（中国石化集团四川维尼纶厂）
1 精馏装置改造的必然性
中国石化集团四川维尼纶厂（简称川维厂）的醋酸乙烯装置于20世纪70年代初从法国隆波利公司引进的先进的乙炔法生产技术，1979年投运。该技术由脱硫装置、空分装置、乙炔装置、甲醇装置、醋酸乙烯装置和聚乙烯醇装置组成。乙炔装置采用德国巴斯夫的天然气部分氧化制乙炔技术，乙炔用作醋酸乙烯的生产原料，为降低醋酸乙烯的生产成本，充分利用副产的乙炔尾气，采用英国ICI技术配套建设了100 kt/a的甲醇装置。醋酸乙烯装置以醋酸、乙炔为原料，以醋酸锌为催化剂，活性炭为载体，采用固定床期限合成法生产醋酸乙烯。该装置由乙炔净化、醋酸乙烯合成、醋酸乙烯精馏等工序组成。醋酸乙烯精馏工序包括脱气、粗馏及轻组分分离、醋酸乙烯精馏与醋酸精馏装置等组成。 脱气系统由脱气塔（3D555）、2个洗涤塔（3D558/559）组成，其功能是将溶于粗醋酸乙烯中乙炔气体进行解吸和回收。
粗馏系统由3个粗馏塔（3D567/577/578，2用1备）、萃取塔（3D589）及乙醛回收塔（3D640/3D647）组成，其功能是脱除粗醋酸乙烯中的乙醛、丙酮等轻组分以及水，回收其中的醋酸乙烯和乙醛。
醋酸乙烯精馏装置包括3D594/595两个塔，其功能是精制醋酸乙烯，得到优质醋酸乙烯产品。
2019年度作品回顾
醋酸精馏装置由3D620/621组成，其功能是回收醋酸。
自该装置投产以来，因原料天然气供应及装置设计等问题，其生产能力一直处于80%~90%之间。1993年，我厂对该装置的合成部分进行了加列改造，使合成部分的生产能力提高30 kt/a左右，装置精馏装置的潜力得到进一步发挥，此后生产能力可达100 kt/a左右。
1.2 精馏装置改造的原因及其必要性
1.2.1 国务院停建川东氯碱工程，给川维的醋酸乙酯装置改造带来了新的发展机遇
1997年，国务院第171次办公会议决定停建原川东氯碱工程，将该工程的空分、甲醇和乙炔装置异地川维厂建设。因乙炔是危害性较大的气体产品，国内乙炔产品市场较小，乙炔不能作为产品直接进入市场销售，川维厂认真研究建设方案，编制了以乙炔为原料建设年产90 kt的醋酸乙烯装置、以醋酸乙烯为原料年产15 kt的聚乙烯醇装置，以乙炔为气为原料建设年产105 kt的甲醇装置（川维统称之为：天然气乙炔工程）。醋酸乙烯精馏装置的建设或改造是天然气乙炔工程的一部分。
1.2.2 市场对醋酸乙烯、聚乙烯醇产品的需求，要求我厂提高醋酸乙烯装置的生产能力
我国现有醋酸乙烯生产厂14家，国内现有14家V AC生产厂，生产能力96.3万t/a，其中上海石化和北有机采用乙烯法，川维厂采用天然气乙炔法，而大多数厂家采用电石乙炔法。因石油资源和乙烯资源均较紧张的情况下，乙烯价格已达8400元/t，而川维厂乙炔成本价格为5000元/t左右，因此，在醋酸乙烯生产厂家中川维。
2003年全国V AC产量84.7万t，进口量14.8万t，出口量0.4万t，表观消费量99.1万t。近来随着聚醋酸乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、EV A等下游衍生物的迅猛发展，刺激了醋酸乙烯在非纤方面的消费量持续上升。预计未来5年国内V AC需求量将以8%的速度增长，到2008年V AC的表观消费量将达145万t。
聚乙烯醇生产厂13家，最初设计能力23万t/a。由于PV A属于生产工艺流程较长、生产过程比较复杂的精细型聚合物，新建厂家极少，各生厂家均不断扩大生产规模且普遍采取措施进行挖潜改造，装置能力有较大提高。2003年全国实际产量达43.2万t，进口量3.3万t，出口量2.5万t，表观消费量为44万t，从1992年到2003年年均递增8.4%。我国PV A消费以纺织浆料、涂料/粘合剂为主，约占60%，
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纤维用量占8%。预计未来5年，PV A消费量将以每年6%的速度增长，到2008年PV A的表观消费量
将达59万t。
1999年和2000年川维牌聚乙烯醇产品分别获得第十二届国际欧洲质量奖和第二十届国际技术质量
金奖，川维牌聚乙烯醇产品畅销国内外。国内外对醋酸乙烯、聚乙烯醇产品的需求量以较高的速度增加。
为保持和扩展市场占有率，必须对现有的醋酸乙烯装置和聚乙烯醇装置进行技术改造。
1.2.3 较低的生产成本和较强的竞争力
因原料不同，醋酸乙烯生产有多种工艺和技术路线，包括：乙烯法、乙炔法。乙烯法具有催化剂选
择性好，副产物少，但催化剂价格较昂贵，且催化剂寿命和再生问题没有很好的解决，且需宝贵的乙烯
资源，受国际原油影响较大，该法适用于乙烯资源比较丰富的地区和国家。乙炔法分为乙炔液相法、乙
竹书文化炔气相法。乙炔气相法根据原料来源的不同又分为电石乙炔法（Wacker法）和天然气乙炔法（Borden
法）。电石乙炔法技术简单，催化剂价廉易得，建厂费用低，适用于电石资源和电力资源比较丰富的地
区，电石乙炔价格大大高于乙烯，因而生产成本较高，该法目前国际上已被淘汰，在我国，则是主要的
醋酸乙烯生产工艺。天然气乙炔法由于利用副产合成气生产甲醇，以甲醇低压羰基法生产的醋酸作为醋
酸乙烯原料，其成本比电石乙炔法低60%~70%，天然气乙炔气相法技术成熟，催化剂价廉易得，操作
条件容易控制，操作成本低，是生产醋酸乙烯的良好技术路线。
同时，1998年底，川维与英国BP公司合资建设的扬子江乙酰化工有限公司（Yangtze River Acetyls CO.，LTD简称YARACO）的醋酸装置建成投产，使我厂不但可获得较低成本的原料醋酸，且可节省
200～300元/t的原料运费，为我厂的醋酸乙烯装置扩能提供了原料保证。
1.2.4 精馏装置存在的问题
1993年醋酸乙烯装置加列改造项目实施后，精馏装置的负荷增加较大。虽然进行过一些技术改造，
但精馏工序的主要设备未进行技术更新改造，各个系统因操作弹性低、设计原因、生产负荷提高分别出
现不同的问题，既影响了醋酸乙烯的能耗，也影响装置潜能的进一步发挥。其中问题较突出的是
3D594/595。醋酸乙烯精馏装置包括3D594/595两个塔，其功能是精制醋酸乙烯，得到优质醋酸乙烯产
品，是醋酸乙烯生产中最关键的工序，该塔为筛板式精馏塔，由87块塔板组成，其中3D594塔有44
块筛板，3D595塔有43块筛板，其筛孔径为3 mm，塔径均为2400 mm，板间距300 mm。3D594第26
块塔板为进料口，进料量为，进料组成为：醋酸乙烯（V AC）40%（wt%），醋酸（HAC）60%（wt%），
顶部采出粗醋酸乙烯，从3D595第20块塔板处进入3D595进一步精制，塔釜采出粗醋酸（HAC），浓
度99%（wt%）以上；D595塔（上塔）25板（由下往上）采出精醋酸乙烯，浓度99.9%（w%）以上，
24板处加入阻聚剂；D595塔顶采一部分轻组份（V AC 98.5%，水1%~2%）。D595塔釜液用泵送至D594
塔顶作回流液，D594塔顶气体进入D595塔釜作上升蒸气。经研究发现，3D594在高负荷情况下，因
系统液相负荷过重，上升蒸气量较小，使得回流比偏小，在15~25板之间形成了恒浓区，增大了V AC
在塔内的停留时间，V AC自聚生成的聚合物逐渐堵塞了塔盘的筛孔，影响精馏效果等。表1为3D594血氧探头
塔V AC组成分布情况。
表1 3D594塔V AC组成分布情况（V AC %）
取样点1999.8.7 1999.11.4 1999.11.15 1999.11.22
41板99.966 99.86 34板99.19 99.57 99.64 96.93
29板84.49 84.07 84.55 81.94
25板52.33 52.69 55.34 55.70
23板55.15 56.98 58.25 57.04
17板49.60 52.62 62.52
15板38.42 51.65 58.50 52.72
3板 2.24 1.22 1.52 TRC614 104 ℃ 100.1
℃
℃ 99.6
混凝土多孔砖℃ 100.1
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其它各部分也应处理能力提高后出现了不同的问题。
2 川维厂醋酸乙烯精馏装置改造的方案与目标
2.1 技术方案选择
国内精馏装置改造主要对填料及塔内件的改造。最近几年，国内有一大批专门从事对不同塔器的不同特点进行改造，以适应于不同需要的塔器改造专家和技术。 2.1.1 规整填料
在精馏过程中，填料塔是一种传质、传热设备，应用发展到今天，已成为化工生产中比较典型且非常重要的单元设备。填料是填料塔的核心构件，它为气液两相间热质的传递提高有效地相界面，只有选择性能优良的塔填料并配以理想的塔内件，才可能达到期望的分离效果。
20世纪60年代，由瑞士Sulzer公司开发的金属丝网波纹填料，第一次将规整填料应用于化工分离技术。该填料克服了散装填料的流体随机流动，使流体区中均匀分布的缺陷，并可使填料塔的每个理论级压力将降到很小，减少能耗，降低塔釜温度，以达到节能的目的，开创了规整填料的新时代。此后，美国Koch、Glitsch、德国Montz等公司先后开发生料各种不同类型的规整填料。
规整填料的种类很多，根据几何结构可分为波纹填料、格栅填料、脉冲填料等，现在国内应用最多的规整填料是金属孔板波纹填料，虽然各厂产品有自己的品种或型号，但基本与瑞士苏尔寿公司的Mellapak具有共同的特点：对波纹板进行表面处理或加工以提高液体浸润性和液膜湍动，改善传质；改变板片的几何结构和参数以增加传质面积；加强气、液在板片间流动以增加湿润面积和改善液体横向分布；改善液气的分布并使之更规整和有效流动，最终提高填料的有效面积，减少壁流、沟流和放大效应。主要原因是它应用时间最长、设计数据较多、应用成熟、制造较易、成本较低。
理想的规整填料应具备以下特点：（1）压降小；（2）分离效率高；（3）节能，可减小塔径；（4）
液体滞流量少；（5）操作弹性大，适应性强；（6）产品提取率高。
近几年，国内在普遍推广国外新填料技术的基础上，发挥自己的技术优势，陆续提出了自己的新产品或专利，它们也多是从以上某几个方面进行研究和改进，显示各自的特点，有些新产品已在一些塔器中应用，效果很好。主要的有上海化工研究院开发和生产的丝网（SB、SC）、孔板（SM）、网孔（SW）和陶瓷（SK）4个系列的规整填料，用其改造旧塔，可提高产量25%~100%，降低能耗20%~60%，并可显著提高产品质量。
天津大学化学工程研究所和全隆科技开发公司开发和生产的Chinapak规整填料，是Intalox填料和Mellapak填料的优化组合的产物，是Mellapak型金属孔板波纹填料的换代产品，其综合性能比Intalox 填料和Mellapak填料更优良。该填料的独特结构和开孔型式使其表面积比同型号的Mellapak型填料高8%~12%，开孔率高20%~40%，因此该填料的有效传质面积，气液流路，横向扩散能力，抗脏抗堵能力及刚度具有优于同类型的Mellapak填料。经某厂试用后，其性能对比见表2。
可见丝网波纹填料塔效率为板式塔的4倍，分离效率为板式塔的10倍左右。用于其它介质的分离具有类似的效果。
要使填料性能得到迅速提高，必须配置以适应的塔内件才能充分发挥规整填料的优异性能，塔内件包括：填料支承装置、填料压紧装置、液体分布装置、液体收集再分布装置。
2.1.2 复合塔板新技术
目前，应用与我国石油化工工业的复合塔板新技术较多，其特点各异，可供选择高效塔板有河北工业大学研制立体传质塔板（CTST）、华东理工大学研制导向浮阀塔板和组合导向浮阀塔板、浙江大学的穿流筛板复合塔、上海惠生公司的斜孔复合塔板等。
2.1.2.1 穿流筛板复合塔技术
该型复合塔是浙江工业大学徐崇嗣等人在20世纪90年代初开发的一种新型塔板，它利用塔板间的气相空间将穿流筛板与填料结合的复合塔板，是又一种高效率、低能耗的新型塔板，其每一层由穿流筛板下加一层高为50~150 mm的薄层规整填料所组成（工业应用时将穿流筛板与薄层填料组合成一个组
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合件以简化结构），板间距为250~450 mm，不设降液管，气液呈逆流流动，具有如下特点：
表2 分离邻硝基甲苯的不同塔型性能对比表
塔型泡罩塔浮阀塔网波填料塔北京科瑞集团
塔特征参数精馏直径2.05 m，提馏段直径2.3 m。
板数60块，板间距0.19 m
塔直径1 m，塔板数40
块，板间距0.4 m
塔直径1.2 m，塔高14 m，
精馏段和提馏段各7 m
塔顶压力（kPa） 5.3 5.3
5.3 塔底压力（kPa）20~24 20~24
9.3
蒸汽消耗量[t/(m2·h)] 0.91 2.08
4.1 动能因子（Fm）0.523 1.18
2.33 理论塔板（m） 1 0.714
4.58 压降（kPa/块） 1.5 1.5
0.04 分离能力（F·n）0.523 0.84
10.65
（1）穿流筛板相当于下面填料层的液体再分布器，起到均匀分布液相的作用。
（2）填料层起到气体均布的作用，改善穿流塔板上鼓泡气相的分布，防止气相集中走中间筛孔而
短路，强化塔板上鼓泡层的传质效果。
（3）填料层基本上消除了塔板间的雾沫夹带，塔板流体力学性能好，板间距小。
（4）复合塔板不设降液管，鼓泡面积可增大15%左右，气体通量提高，板压降降低，一般比普通
塔板低30%。
复合塔板保留并强化了塔板上鼓泡层的传质优势，又可以不断地改善填料的液相再分布，而填料层
很薄不可能使均匀的液体分布恶化，因而传质元件上气液接触状态非常理想。再加上塔板间液沫夹带量
极小，因此具有很高的效率。
抗氧剂检测
经工业应用证明，复合塔板具有很高的板效率。由于其特殊的气液接触过程，气相自下而上流动，
液相自上而下流动，两相逆流接触，因此对于每一层塔板，气液两相的接触可分为3个区域：在穿流筛
板上为泡沫区；在板波填料内，液体以液膜状沿着填料表面流下，为液膜区；在填料层下面，液滴均匀
下降与上升的气相接触，为淋降区。此3个区域对传质均有作用，这涉及到泡沫、液膜和液滴等不同状
态下的质量传递问题，显然比一般板式塔和填料塔内的传质情况复杂。本研究的目的就是研究复合塔板
每个区域对总传质的贡献，以及穿流筛板的开孔率、孔径、填料类型及高度等诸因素对复合塔板各区传
质效率的影响。
复合塔板在工业生产中的应用取得了良好的效果，投入运行的已有40余座精馏塔，成功地用于酒
精精馏、丙酮精馏、甲醇回收等旧塔改造及新塔设计项目。如某厂回收甲醇，为满足增产需要，采用
48块复合塔板代替48块林德泡罩塔板，塔径、板间距不变。经过改造，塔的通量由原来的1.2 m3/h增
加至3.0 m3/h，塔顶甲醇中水含量由改造前的1.19%降至改造后的0.8%。某厂采用复合塔回收丙酮，塔
径500 mm，塔顶产品量150 kg/h，进料浓度75%左右，塔顶产品浓度99.8%。而改造前该厂采用浮阀
塔，需要精馏2次，塔顶才能达到99.7%，而且产量只有40 kg/h。
复合塔与规整填料塔相比，其效率与高效填料相当。在价格方面，由于填料在复合塔内是分段放置
总高度约占塔高的1/3，而填料塔中填料是充满整个塔内，若再考虑液体分布器等构件，则填料塔比复
合塔的造价要贵2~3倍。
2.1.2.2 单溢流与多溢流斜孔复合塔技术
由清华大学及其它科研单位开发的一种高效能的斜孔塔板，它是一种斜孔交错排列的塔板，塔板上
有合理的气液流动，气体以水平方向喷出，相邻孔喷出的气体不互相对冲，气体分布均匀，也不彼此叠
加而致使液体不断加速，塔板上保持适当的存液量，且始终保持有一定的液层，气液接触充分，雾沫夹
带少，允许汽液负荷高，且有一定的自清洗作用。它避免了气体垂直向上喷（如筛板）和气体有相互干
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扰（如泡罩、浮阀板）不利于生产能力的提高及气体都向一个方向喷射（如浮动喷射板）不利于塔板效率的缺点。它有以下主要特点：
（1）允许气相负荷高，生产能力大。比浮阀塔板生产能力高约30%~40%。
（2）塔板效率高，一般等于或稍高于浮阀塔板。
（3）结构简单，加工成本低廉。
（4）有自清洗作用，物料不易堵塞。
（5）阻力降小。
在单溢流斜孔塔板的基础上，清华大学和燕化公司的组织下，由清华大学、北京燕华精馏技术开发公司、燕化公司炼油事业部、中石化北京石油化工工程公司共同合作，于1996年开发成功，在燕化公司炼油事业部气体分馏装置脱丙烷塔上进行了成功的工业化应用。该复合塔板是针对单溢板的溢流堰长度一般不超过塔径的0.8倍，用于液相负荷较小的体系，当液相负荷过大板上液面梯度会较大，导致气液分布不均，或降液管过载，影响塔板效率和正常操作，因此考虑采用双溢流型或多溢流型。这样可以减流强度和降液管负荷，同时，也减少了塔板上面梯度。但一般的双流型或多流型塔板，其管要相间地置于塔板的中间或两边，影响了有效传质面积，塔的利用率比较低。
新型多溢流复合斜孔塔板采用类似MD塔板的降液管形式，但只用1根或2根而不是很多根，结构比较简单，液体流动距离较长，塔板效率比较高。另外，由于板面采用了斜孔塔板代替筛新型多溢流复合斜孔塔板既有MD塔板允许大液相负荷，又有斜孔塔板允许大气汽相负荷的特点，可广泛应用于石化、化工、医药等许多行业的精馏塔、吸收塔和解吸塔上，特别适用于液相负荷很大的体系。
经过考察、比较、分析和详细论证，川维厂采用了清华大学/惠生公司的斜孔复合塔新技术。
2.2 精馏装置改造的方案
将川维的醋酸乙烯装置的生产能力提高到190 kt/a，可行的方案有两个：
2.2.1 新建1套精馏装置
在现有的技术革新的基础上，新建1套100 kt/a的醋酸乙烯精馏装置，关键设备的操作状态、塔径、塔高等基本参数保持不变。该方案面临的风险小，成功性大。川东氯碱工程于20世纪80年代末期批准建设，因各种原因，该工程截至1996年，几乎没有进展，在社会上造成了一定的影响，空分、乙炔及甲醇3套装置移建川维后，更引人注目。因此项目的成功与否直接关系到川维今后的生存发展。在这种背景下，选择该方案不失于一种比较稳妥、又能得到掌声与鲜花的方案。即可研方案，该方案建设投资8733万元。该方案最大的缺陷就是既不能提高醋酸乙烯装置的整体技术水平，又不能降低醋酸乙烯/聚乙烯醇的生产成本，提高市场竞争的能力，同时，建设场地有限，空余场地没有建设1套精馏装置的的空间。
2.2.2 对精馏装置进行整合，提高醋酸乙烯装置的生产能力
在现有的操作状况下，利用新的塔器技术，对精馏装置的的主要设备进行技术改造，使精馏装置达到190 kt/a的生产能力。
（1）利用清华大学/惠生公司的溢流斜孔复合塔板技术对主要塔器进行技术改造
将增加1个粗馏塔3D587，塔内件采用复合塔板，保持已有的3D567/577不变，2用1备，使醋酸乙烯粗馏部分的处理能力达到190 kt/a醋酸乙烯的要求。
对3D594/594进行重新设计，塔径变粗，塔高变高，塔内件采用复合塔板，使醋酸乙烯精制能力达到190 kt/a的生产要求。
对3D621进行塔内件改造，对3D620进行重新设计，塔内件采用复合塔板技术，使醋酸精制系统的处理能力满足190 kt/a醋酸乙烯的要求。
对3D640进行重新设计，原3D640塔为加压塔，为降低醋酸乙烯产品中的醛酮杂质含量，将该塔
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