，可以直接排出盖板下方的外排废碱区与外排废油区之上的气体，尽量避免其因通常的沿流经盖板朝向循环弱碱区的边沿而扰动影响循环弱碱区液面油相朝第一溢流堰的汇集，提高除油效果。
根据本发明的碱洗塔，优选地，所述盖板的上表面还设有倾斜设置的导流板，以便在所述导流板、盖板和塔体侧壁之间形成能够承接落在盖板上的弱碱的弱碱承接区，所述导流板设置为使所述弱碱承接区在水平面上的投影能够覆盖所述盖板在水平面上的投影，以使盖板上方落下的弱碱均可以汇入弱碱承接区，并且在所述盖板靠近循环弱碱区的边沿的两端处，所述导流板与塔体侧壁之间分别形成有供所述弱碱承接区内所有弱碱排入所述循环弱碱区的狭窄处(或称为狭窄通道)。通过上述设计，一方面可以避免落到盖板上的循环弱碱沿盖板边沿直接落到循环弱碱液面形成水帘阻挡液面油相的水平迁移；另一方面，盖板上方落下的弱碱通过所述狭窄处沿塔壁落入液面上方后沿塔壁流动，从而配合下方的来自气体分布器的气提形成大的涡流，推动靠近塔内壁的油相往液面中间流动，并进一步由形成的漩涡向溢流堰流动，溢出循环弱碱区。所述导流板的具体形状可以是例如1/4球面形、V型或其它适合形状，本领域技术人员可以根据前述要求适当调整。
根据本发明的碱洗塔，优选地，所述狭窄处的导流板与塔内壁之间的最小宽度不大于所述边沿的两端距离的1/5-1/3，比如1/4。
根据本发明的碱洗塔，所述气体分布器用于使气体均匀分布至所述循环弱碱区和外排废碱区，在一种实施方式中，所述气体分布器包括一根主管道，所述主管的两侧分别布置有多根支管，每根支管的向上部分设有至少一排气孔，比如两排或三排，以均匀排出气流；进一步优选地，所述主管垂直于所述第一溢流堰和第二溢流堰水平设置，所述支管垂直于所述主管设置，且均位于同一水平面内，从而有助于实现气泡以大体并排平行于与溢流堰的方式气提，增加气体效果。
在一种实施方式中，所述多级碱洗段由上至下依次为强碱段、中碱段和弱碱段。在本发明中，强碱、中碱和弱碱是指具有不同碱浓度的碱液(比如氢氧化钠或氢氧化钾溶液)，可以理解三者中强碱的相对浓度最高、弱碱的相对浓度最低，例如其中强碱浓度为9wt％-11wt％，比如10wt％，中碱浓度为5wt％-7wt％，比如6wt％，弱碱浓度为2wt％-4wt％，比如3wt％，以便组合实现更好的碱洗效果。
为达到上述目的的另一个方面，本发明进一步提供了利用上述碱洗塔处理含酸性气气体的方法；优选地，经所述气体分布器引入的待处理气体占该碱洗塔总待处理气体的体积的30％-50％之间，比如40％。在一种优选实施方式中，所述待处理的气体为高压气体，比如压力大于0.5MPa，例如1.0MPa或1.5MPa或2.0Mpa或更高；具体地，所述待处理气可以是来自乙烯裂解炉的经压缩机增压后的出口裂解气。
与现有技术相比，本发明的碱洗塔设有两条待处理气体的进料线，一条通入循环弱碱与外排废碱液面之下，对循环弱碱进行汽提，对外排废碱进行汽提，使溶解在碱液中的油含量经汽提后上浮至液面上，然后向外排废油槽溢流。另外，本发明分别在液面之下和之上分别设置待处理气进料线，有利于维持碱洗塔内压力的稳定性，保证气提效果，特别适用于高压待处理气体的处理，在高压气浮除油时，液面之上存在较高的压力，该压力会随着进塔气量的变化而变化，本发明通过液面之下进气与直接进塔的气相配合，控制液面之上压力，不同于常压或者微负压气浮除油。本发明中所述的一台碱洗塔设备起到了两台塔(碱洗塔+气提塔)设备的作用，常规碱洗塔釜废碱液中油含量会达到几千ppm，而经本专利气提处理后浮油、乳化油基本被完全去除，废碱液中基本仅含溶解油，外排碱液中油含量可以降低至20-100ppm；发明通过对现有碱洗塔进行大幅全方位配合优化设计，使碱洗塔液面上的浮油以及碱液中的乳化油最大程度的外排，可以使循环碱液中基本只含溶解油。
附图说明
图1为本发明的碱洗塔的一种实施方式的示意图；
图2为图1中第一溢流堰的一种实施方式的示意图；
图3为盖板上设置的导流板的一种实施方式的示意图；
图4为盖板上设置的排气弯管的一种实施方式的示意图；
图5为图1中气体分布器的一种实施方式的俯视图；
图6为图5所示气体分布器的侧视图；
其中，1.碱洗塔塔体，2.水洗段，31.强碱段，32.中碱段，33.弱碱段，4.第一溢流堰，41.循环弱碱区，5.第二溢流堰，51.外排废碱区，52.外排废油区，7.气体分布器，71.主管，72.支管，73.气孔，8.进气口，9.盖板，10.导流板，11.排气弯管，61.水洗循环泵，62.强碱循环泵，63.中碱循环泵，64.弱碱循环泵。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明，但本发明并不仅限于此。
如图1所示，本发明的所述碱洗塔1的顶部设有气相出口，所述碱洗塔的内部由上至下包括水洗段2、强碱段31、中碱段32和弱碱段33；其中，在所述弱碱段33下方的塔底区域并排设有第一溢流堰4和第二溢流堰5，从而在塔底分隔形成位于第一溢流堰4与第二溢流堰5之间外排废碱区51、位于第一溢流堰另一侧的循环弱碱区41和位于第二溢流堰5另一侧的外排废油区52，并且所述第一溢流堰4的溢流高度高于第二溢流堰5。在一个实施例中，所述第一溢流堰4的宽度等于碱洗塔1的内直径，第二溢流堰5的宽度等于碱洗塔1内直径的1/2。
所述外排废碱区51的底部设有外排用的废碱管、所述外排废油区52的底部设有外排用的废油管，所述循环弱碱区41的底部连接至循环弱碱泵64，以将来自循环弱碱区41的弱碱循环至所述弱碱段33以作为洗涤用弱碱。所述水洗段2、强碱段31和中碱段32分别配有水洗循环泵61、强碱循环泵62和中碱循环泵63，其中，所述水洗循环泵61用于至少部分来自水洗段2的水循环至所述水洗段2，所述强碱循环泵62用于至少部分来自强碱段31的碱液至所述强碱段31，所述中碱循环泵63用于至少部分来自中碱段32的碱液至所述强碱段32，以便用作洗涤液循环以洗涤上升气流。其中强碱浓度为9wt％-11wt％，比如10wt％，中碱浓度为5wt％-7wt％，比如6wt％，弱碱浓度为2wt％-4wt％，比如3wt％。
所述塔底区域内还设有覆盖在所述外排废碱区51和外排废油区52上方的盖板9，所述盖板9的高度高于所述第一溢流堰4并且用于防止上方自所述弱碱段33落下的弱碱直接落入所述外排废碱区51及外排废油区52而是全部进入所述循环弱碱区41；所述盖板9朝向所述循环弱碱区41倾斜向下设置，比如倾斜5°或20°；并且，在所述盖板9上方还设有多个如图4所示的排气弯管11，所述排气弯管11的一端连接至所述盖板并且另一端开口朝下并高于所述盖板，可以排出盖板9下方的外排废碱区51与外排废油区52上方的气体。
在所述盖板9的上表面还设有如图3所示倾斜设置的导流板10，以便在所述导流板10、盖板9和塔体侧壁之间形成能够承接落在盖板上的弱碱的弱碱承接区，所述导流板设置为使所述弱碱承接区在水平面上的投影能够覆盖所述盖板在水平面上的投影，以使盖板上方落下的弱碱均可以汇入弱碱承接区，并且在所述盖板9靠近所述循环弱碱区41的边沿的两端处，所述导流板10与塔体侧壁之间分别形成有供所述弱碱承接区内弱碱排入所述循环弱碱区41的狭窄处，以便所述弱碱承接区内的弱碱会沿着导液板10进行流动，并通过所述的狭窄处落入循环弱碱区41后沿塔壁流动，从而配合下方的来自气体分布器7的气提形成的涡流，推动靠近塔内壁的油相往液面中间流动，进一步向溢流堰流动，溢出循环弱碱区41，其中，所述盖板边沿平行于所述第一溢流堰。所述导流板的具体形状可以是1/4球面形或V型。所述狭窄处的导流板10与塔体侧壁之间的最小宽度不大于所述盖板边沿的两端之间距离的1/3，优选为1/5-1/3，比如1/4。
在所述循环弱碱区41和外排废碱区51的下部设有气体分布器7，用于使一部分待处理的气体均匀分布至所述循环弱碱区41和外排废碱区51，从而可以进行气提。在一个实施例中，如图5-6所示，所述气体分布器7包括一根主管71，所述主管的两侧分别对称焊接有多根支管72，每根支管的向上部分设有两排斜向上方的气孔73，气孔相对于支管轴径呈60°角布置，以均匀排出气流；所述主管71垂直于所述第一溢流堰4和第二溢流堰5水平设置，所述支管72垂直于所述主管71设置，且均位于同一水平面内，从而有助于实现气泡以大体并排平行于与溢流堰的方式气提，增加气体效果。
在所述循环弱碱区41和所述盖板9这两者与所述弱碱段33之间的塔体侧壁上设有用于引入另一部分待处理气体的进气口8。所述进气口8位于所述循环弱碱区41之上并且高于所述盖板9的位置。在此基础上，本领域技术人员理解，在液面之下和之上的用于引入待处理气体的进气管线上还可以分别进一步设置进气压力控制阀。
如图2所示，所述第一溢流堰4和第二溢流堰5的顶部均为锯齿形，在隔离循环弱碱与外排废碱，外排废碱与外排废油时，有利于使小流量的废碱与废油尽可能的从循环弱碱液面上向外排废碱区51溢流，使少量的废油能从废碱液面之上向外排废油区52溢流；所述锯齿形的齿深h比如25mm或40mm，齿角度a比如45°或60°。
以下结合实施例进一步说明本发明。
实施例1
如图1-4所示的某乙烯装置碱洗塔进料气相流量360t/h，操作压力1.6Mpag，气体进塔温度45℃。该塔高45m，塔径4.6m，由上到下设置水洗段2、强碱段(NaOH浓度10wt％)、中碱段(NaOH浓度6wt％)、弱碱段(NaOH浓度3wt％)，设计底部弱碱循环流量为85t/h，外排废碱流量为6t/h。第一溢流堰设计为齿形挡板，挡板高度1700mm，宽3500mm(塔内径)，齿深40mm，齿角为60°用于隔离循环弱碱区与外排废碱区；第二溢流堰设计为齿形挡板，宽度1000mm，高度800mm，齿深25mm，齿角为45°用于隔离外排废碱区与外排废油区。外排废碱区与外排废油区上方有盖板，盖板与塔壁焊接，水平方向倾角5°，盖板上方设有向下的排气弯管引导排气，避免上方碱液直接落入废碱区；所述狭窄处最小宽度为盖板边沿长度的1/4。气相进料分两股，一股约占60％直接通到循环弱碱区与弱碱段之间且高于挡板的位置，另一股40％通过底部进料气体分布器，进入循环弱碱区与外排废碱区底部，气相分布器主管直径200mm，支管直径80mm，每个支管上方开5mm气孔两排呈30夹角(即同一横截面上两气孔到圆心连线的夹角)。支管出来的气相经气孔以连续气泡形式从液面之下鼓出，对弱碱液与外排废碱起汽提作用。
经使用紫外分光光度法测试(HG970-2018，下同)，外排废碱中浮油和乳化油的含有之和约为100-120ppm，实际控制废碱外排浓度为1.5％。
实施例2
与实施例1的区别在于，其盖板上还进一步设有如图3所示的导流板，其中通过底部进料气体分布器的气体占总量的50％，狭窄处最小宽度为盖板边沿长度的1/5。
经分析，自所述循环弱碱泵抽出的循环弱碱中，浮油和乳化油的含有之和为20-50ppm左右。导流板的增加，促使循环弱碱上的油相向外排废碱槽迁移，由于循环弱碱液面上浮油全部排往外排废碱槽夹带弱碱相对减少，所需外排废碱量出现减少，实际外排废碱量到实施例1的60％-80％之间。
对比例
与实施例1的区别在于，其盖板上不设排气弯管和导流板，待处理气体全部通入循环弱碱区与弱碱段之间且高于挡板的位置，无气体分布器，同时第一和第二溢流堰的顶部均为常规直边型。未经气提处理，大量乳化油、浮油以及由小分子烯烃聚合产生的絮状油相均溶解在外排废碱和循环弱碱中，导致外排废碱和循环弱碱中油含量较高。
经分析，自所述循环弱碱泵抽出的循环弱碱中，浮油和乳化油的含有之和为3500ppm左右，外排废碱量与实施例1相同。
实施例3
与实施例2的区别在于，其中狭窄处最小宽度为盖板边沿长度的1/3，盖板倾斜角度为20°，通过气体分布器的进气量为总进气量的30％。
经分析，外排废碱含油量为40-60ppm，实际外排废碱量到实施例1的60％-80％之间。
Claims (10)
1.一种油水有效分离的碱洗塔，所述碱洗塔的顶部设有气相出口，所述碱洗塔的内部由上至下包括水洗段和洗涤所用碱液浓度逐步降低的多级碱洗段，其中所述多级碱洗段的最下段为利用浓度最小的碱液对气体进行逆流洗涤的弱碱段；其特征在于，在所述弱碱段下方的塔底区域并排设有第一溢流堰和第二溢流堰，从而在塔底分隔形成位于第一溢流堰与第二溢流堰之间外排废碱区、位于第一溢流堰另一侧的循环弱碱区和位于第二溢流堰另一侧的外排废油区，并且所述第一溢流堰的溢流高度高于第二溢流堰；
所述塔底区域内还设有覆盖在所述外排废碱区和外排废油区上方的盖板，所述盖板的高度高于所述第一溢流堰并且用于防止上方自所述弱碱段落下的弱碱直接落入所述外排废碱区及外排废油区而是全部进入所述循环弱碱区；所述外排废碱区的底部设有外排用的废碱管、所述外排废油区的底部设有外排用的废油管，所述循环弱碱区的底部连接至循环弱碱泵，用于将来自循环弱碱区的弱碱循环至所述弱碱段以作为洗涤用弱碱；
在所述循环弱碱区和外排废碱区的下部设有气体分布器，用于使一部分待处理的气体均匀分布至所述循环弱碱区和外排废碱区；在所述循环弱碱区和所述盖板这两者与所述弱碱段之间的塔体侧壁上设有用于引入另一部分待处理气体的进气口。
2.根据权利要求1所述的碱洗塔，其特征在于，所述进气口位于所述循环弱碱区之上并且高于所述盖板的位置。
3.根据前述权利要求中任一项所述的碱洗塔，其特征在于，所述第一溢流堰和第二溢流堰的顶部均为锯齿形。
4.根据前述权利要求中任一项所述的碱洗塔，其特征在于，所述盖板朝向所述循环弱碱区倾斜向下设置，并且在所述盖板上方还设有一个或多个排气弯管，所述排气弯管的一端连接至所述盖板并且另一端开口朝下并高于所述盖板。
5.根据权利要求4所述的碱洗塔，其特征在于，所述盖板的上表面还设有倾斜设置的导流板，以便在所述导流板、盖板和塔体侧壁之间形成能够承接落在盖板上的弱碱的弱碱承接区，所述导流板设置为使所述弱碱承接区在水平面上的投影覆盖所述盖板在水平面上的投影，以使盖板上方落下的弱碱均汇入弱碱承接区；
并且在所述盖板靠近所述循环弱碱区的边沿的两端处，所述导流板与塔体侧壁之间分别形成有供所述弱碱承接区内弱碱排入所述循环弱碱区的狭窄处。
6.根据权利要求5所述的碱洗塔，其特征在于，所述狭窄处的导流板与塔体侧壁之间的最小宽度为所述盖板的边沿长度的1/5-1/3。
7.根据前述权利要求中任一项所述的碱洗塔，其特征在于，所述气体分布器包括一根主管道，所述主管的两侧分别布置有多根支管，每根支管的向上部分设有至少一排气孔，以均匀排出气流。
8.根据权利要求7所述的碱洗塔，其特征在于，所述主管垂直于所述第一溢流堰和第二溢流堰水平设置，所述支管垂直于所述主管设置。
9.利用权利要求1-8中任一项所述碱洗塔处理含酸性气气体的方法。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，经所述气体分布器引入的待处理气体占进入所述碱洗塔的总待处理气体体积的30-50％。
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