一种具有改进结构的小齿顶填料

1. 痛点问题

精馏、吸收和萃取等化工分离过程广泛地用于化工、能源、环保、生物医药等领域。大量统计数字表明，分离过程的能耗约占工业过程总能耗的50%。为此，《自然（Nature）》正刊近年发表了一篇评论文章 “七种化学分离技术改变世界（Seven Chemical Separations to Change the World）”。文中指出，美国工业能耗占全国总能耗的32%，而化工分离过程的能耗占了美国工业能耗的45-50%。对于七种最耗能分离过程如原油常减压分馏、芳烃、烯烃、海水淡化、温室气体CO2捕集、稀土分离和海水提铀等，先进技术比传统技术可以节能30%左右。因此分离技术的创新和推广应用极为重要，可以“改变世界“ 。我国工业过程能耗占总能耗的比重超过60%，化工分离过程显得更为重要。

塔填料分为散装填料和规整填料两大类。本专有技术属于规整填料。适用于减压精馏、化学吸收等。塔填料的结构和性能对分离过程的技术经济指标具有重要的影响。但传统的Mellapak、Gemapk 等规整填料虽然应用很广，但几十年来结构和性能鲜有改进。为了应对气候变化和企业转型升级，对高性能规整填料的要求非常迫切。例如某企业炼油厂原油减压塔改造，急需大幅度减小塔的阻力降。又如某电厂50万吨CO2捕集项目急需大量高效率低阻力降的规整填料等。

2. 解决方案

CFD模拟和实验观察表明，传统规整填料长期沿用90度左右的波纹齿顶角是造成气相阻力降大、液相在填料表面分布不均匀和传质效率低的主要原因。为此，在CFD模拟和实验研究的基础上本专有技术提出的小齿顶角波纹规整填料方案，将填料的齿顶角从90度左右减小到30度左右，大大缩小了波纹间距、增高了波纹高度。实验研究表明，这种新结构规整填料的阻力降比同样比表面积的Mellapak 填料降低约30%、处理能力增加约15%、传质效率也能增加约15%。这样，填料塔的体积效率可望增加约30%，对节能减排和提质增效具有重要意义。

图1. 传统板波纹填料波纹片形状示意图

图2. 本发明的小齿顶角填料的波纹板片示意图