141-羽叶分离和多因子旋流子母分离技术及设备在PVC项目乙炔生产和净化上的应用

       本篇主要针对化工行业尤其是行业产能比重大的PVC企业乙炔发生和净化工艺中涉及到的精准动力学羽叶分离和多因子旋流子母分离技术及其内件设备技术方案探讨。

       在PVC项目、维尼纶项目、PMMA项目、BDO项目及所有炔醇类维生素和医药中间体等项目中，无一例外，需要牵扯到令人头疼的乙炔生产及净化工艺技术配置问题。否则，首要遭遇的就是人员和装置的安全运行风险；同时，生产线的稳定高效长周期流畅运行及其运行维护成本问题也同时到来，事关项目总体效益。这也是同行们就其乙炔生产及净化工艺中遭遇的分离烦恼问题，向我们NOVEL技术公司咨询求助的原因。我在此与大家一同探讨这类行业共性技术问题。

       正如大家所知，目前国内化工行业各项目涉及到的乙炔工业化生产，主要包括两种路线，即湿法乙炔路线和干法乙炔路线。湿法乙炔路线，是传统老旧技术工艺，但在行业中所占的比率不低，主要以流态水浸没式反应方式移热。而干法乙炔路线，则是近些年发展起来的革新路线，虽然在行业现有运行装置中所占比例不占主体，但其水雾覆盖反应蒸汽移热方式的运行安全环保优势明显，将发展为主流路线。

       无论是干法乙炔路线，抑或湿法乙炔路线，其乙炔生产和净化技术工艺环节，都包含：乙炔发生、除尘洗泥、冷却、粗存、压缩、清净、中和和存储等环节。这里主要讨论客户向我方请求技术支持的分离技术，这是我们NOVEL公司的技术强项。
       在乙炔发生环节，乙炔和水蒸气携带者液沫液滴、泥浆、粉尘，从发生器顶部空间设置的气流出口管向下游管线设备输送。在此节点，需要对气流携带的重相质进行首次分离净化，以避免气流携带的重相质，如液沫液滴、泥浆、粉尘等，在后续输气管线和设备中积聚堵塞而影响生产线运行连续流畅性及后续设备运行维护费用。在传统分离工艺装备上，往往采用简易丝网内件，而气流携带的泥浆、粉尘和钙碱特别容易在丝网上积聚堵塞内件，造成排气不畅和憋压，更换维护频度很高。有的企业操作人员甚至因丝网更换维护工作负荷大而干脆取掉丝网内件，致使气流携带的液沫液滴、泥浆、粉尘等重相质畅通无阻地窜入后续管线设备造成管线设备积液堵塞和运行故障。

      在除尘工艺环节，往往需要将气流携带的粉尘脱除。对于干法乙炔路线，由于电石需要经过超细粉碎设备碎化成3mm左右的细分，与之相关的破碎、筛分、输送、反应等环节都会较湿法乙炔路线产生更多的粉尘量和粉尘处理量。如大家所知，粉尘尤其是干燥粉尘很容易荷电而发生爆炸，这对于电石粉尘而言更是危险。而对于超细粉尘，采用常规的丝网、滤芯、滤袋等拦截，输气运行压降不断升高，过滤内件使用寿命短，设备运行维护成本高昂。在这个环节，建议套用湿法乙炔工艺所用的洗气塔，或者称洗泥塔，先通过水幕将气流中各种尺寸分布的颗粒物和泥浆进行润湿和绝大部分洗脱，再对塔顶部气相携带的液滴液沫及其溶解的钙盐进行进一步分离，其运行安全性、流畅性、分离有效性和运行维护成本，更值得选择。在煤气化装置上，有效脱除煤气中携带的微米及以下级别的微小粉尘，也常常选用运行有效、流畅和低运行维护成本的洗气塔，往往较干法除尘更具实际运行优势。

       在压缩环节，往往需要在压缩机入口管线设置专用入口分离器。有人会提出问题说，压缩机设备厂家在压缩机设备供货时不是已经配置有一个入口过滤罐，是否可以共用？是的，有的业主在与压缩机设备厂家签订压缩机设备供货合同时特别要求厂家配置一个入口过滤罐。但这个压缩机设备厂家配置入口过滤罐，往往凭经验估计一个尺寸罐体装上滤芯交差算事，滤芯材质、过滤精度、气流分配等技术细节压根没有考虑，往往出现运行压降高、使用寿命短、滤芯更换维护成本高的毛病，毕竟人家是压缩机制造厂家而不是专业的分离过滤技术公司，情有可原。
        
      

       再者，过滤滤芯用来拦截气流携带的当量尺寸固定不变的固体颗粒物是有效的，但对于气流携带的液滴液沫和泥浆等在其穿过内件时其当量尺寸发生收缩的液滴液沫则是分离效果不佳。大家知道，乙炔气柜出口管是须通过水封的，由于系统压力波动等原因往往使气柜出口管线带水，必须通过压缩机入口管线设置的专用气液分离器高效脱除气流携带液滴液沫后才能进入压缩机以避免液击，而过滤罐对液滴液沫的分离脱除能力不理想，且容易被析出钙碱堵塞过滤内件。

      在清净工艺环节，乙炔不同工艺路线，在这里会有差别。
      对于湿法乙炔路线，其清净工序往往采用双塔串联设置，以次氯酸钠溶液进行两级喷淋洗涤，主要是把乙炔气中的硫化物、磷化物等杂质气体进行转化。由于次氯酸钠溶液与乙炔气在清净塔内逆向接触，在保证充分喷淋强度对杂质气体进行反应转化前提下，不少次氯酸钠液滴液沫被上升的气流携带达到清净塔顶部气相出口，要求采用抗钠盐结晶堵塞的高效气液分离除沫器脱除气流携带的含氯含钠盐液滴液沫。传统工艺采用的丝网除沫器，不仅分离效率低，气流携带的液滴液沫逃逸明显，下游管线积液明显，腐蚀快；并且，钠盐易于在丝网内件块上析出结晶堵塞气流通道，运行压降上升快，需要频繁更换维护，工作量大，运行维护费用高。

       对于干法乙炔路线的清净工序，往往采用浓硫酸转化洗脱乙炔气流中的杂质气体。浓硫酸在对乙炔清净过程中，硫酸逐渐转变成黑红色高粘度液体，含有诸如高碳烃、磷酸等杂志。与湿法乙炔清净工序相似，乙炔气流也会对硫酸液滴液沫进行分散携带到达设备顶部乙炔气体出口，也需要采用抗堵塞高效气液分离器对乙炔气流携带的硫酸及所含杂志进行分离脱除，避免气流将这些重相质携带进入下游管线设备造成腐蚀以及居高不下的后处理费用。
       传统的丝网除沫器，本身分离效率不高，且高粘稠的硫酸及其携带的高碳烃等杂质很快在丝网内件中积聚并占据气流通道，造成运行压降飙升，分离进一步恶化，需要频繁更换维护内件，工作负荷大，条件恶劣，让装置操作人员十分头疼。

      在乙炔气流中和环节，经过清净过程后的乙炔气流进入中和塔内，与足够喷淋强度的碱液逆向接住发生中和反应。乙炔气体中携带的酸性组份，与喷淋中的碱液进行中和并洗脱，达标的乙炔气体才能输送往下游存储或直接送往用气装置。
       在中和塔内，乙炔气流自塔底向上流动时，喷淋而下的碱液和中和反应产生的盐会被乙炔气流携带到达塔顶部气流出口区域。此时，需要采用抗结晶堵塞的高效气液分离器对乙炔气流携带的含盐碱液滴液沫进行脱除，以确保后续管线设备不产生含盐液体积聚“液阻”和腐蚀。

       在前述乙炔生产和净化流程各分离工艺节点上，需要采用抗堵塞高效分离技术设备对乙炔气流携带的重相携带质进行有效脱除以确保生产线长周期、稳定、低成本运行，才能让项目产生相对理想的技术经济环保效益。
       传统工艺技术上常用的丝网除沫器或过滤器，由于其分离机制上采用丝网纤维相互架桥形成的物理“孔格”对气流携带的重相质进行拦截分离。由于丝网纤维架桥形成的物理“孔格”尺寸大小不一，某些小尺寸“孔格”在拦截住一些重相质的同时，另一些尺寸更大的“孔格”却让一些尺寸等同于前述小尺寸的重相质穿过大孔格发生逃逸。因此，国际上对丝网这类内件的分离效果认定为“定性”分离而非“定量”分离。当气流中携带高粘稠液滴液沫以及固体颗粒物时，这些重相质被截留在丝网表面而不断积聚而堵塞丝网内件上的气流通道，导致丝网内件的运行压降不断增加，处理能力不断下降，需要及时更换维护这些内件，从而带来更大的维护劳动强度和更高运行维护成本。
       而当气流携带液滴液沫时，液滴液沫在穿过丝网内件“孔格”时，其外形会变成纺锤形，当量尺寸会发生变化。当液滴液沫变形穿过丝网孔格后，又会在表面张力作用下变回椭圆液滴状态。从而，对于重相携带质当量尺寸在其穿过分离介质会发生改变的液滴液沫，不能用过滤固体颗粒物这类当量尺寸不发生变化的技术方式和内件设备来照搬应对，否则不灵。

        针对上述丝网存在的缺陷，国际上认同以动力学分离技术手段来升级传统的“孔格”阻挡拦截式分离。
        对于气固分离场合，推荐以“多因子旋流分离”动力学分离技术手段和设备，技术升级取代传统的丝网滤芯滤袋。
        对于气液分离场合，则推荐以“羽叶分离”  动力学分离技术手段和设备，技术升级取代传统的丝网滤芯滤袋。
              

       羽叶分离、多因子旋流子母分离这些动力学分离技术，利用流体自身动能动量使流体在特殊结构的动力学分离内件中实现高效动量变换发生大量以微小半径进行的旋转，使流体微元发生高效聚结聚集长大，并在强大矢量作用场中发生强制分离；对于携带的液相质，其表面张力作用下也更利于微小分散相的高效聚结聚集长大后在强大矢量作用场中发生强制分离。
      通常而言，对于分离要求苛刻的场合，往往采用多级多种动力学分离技术协同发挥作用，达到高操作弹性、逐级高效分离。此外，动力学分离技术设备内件，其不同于以阻挡拦截方式为主的传统分离技术设备内件，其内件间距达到数十毫米，在抗堵塞、抗腐蚀上更显现技术优势。

     下图举例说明羽叶分离技术与传统丝网分离的主要区别，供大家参考：

     这里以某维尼纶企业乙炔发生器出口专用分离器实际工况为例，进行讨论。
1、        工况温度：89.7℃；
2、        工况压力：3.6KPa；
3、        气相体积流量：1445.5 m3/h；
4、        气相组成（mol%）：乙炔=0.63~0.65；水蒸气=0.32~0.33；固相粉尘=0.02~0.05；
5、        气流中重相携带质：（0.093~0.243）kg/m3；
6、        重相质表观密度：700 kg/m3；

技术要求：
1、分离效率：99.5%脱除8微米及以上尺寸重相携带质；
2、运行压降：小于1kPa.

       对于干法乙炔流程，推荐采用多因子旋流子母分离器。NOVEL针对业主工况通过NOVEL精准动力学分离计算和组态设计系统平台完成的技术方案输出数图汇表如下：

       针对湿法乙炔路线，主要分离脱除气流携带的液滴液沫、泥浆等湿式携带质工况，则推荐采用羽叶分离器。下图是NOVEL公司为客户提供的羽叶分离器系统输出数图汇表，供大家分享：

      更多关于羽叶分离、多因子旋流子母分离技术设备信息，请登录诺卫能源技术公司分离技术专网进行了解。

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