144-羽叶分离器用于焦炉荒煤气脱硫塔电捕焦油器入口专用气液分离器设计

       本篇主要针对焦炉荒煤气湿法脱硫工艺中脱硫塔塔进气电捕焦油器入口管线，羽叶分离器串联设计进行分析讨论。

      在以前的技术讨论中，已经针对焦炉气荒煤气制氢PSA进气管线上的干法脱硫塔入口专用羽叶分离器设计设置进行过分析探讨。本篇针对湿法脱硫塔入口管线上布置的电捕焦油器与其紧邻前置羽叶分离器串联设置设计，进行分析讨论。

      本篇以某企业的兰炭焦炉装置为例，进行分析。该企业的兰炭炉产出的荒煤气，经直冷塔、横管冷却器降温后，携带焦油液滴液沫和粉尘颗粒物的荒煤气，进入电捕焦油器脱除荒煤气里的重相杂质。从电捕焦油器出来的荒煤气，再经风机增压，然后送入脱硫塔处理回收硫磺，脱硫后的荒煤气送往水封储罐。

      业主进一步补充说，水封储罐里的荒煤气，一部分直接用作燃料，另一部分则送往PSA制氢。送往PSA制氢系统的荒煤气，经风机进一步增压后，首先得进入干法脱硫塔硫进一步精脱至1ppm以下，再进入PSA塔系。干法脱硫塔入口专门设置的分离器，就是以前曾经作过技术交流分析的干法脱硫塔入口专用羽叶分离器。因为，水封储罐的储气，因系统工况波动会携带不少液滴液沫进入干法脱硫塔。

      业主这次急于解决的问题是，由于电捕焦油器对荒煤气的分离脱除运行不稳定，导致超标的焦油和粉尘颗粒物进入脱硫塔，使原有脱硫装置不再有效完成对气流脱硫形成硫磺排出系统。

      荒煤气湿法脱硫塔在脱硫液控制参数正常情形下发生脱硫反应效率下降甚至失效而不行程硫磺，其主要原因是，荒煤气携带过多的焦油和粉尘进入脱硫塔内不断积聚而很快形成低密度非极性焦油液层，漂浮在脱硫液面，将弱碱性脱硫液与荒煤气分隔开来，使脱硫液与硫化氢等酸性气的有效转换反应难以有效进行。

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      该湿法脱硫塔内进行的脱硫反应和置换反应，属于气相与液相之间进行的界面反应，其反应阻力本身较大。而焦油等烃类轻质液层，漂浮在脱硫液面阻隔液相与气相接触，进一步加大气液两相界面反应的阻力，粉尘颗粒物也会破坏硫磺泡沫的形成。

      那么，为什么电捕焦油器对荒煤气的分离运行会不稳定导致焦油和粉尘含量超标呢？
      从电捕焦油器的工作原理上看，电捕焦油器要对气流中的液滴液沫和粉尘实现捕集，包括几个环节：其一，须设法使气流中的液滴液沫和粉尘颗粒物荷电，即带上电荷；其二，这些荷电后的液滴液沫和粉尘所带电荷需要在分离空间内稳定存在；第三，须设法产生稳定的强电场。
      相对而言，第三点相对较易实现。而第一点使气流中的液滴液沫和粉尘颗粒物荷电和第二点确保荷电后的液滴液沫和粉尘颗粒物在分离空间内运动而不失电，就需要因物系类型、物系性质和流体运动流型流态而不同。比如，如果气流中携带的重相质液滴液沫和颗粒物是电解质、金属粉尘，其荷电很难。有的气流气流中携带的重相质液滴液沫和颗粒物，是非电解质、非金属粉尘，虽然荷电成功，但其在随气流流动过程中发生电荷间相互碰撞放电失电，或者工况不稳定使气流流速偏高或者颗粒物质量过大等因素导致荷电微粒在电场中偏转尚未到达极板前就已经离开捕集空间，导致捕集失效。

      在电捕焦油器处理焦化装置的焦炉气、荒煤气实际工况中，因工况控制不稳定，使气流流速、动量、动能发生波动超出电捕焦油器能力范围，是大概率事件。气流中携带电解质颗粒物也是大概率事件。电捕焦炉气的高压电极及其形成的电场，对焦炉气温度和所携带的焦油粉尘混合物很敏感。焦炉气飞温造成温度过高，焦油油泥积聚覆盖电极，都对电捕焦油器的功效影响大。

       对于任何分离器来说，都有其特定应用区间，只是其应用区间大小不同而已。
       电捕焦油器也是如此。通常而言，对于工况不稳定的气流净化场合，往往由于气流携带的重相携带质种类、动能动量、流型流态多变，导致捕集效果大幅下降，故不宜单独将电捕器用于气液分离。

      羽叶分离器，与电捕焦油器串行配置使用，可有效弥补电捕焦油器的缺陷。
      电捕焦油器的工作原理和机制，决定其适合吃“细粮”对稳态气流精密深度分离。如气流工况多变，气流中的液滴液沫和颗粒物携带量较大，则须利用前置的羽叶分离器脱除气流中绝大部分重相携带质，然后让排出气流中残留的微量微小重相携带质留给电捕焦油器以发挥其特长优势。
       此外，脱硫塔出口管线上，也需要设置羽叶分离器，以脱除荒煤气中携带的脱硫药剂液滴液沫。否则，荒煤气携带的碱性脱硫剂液滴液沫会后窜入下游管线设备，不仅造成管线设备积液污染电化学腐蚀，还会造成脱硫液消耗指标上升而增加运行成本。

      从上述电捕焦油器的工作机制分析可以看出，本质上，电捕焦油器与羽叶分离器也同属于动力学分离器，索性就叫做“电捕分离器”。因为，电捕焦油器对焦炉气荒煤气中焦油和粉尘的捕集效果，也取决于气流流速、重相携带质的物化性质、气流的动能动量和流体形态特性。

      以如下具体工况特性参数为例，来分析流体特性。

a) 荒煤气组成（v%)：
组分           H2                 CO                CO2            N2        CH4            CnHm        O2          合计
实际值17.43        14.23        9.28            52.82        5.22            0.52        0.45           100

b) 电捕焦油器管线运行压力：-2KPa；

c) 电捕焦油器管线运行温度：45℃；

d) 电捕焦油器进出口管线尺寸：￠1220mm。

       补充一下：电捕焦油器当初设计采用的荒煤气组成（v%)如下：

组分           H2        CO        CO2         N2        CH4        CnHm  O2         合计
设计值        27.4        12.6        11.6         41        6.3        0.7          0.4         100

可见，实际运行工况的焦炉气组成，与电捕焦油器当初设计依据的气相组成存在较大区别。

      业主希望羽叶分离器能达到的效果与电捕焦油器相当：

1）、分离效率稳定达到99.9%；

2）、羽叶分离器总压降（包含进出口管节流压降）不超过5kPa。

       NOVEL公司依据业主实际工况数据，通过NOVEL精准动力学分离技术计算和组态设计系统平台完成的电捕焦油器前置入口专用羽叶分离器的信息如下：

一、分离技术类型：G50型羽叶分离器；

二、分离器型号：NOVEL G50 D-BANK  138/73;

三、一级预聚结分配器型号：G50D47;

四、抗“虹吸”降液器型号：G50LD20；

五、分离效率：4N级分离脱除5.34微米及以上尺寸液沫及颗粒物；

六、总体运行压降：0.57psi。

      下图是NOVEL依据业主实际工况数据通过NOVEL精准动力学分离技术计算和组态设计系统平台输出的电捕焦油器前置入口专用羽叶分离器数图汇表：

      有关羽叶分离器更多技术信息，请登录NOVEL分离技术专网进行细致了解。

     动力学分离技术设备，必须针对实际工况，通过精准动力学分离技术计算和组态设计系统平台完成“一一对应”技术方案，不能被国内外某些仿制企业模仿外形而蒙蔽对动力学分离技术了解不深的客户。  
      羽叶分离器，是基于其精准动力学分离系统平台，根据不同温度和压力工况下的气相组成和平均分子量、比较压缩因子、气相粘度、气相密度、气相流量，以及液相密度、液相粘度、液相表面张力和上限液相流量等流体动力学参数，在其精准动力学分离系统平台设计技术获得的设计结果和组态形式。
      准确地讲，与具体工况一一对应的动力学分离内件基本组态方案只有一种，即内件流道内部几何参数，如流道长度、流道包含的重复分离单元数量、每个分离单元的流道间距、分离单元长度、动量变换角度、动量变换次数、液相反射收集角度、次级流道液相存储空间尺寸、次级流道抗堵塞尺寸、次级流道抗二次旋流几何尺寸等等，均已经一一对应。相反，国内外非专业分离技术公司，只顾模仿内件组态外形，而对于流道宽度、流道长度、流道内部参数全然不顾，反正不少设计院和业主都与他们自己一样不懂动力学分离技术，只要外观模仿得相像，又为了节省材料降成本，低价中标，分离器实际运行效果只能凭运气。
      提醒大家对动力学分离技术有较深入了解，可以有效避免采用非专业动力学技术供方货物造成的不良后果。