157-加氢合成装置循环气主分离器和循环气压缩机入口分离器采用羽叶分离技术升级方案

      本篇主要针对加氢等气液固合成反应装置采用羽叶分离技术对传统结构的循环气主分离器和循环气压缩机入口分离器进行升级改造技术方案讨论。

      在气液固三相反应装置上，比如加氢重整、加氢预处理、汽油加氢精制、柴油加氢改质以及其它类似气液固三相反应中，气相反应物往往单程转化率不高。大量的气相反应原料与反应产物从反应装置出来后，循环气在脱除反应产物后，需要重新打入反应装置循环反应以提高综合转化率。

     通常，在气液固循环反应装置上，从反应器出来的高温混合物流经冷却到规定温度范畴以使反应产物从蒸汽充分冷凝后，通过主分离器将气流中携带的液相反应产物分离脱除，再经循环压缩机入口分离器对循环气进一步分离后进入循环气压缩机升压注入反应装置循环反应。附图即为诺卫能源技术公司关于气液固循环反应及循环气分离工艺流程专利技术，其主分离器和循环压缩分离器均采用羽叶分离专利技术及内件。

      而加氢预处理、汽油加氢精制、柴油加氢改质和加氢重整等装置，由于加氢形成的硫化氢会使加氢反应装置催化剂中毒而活性降低，因此，在循环气的净化处理上还增加脱硫单元。比如，雪弗龙鲁姆斯的LC-FINING工艺流程：

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      在上述工艺流程中，加氢反应器出来的气液混合流，首先进入热高压分离器进行气液初步分离，热高压分离器出来的液流再经低压分离器回收溶解气，两个分离器的气流合并回收热能而冷却后，再通过循环气压缩机入口分离器脱液，然后进入压缩机升压注入反应器参与循环反应。

      这些热高压分离器、低压分离器和循环压缩机入口分离器，原来都采用传统的丝网分离技术内件，操作弹性不大、分离效率低，且常常因气流携带粘性质而堵塞丝网造成压降高、内件运行寿命短。而MDEA脱硫塔、再生塔原来也采用这丝网分离器。在2000年初，我方应国内设计院要求设计提供多管旋流分离器取代原来的丝网分离器，于是国内便出现旋流脱胺器、旋流脱烃器、旋流分液器、旋流脱液器等不同称谓的加氢装置循环氢旋流分离器。这些循环氢旋流分离器，在某些加氢装置上分离运行效果还不错，而在另一些加氢装置上分离效果则不稳定，出现间或性明显带液。

    旋流分离器，属于动力学分离器，必须根据具体装置不同工况温度、工况压力、气相组成、气相流量、气相粘度、偏心因子、压缩因子、气相密度、液相组成、液相流量、液相密度、液相粘度、液相表面张力等数据，通过精准动力学分离技术设计平台“一对一”定制设计。同样两套规模一样的加氢装置，其实际运行工况肯定不可能完全一样，不能象目前不少企业装置主要依据流体处理量而简单选型拷贝而未加精准设计。我最近看到一些企业业主采购的加氢精制循环氢MDEA脱硫塔旋流分液器，基本按照经验每套定价标准采购标准设备拷贝品，这是不正确做法。旋流分离器，不是标准设备，必须依据具体不同工况数据进行“一对一”定制设计。否则，其实际分离效果不佳，甚至赶不上传统丝网除沫器。这就是目前一些装置的旋流分离器产气带液的主要原因。

      旋流分离器，（干气）旋流脱烃器、（干气）旋流分液器、（干气）旋流脱液器，利用流体在旋流管高速旋转产生的离心作用实现轻重相分离。从国内外几十年来的技术设计应用看，旋流分离器有如下几个显著技术特征需要大家重视：

首要一点，应用场合条件：[b]工况要求必须稳定！否则，分离运行效果，受工况波动敏感而变化幅度大。原因之一，旋流分离器的轻重相分离手段，就是依靠流体旋转产生的窄限离心作用。一旦工况不稳定，离心作用明显变化超出窄限，或者离心作用不明显，或者液沫飞溅破裂而从“分离”转变为“分散”，效果大受影响。原因之二，旋流分离器结构简单，分离单元级数少，一旦因工况波动致使重相质发生逃逸，缺乏有效补救内件结构发挥有效作用。而针对工况波动采取对旋流管内件组实施“管堵”措施，往往实际表现在“事后”的“应付行为”，并不能防犯后期工况逆向波动导致的分离效率恶化。

其二，运行特点：压降高！旋流分离器依靠流体在旋流管内高速旋转产生的离心作用实现轻重相分离。要使轻重相有效分离，则流体沿旋流管内壁面必须高速旋转形成高强离心场。而流体沿旋流管内壁高速旋转的推动力，源于流体携带的动能和势能之高差值驱动（含静压能差）。因此，对运行压降忌讳的低压工况，尤其是常压工况、真空工况，选择旋流分离技术是方向性错误。

其三，固有运行弊端：轻重相“挟带”和“返混”现象明显。旋流分离器内轻重相流道为同一流道，而轻重相物流流向或呈180°或呈0°，容易使轻重相之间产生明显“挟带”和“返混”现象。

其四、固有运行弊端：排料不稳、排料不畅。旋流分离器分离的重相流，需要首先从共同流道排出，而由于流体高速旋流产生高运行压降，往往导致分离下来的重相质流在轻重两相共同流道末端排出不畅，甚至产生二次“挟带”分散。

因此，特别强调：除非工况稳定，且工况压力属于高压、超高压状态致使气相高强度压缩形成的气相密度与液相密度之差值靠近30-40kg/m^3，或者气流携带大量表面硬度高的锐状颗粒物工况而需要选择旋流分离器外，其它工况尽可能避免选择旋流分离技术设备。

      那么，更好的技术选择是什么呢？从专业动力学分离技术角度讲，羽叶分离技术设备是不可多得的选择！
      对应依据如下：
      羽叶分离器，采用专利技术构置的特殊流体动力学流道使流体在羽叶元件内部多级串联分离单元中形成更小旋转半径的旋流，相互聚结、矢量分离和表面自由能捕集分离协同，经多级串行分离最终实现轻重相高效分离。羽叶分离，既包含旋流分离技术，又包含聚结分离、矢量分离技术和液膜表面自由能捕集分离技术，工况适应空间大幅拓宽。
      
      羽叶分离器，相对于旋流分离器，有如下几个显著技术特征：

      首要一点，应用场合条件：工况适应空间大！除却必须选择旋流分离器的高压、超高压状态致使气相高强度压缩形成的气相密度与液相密度之差值靠近30-40kg/m^3，或者气流携带大量表面硬度高的锐状颗粒物工况外，其它工况尽可能选择羽叶分离技术设备。 原因之一，羽叶分离器轻重相分离采用多技术手段协调发挥，分离运行效果对工况波动不敏感。原因之二，羽叶分离器采用4-6级分离单元串行设置，一旦因特殊工况波动致使分离效率降至90%而重相质发生逃逸率则为10%（即100%-90%），逃逸的重相质经第2级分离单元再次捕集后的重相质发生逃逸率则为10%*10%，经第3级分离单元再次捕集后的重相质发生逃逸率则为10%*10%*10%，以此类推。4-6级串行分离单元内件结构，针对工况即便大幅波动采取“事前”的“结构设置”，有效防犯后期工况逆向波动。羽叶分离器有效操作弹性空间高达15%-130%，甚至更高！

其二，运行特点：相同分离效率下，羽叶分离内件组运行压降不超过0.4kPa甚至更低，只有旋流分离器运行压降值几十分之一！旋流分离，仅作为羽叶分离器的分离方式之一，且在相同离心场效果下由于流体旋转半径**缩小而所要求的流体动能和势能差值推动力大幅减小。因此，对运行压降忌讳的低压工况，尤其是常压工况、真空工况，选择羽叶分离技术，是不可多得的技术选择。

其三，运行特点：有效避免轻重相“挟带”和“返混”现象。羽叶分离器之轻重相流道，相互独立；而轻重相物流流向，呈90°相互正交，有效防犯轻重相之间产生明显“挟带”和“返混”现象。

其四、运行特点：采用抗虹吸降液系统，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重相质在高压差驱动“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。

     下面，就以某企业装置的循环气压缩机入口分离器（旋流分离器）采用羽叶分离技术升级改造设计方案为例，进行细致探讨。

      受企业邀请，诺卫能源技术公司前往业主项目现场实地收集第一手资料。在业主现场，业主告诉我方，他们的装置有4套生产线，目前3套正处于运行之中，有1套正处于停产检修状态。下图即为本篇技术升级改造细致探讨对象循环气压缩机入口分离器实例现场照片：

      这套循环气压缩机入口分离器，原来采用某公司设计提供的旋流分离器。该分离器，内径2400mm，筒体直边高度12025mm，裙座高度2000mm。设计压力9.0MPaG，设计温度120℃，材质采用Q345R+SS304。下图是业主提供我方进行原分离器壳体利旧参考的原分离器图纸拍照：

      业主技术人员告知我方，这套旋流分离器投用后运行不稳定，分离器顶部气相出口时不时会有带液。业主后来在原分离器设计和供货方指导下，在分离器壳体内部气流进入分离器壳体横截面上追加了一层丝网除沫器，但分离器顶部气相出口时不时带液的情况没有明显改观。
      从业主提供的图上看，气流从分离器入口进入分离器壳体后，首先通过追加的丝网除沫器进行预分离脱除液体。然后，气流沿着旋流内件组与壳体内壁之间的环隙达到分离器下部，气流再反向向上通过第一组旋流管脱液，顺序经过第二组旋流板脱液后，进入气流出口内伸管，离开分离器排往下游循环气压缩机管线设备。

      从这套旋流分离器图纸看，原旋流分离器设计方还设置了2-3级分离。而目前有不少同类装置旋流分离器仅仅设置一级分离内件组，其分离效果不大会好于这套旋流分离器图纸设置2-3级分离内件组运行效果。

      业主提供我方的这套循环气压缩机入口分离器的工况参数如下：


1、        运行压力,7.3MPaG；
2、        运行温度,40 ℃；
3、        工况气体流量, 143330kg/h；
4、        气相平均分子量, 6.88;
5、        气相密度，19.2kg/m^3;
6、        气相粘度，0.011cp;
7、        液相流量,91260kg/h;
8、        液相密度，780kg/m^3;
9、        液相粘度，0.438cp;
10、      液相表面张力，31dyne/cm.

      业主提出采用羽叶分离技术升级改造要求如下：

1、        设计温度，120℃；
2、        设计压力,9.0MPa；
3、        要求：尽量消除分离器出口气体中液沫携带量，99.99%分离8微米以上液沫；
4、        总体运行压降，不超过10kPa；
5、        壳体利旧,羽叶分离内件组材质为SS316。

      诺卫能源技术公司依据业主提供的基础工艺数据和提出的技术要求，通过诺卫精准动力学分离计算设计系统平台完成的羽叶分离技术升级版循环压缩机入口分离器主要信息如下：

一、分离器技术类型：羽叶分离器；

二、羽叶分离入口总成，SS316, 型号：G50S-95;

三、羽叶分离预聚结分配内件组, SS316, 型号: G50D95;

四、羽叶分离精密分离内件组，SS316, 型号：G50 D-BANK-152/700;

五、抗虹吸降液系统内件组， SS316, 型号：G50LD8F;

六、分离效率：99.99%*5.61micron Plus；

七、运行压降：0.54psi。

      诺卫能源技术公司通过其精准动力学分离计算设计系统平台完成输出的羽叶分离技术升级改造的循环气压缩机入口分离器《数图汇表》如下：

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