166-羽叶分离捕滴器用于焦炉高炉煤气装置湿法脱硫塔抗堵塞高效分离专用捕滴器设计方案

     本技术贴主要针对焦炉、高炉煤气装置湿法脱硫塔抗堵塞高效分离专用羽叶分离捕滴器设计方案进行剖析讨论。

       在焦炉煤气、高炉煤气装置中，煤气脱硫属于核心装置之一。由于焦炉煤气、高炉煤气在隔氧或缺氧下产生，其中的硫素主要以硫化氢以及少量羰基硫形式存在。而煤气绝大部分硫素脱除，往往采用经典的湿法脱硫工艺技术，残存的微量硫素再在后续装置酌情采用干法脱除。
      由于煤气绝大部分硫素通过湿法脱硫塔完成，脱硫塔顶部排气如何通过正确选择设计抗堵塞高效捕滴器以保证下游受气装置长周期稳定运行，是工业设备技术层面需要关注的问题。

      这里以我方经手的某项目50000Nm3/h煤气站湿法脱硫塔抗堵塞高效分离专用羽叶分离捕滴器设计方案为例，进行细致剖析。下图即为该项目业主指定采用羽叶分离捕滴器的文件摘录：

      先把项目概况录于此：
      项目名称：5*10^4m3/h 煤气站脱硫系统外包项目  
      ★项目概况
1、        本站最大煤气处理量 50000 Nm3/h              
2、        操作温度: 40℃~45℃
3、        操作压力:  常压
4、        要求煤中含硫量为≤1％，以 70％硫化氢的形式转入煤气中，则煤气中含硫化氢量为进口
H2S 含量 2.1g/m3      
5、        要求脱硫后煤气中 H2S 含量≤100mg/m3
6、        脱硫技术方案采用湿法脱硫
★设计方案要求
1、        在满足生产能力的情况下，提高含硫煤气净化度。
2、        满足长期操作不堵塔且尽可能降低系统阻力的要求。

      业主在该项目煤气湿法脱硫技术上选用了传统的栲胶法。
      湿法脱硫塔脱硫剂为 TM-S 钛氰钴磺酸盐类。推测业主选定该法，主要考虑取其操作简单、运行成本低等优点，但随之便带来脱硫塔顶部气相带液带硫沫显著而捕滴技术难度大的技术难题。
      

      栲胶脱硫，是利用碱性栲胶水溶液从气体中脱除硫化氢，属于二元氧化还原过程。
      栲胶是有酚式结构的多羟基化合物，是一种良好的载氧体，又能对多种重金属离子起络合作用。其脱硫反应机理如下：
(1)碱性溶液吸收 H2S 的反应
Na2CO3+H2S——NaHS+NaHCO3
(2)NaHS 与偏钒酸钠反应生成焦钒酸钠
2NaHS+4NaVO3+H2O—Na2V4O9+4NaOH+2S↓
(3)将 Na2V4O9 氧化成偏钒酸钠
Na2V4O9+2 栲胶（氧化态）+2NaOH+2H2O—4NaVO3+2 栲胶（还原态）
（4）还原态栲胶的氧化
栲胶（还原态）+O2—栲胶（氧化态）+H2O
此外，在生产中还有生成硫代硫酸钠的副反应
2NaHS+2O2—Na2S2O3+H2O

      栲胶法从煤气中脱出的硫素，漂浮在脱硫塔工作液中尤其在液面集聚，易于被煤气携带形成大量液滴液沫夹带。粘稠的硫磺膜易于在塔顶内壁、内件表面集聚甚至于堵塞气流通道。

      接下来再看看业主已经委外完成的脱硫塔设计工况：
      脱硫塔设计方案
1、        脱硫系统采用湿法脱硫方式。脱硫塔为填料塔，将煤气中的硫化氢含量从 2100mg/m3 脱至 500mg/m3 以下。
2、        脱硫塔采用填料塔结构形式，其直径为￠5200mm，高度为 28m。
填料塔内部结构如下：
（1）        填料塔内设 2 段填料，每段填料高度为 8m，填料型式规整填料。
（2）        塔内设两套液体分布器。
（3）        气相进出口处设压差计接口，接入操作室。
（4）        一般控制脱硫操作温度在 40℃—45℃。

     我方针对其脱硫塔参数，核算其工艺数据如下：

1、空塔气速 在0.6～0.7m/s 。
2、脱硫泵 选择2 开 1 备，每台脱硫泵流量 400 m3/h,扬程45m。 循环溶液的硫容能满足行业运行惯例 0.15g/l要求。
3、脱硫塔液气比及喷淋密度靠近行业运行惯例区间10-20L/m3下限，推测其脱硫效果处于上限附近，对波动工况的应对弹性不足。

       而在栲胶法湿法脱硫塔顶气相除沫捕滴技术设备，在传统上往往选择造价低、结构和性能不佳的丝网除沫捕滴器、填料除沫捕滴器、简易雪弗龙折流光板等。而业主在本项目委外设计的脱硫塔液气比处于下限附近而对波动工况适应性不佳，一旦工况波动需要增大液气比，则必然导致脱硫塔顶部气流液相夹带量进一步增加；加之，硫磺膜漂浮在工作液中很容易被气流携带进入气液分离内件。针对该实际情况，业主自感在脱硫塔上节省了不少投资所带来的负面影响，继续靠结构性能简陋、低造价的传统捕滴器会带来运行麻烦，从而决定采用诺卫能源技术公司专利技术羽叶分离捕滴器用于该项目脱硫塔。

      羽叶分离技术设备，相对于结构和性能简陋的传统除沫除雾捕滴设备，具有如下显著的比较优势：
1、羽叶分离专利技术设备，针对气流携带粒径分布宽范围液滴液沫，其分离脱除效率高，且能确保实现以99.99%高效率定量脱除5-8微米及以上尺寸的液滴液沫。而诸如丝网等网格阻挡拦截式除沫器、填料除沫器、简易雪弗龙光板折流板、高压静电除沫器和（双曲）旋流管式除沫器，均由于各自分离技术和内件存在的致命缺陷，难以适应复杂多变工况下定量高效分离运行，从而被专业设计方和业主选择技术经济性能更优异的羽叶分离器加以取代。   
2、羽叶分离专利技术设备，在复杂多变工况下的操作弹性更大，其操作弹性空间为15%~130%。而诸如丝网等网格阻挡拦截式除沫器、填料除沫器、简易雪弗龙光板折流板、高压静电除沫器和（双曲）旋流管式除沫器，其操作弹性上限阀值在110%，因工况大幅波动过载而往往造成“液泛”“液涌”故障以及液滴液沫粉尘颗粒物大量逃逸，使排放气显著超标。
3、羽叶分离专利技术设备，在正常工况下能实现超长周期低压降稳定运行，其正常工况运行压降不超过500Pa。这是由于羽叶分离本质分离原理和结构优势，带来优异的抗堵塞性能、低压降运行、气流冲刷自洁功能和超长周期稳定运行优势，尤其对于石油化工、煤焦化和油气开采行业气流携带较多溶解盐和烟尘颗粒物导致的系统结晶、颗粒物堵塞“梗阻”工况，具有显著优势。此外，羽叶分离器已把在线喷淋清洗系统作为标准配置，并把离线可拆卸式羽叶模块结构设计作为可选择性第三重保险配置，业主可以选择在大修期间将核心羽叶分离模块从洗涤塔抽出进行体外清理，确保羽叶分离器实现超长周期、高效、连续稳定、极低维护成本运行。这是其它形式的除沫器难以企及的专利分离技术设备。
4、羽叶分离专利技术设备，在相同工况和分离效率条件下，其分离器尺寸和占地更小。在相同工况和分离效率要求条件下，羽叶分离器直径和壁厚比传统分离器减小 30-40%。对相同直径的旧装置进行利旧技术升级改造后，其处理能力可提高1/3甚至更高，扩能增产效果明显。
5、羽叶分离专利技术设备，全部采用不锈钢SS316L材料制造，能在-180℃至+520℃范围内面对冷热气流交变负荷冲击下保持正常运行，具有十分优异的耐受事故工况抗形变和抗破坏性能。
6、从羽叶分离专利技术设备运行工作曲线上看，该分离器在超长寿命周期内运行压降稳定，分离效率稳定，工作曲线基本上是一条直线，是满足质量管理体系要求的理想之选；而其它类除沫器在新设备运行之初，运行压降和分离效率尚可接受，随着运行时间增加，堵塞加剧，运行压降飙升，分离效率大幅下降，直至被迫重新更换新内件，其工作曲线是一条带有许多大幅锯齿波动带的曲折线，是质量管理体系要求尽可能避免的传统技术设备。

     由于我方羽叶分离捕滴器可便捷设置在脱硫塔顶部空间而无需额外设置羽叶分离捕滴器壳体而节省投资，现在就回过头来考查该项目脱硫塔顶部气液分离工况：
1、工况温度：40-45℃；
2、工况压力：0-5kPaG；
3、气相流量：50000Nm^3/h；
4、气相粘度：0.020cp；
5、液相密度：984.05kg/m^3;
6、液相粘度：0.561cp；
7、液相表面张力：44.34dyne/cm。

     这里还需附上业主提供的脱硫塔顶部气相组成（v%）：
煤气组分         H 2          CH 4          CO        N 2                C0 2              C 2 H 6        H 2 S   H2O         
       
VOL%        11.61        4.97              5.43        50.22        25.73        1.70          0.05          0.3

   根据业主提供的脱硫塔顶部气液分离工况参数并选取苛刻工况，通过精准动力学分离技术计算和组态设计系统平台完成的上述煤气脱硫塔抗堵塞高效分离专用羽叶分离捕滴器技术信息如下：
1、捕滴器技术类型：羽叶分离捕滴器；
2、捕滴器型号：NOVEL G50 D-BANK-205/72.5;
3、预分布聚结内件组型号：NOVEL G50D；
4、精密羽叶分离内件组型号：NOVEL G50-D BANK-160/1250;
5、抗虹吸短路降液内件组型号：NOVEL G50LD8P；
6、旋喷系统内件组型号：NOV-100/4-120;
7、分离效率：99.99%@6.87micron plus；
8、运行压降：0.035psi。      

       我方通过自有精准动力学分离技术计算和组态设计系统平台输出的上述脱硫塔抗堵塞高效分离专用羽叶分离捕滴器《数图汇表》如下：

      下图是诺卫能源技术公司通过精准动力学分离技术计算和组态设计系统平台输出的上述脱硫塔抗堵塞高效分离专用羽叶分离捕滴器《分离效率曲线图》如下：

      下图又是诺卫能源技术公司通过精准动力学分离技术计算和组态设计系统平台输出的上述脱硫塔抗堵塞高效分离专用羽叶分离捕滴器《运行压降曲线图》如下：

      再提供一张连接在羽叶分离捕滴器底部的抗虹吸短路降液系统内件组的图片：

       这里采用的抗虹吸降液系统，即便因特殊工况导致分离器运行压降飙升数十上百千帕甚至更高，也能实现排料顺畅，并完美防犯分离下来的液相在高压差驱动“虹吸作用”将物料瞬间倒吸进入净化气流产生二次“挟带”分散危害下游管线设备。

       关于煤气湿法脱硫塔抗堵塞高效分离专用羽叶分离捕滴器更多技术信息，请登录诺卫能源技术公司分离技术专网进行更多了解，并直接向诺卫能源技术公司寻求技术支持帮助。

luoli519 发表于 2020-10-14 13:11
关于煤气湿法脱硫塔抗堵塞高效分离专用羽叶分离捕滴器更多技术信息，请登录诺卫能源技术公司分离技 ...

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