158-烷基化装置硝化装置等中高温含稀强酸尾气洗涤塔专用羽叶分离除雾器设计方案

        本帖主要针对烷基化装置、硝化装置等反应单元释放的中高温含强酸气体通过稀强酸洗涤塔吸收尾气专用羽叶分离除雾器设计技术方案讨论。

      在石油炼化企业烷基化装置、聚酰胺装置等涉及到强酸或混合强酸参与反应场合，其反应单元释放的尾气，往往温度在100-200℃甚至更高，尾气含有脱羟基生成的水、中高价强腐蚀性硫氧化物气体和氮氧化物气体，甚至还挟带一些反应产物颗粒物。而目前对该类中高温强腐蚀性尾气的处理上，往往采用稀强酸高强度循环喷淋洗涤吸收尾气中的强腐蚀性气体和酸性液滴液沫及反应颗粒物，再对尾气进行高效除雾达标排放。

      在石油炼化企业，往往还有硫回收装置及制酸装置，把回收的硫磺氧化制成硫酸。硫回收装置和制酸装置都会产生含有强腐蚀性的中高温尾气，该类尾气采用强酸喷淋洗涤吸收处理的方式，与烷基化装置和硝化、肟化装置的尾气处理方式相近。

     与硫回收装置和制酸装置、烷基化装置、硝化肟化装置尾气状况相似处理的其它装置，在石油化工行业还有诸如硝酸装置、氢氟酸装置、盐酸装置、磷酸装置、醋酸及酸酐装置，精细化工深加工行业还有诸如磺化装置、PVC项目氯化氢装置等，纺织染整行业织物定型直燃烘干装置，其尾气状况及处理方式都相似。

      在这些中高温含强腐蚀性气体和酸雾尾气的循环洗涤吸收塔的尾气除雾处理问题，一直是装置操作人员及企业技术管理者头疼的事。问题主要表现在：1、尾气排空指标不稳定，或则硫氧化物、氮氧化物超标，或则排放气飘酸雨腐蚀装置周边管线设备及场地形容为“一片苍茫锈色”。2、除雾器或因腐蚀寿命短，或因堵塞，除沫除雾分离运行很不稳定，是造成尾气飘酸雨酸雾的主要原因。3、装置人员反馈，稀酸洗涤塔喷淋运行强度高时，可以有效控制尾气硫氧化物、氮氧化物指标，但除雾器处理能力不好导致排放尾气出现飘雨；降低洗涤塔循环酸液喷淋洗涤密度时，可以控制排放尾气不飘雨，但排放气硫氧化物和氮氧化物超标报警。操作人员十分头疼。4、企业也对除雾器进行过改造，但改造后却出现运行压降高、尾气“憋压”，排放不畅，尾气酸雾积聚甚至倒灌反熏。

      针对中高温含强腐蚀性气体液雾尾气在稀酸洗涤塔吸收工艺装置除雾器，首要考虑的问题是耐中高温强酸性气体雾沫的腐蚀涉及到的设备安全问题。从材质上看，目前主要除雾器材质有金属材料和非金属材料两大类。对于温度在100℃以上的强酸性介质工况中，几乎各类金属材料均很难长时间耐受其腐蚀性。基于长周期安全运行考虑，选择非金属材料制造除雾器将成为目前和今后的有益选择方向。

       从目前使用的耐中高温强腐蚀性气体的除雾器种类来看，主要有丝网分离式、纤维分离式、旋流分离式、羽叶分离式等类型。可以归属为两大类，第一大类为传统阻挡拦截式除雾器，即丝网分离式和纤维分离式。第二大类为动力学分离式除雾器，即旋流分离式和羽叶分离式。
       在第一大类传统阻挡拦截式除雾器中，丝网分离式除雾器的单丝直径往往稍大一些，而纤维分离式除雾器的纤维单丝直径往往较小一些而比表面更大一些。无论纤维分离式除雾器还是丝网分离式除雾器，二者对气流中的重相携带质分离捕集方式本质上是一样的，均依靠纤维丝相互“架桥”形成的大小不等的“网格”主要以拦截阻挡方式实施分离，形象上看就如筛网对气流实施“过滤”。尺寸大于“网格”的重相携带质，被阻挡拦截停留在纤维丝表层和深层，而尺寸小于“网格”的重相携带质则随气流携带而穿透内件层。对于气流携带的重相携带质为颗粒物时，由于其在穿越内件“网格”时其自身当量尺寸基本固定不变，很容易被内件拦截下来。但是，当气流携带的重相携带质为液沫时，由于其在穿越内件“网格”时其当量尺寸会随着流速而拉长变形，在穿过内件后流体减速效应和液沫表面张力作用下恢复到原来较大尺寸形状。因而，这类依靠“网格”拦截方式的分离内件，对气固拦截效果优异，而气液分离效果欠佳且操作弹性窄。
      对于气流重相携带质包含液沫和固体颗粒物工况情形，由于颗粒物被有效拦截下来积聚在内件表面和内件深层，阻塞气流通道，随着运行时间增加，阻塞的通道越来越多，内件运行阻力越来越大。对于向大气排放的尾气，其工况压力原本就与大气压接近；当内件运行阻力不断增加，尾气排放不畅，产生“憋压”“憋气”现象。如果上述气流中重相携带质含有颗粒物时，除沫器选择上尽量避免采用丝网分离式和纤维分离式内件。如果已经选用丝网分离式或纤维分离式内件，则要做好不定期维护更换准备，最好设置为一开一备，便于在内件堵塞时及时进行切换维护更换而不妨碍生产线连续流畅运行。
      

      第二大类动力学分离除雾器，其分离手段主要依靠流体动力学分离原理实现，本质上区别于第一大类传统阻挡拦截式除雾器。
      由于第二大类动力学分离除雾器不依靠“网格”手段进行拦截，其元件布置间距尺寸较大，十分有效解决了第一大类除雾器内件在运行中受颗粒物阻塞问题，因而应用在处理气流中挟带颗粒物和凝胶质重相携带质工况下优势明显。
      如前所述，第二大类动力学分离除雾器，包含旋流分离式除雾器和羽叶分离式除雾器。旋流分离式除雾器，主要依靠流体高速旋转产生的离心差量来实现气流与重相携带质分离。流体旋转速度越大，气流与重相携带质离心差量越大，分离效率越好；而流体旋转速度越大，因流体微元之间以及流体与内件之间摩擦压损越大，压差越大。因此，对于旋流分离式除雾器，在其稳定运行区间内，运行压差越大，分离效果越好；反之，运行压差越小，分离效率越差。但是，正如前述尾气向大气直排情形下，尾气工况压力接近大气压，运行允许压差较小，因而，在此工况下选择旋流分离式除雾器，实际运行效率不理想。有的装置除雾器，已经选择安装了旋流分离式除雾器，为了满足其大压降运行，则需要在管线上增设一级或多级轴流风机进行升压。还需要补充说明的是，旋流分离器对工况稳定性要求很苛刻，其分离效率对工况变化敏感，因而要求应用在工况稳定场合。
      

      羽叶分离除雾器，属于第二大类动力学分离式除雾器，把动量动能变换分离、聚结分离、矢量分离和液体表面自由能捕集分离等多种分离方式整合在一起动态协同发挥，兼具其它类型除雾器优点又克服其不足，具有应对多变工况，又具有高操作弹性、高效稳定分离、低运行压降等技术特点。
      羽叶分离除雾器，其核心内件组包含G50D型预聚结分配内件组、G50型羽叶分离精密内件组、G50LD型抗“虹吸短路”降液系统和G50SP型在线喷淋洗涤清理系统四个组成部分。下面对各部分功能进行简单介绍。

       羽叶分离除雾器之G50D型预聚结分配内件组，采用模块化可拆卸结构设计和制造，拆装维护简单便捷。其作用有三：其一，对气流可能携带的颗粒物实施拦截，对后续精密羽叶分离内件组起保护作用。其二，进一步对混合流体动能动量进行分配，使混合流体进入后续精密羽叶分离内件组前，具备其动力学分离运行条件，确保后续精密羽叶分离内件组处于稳定高效分离性能区间。其三，在混合流体进入后续精密羽叶分离内件组之前，对混合流体携带的小微尺寸重相携带质实施预聚结长大，然后进入后续精密羽叶分离内件组深度脱除，保证分离器产气质量更高。国内外绝大多数供应方没有配备此结构，导致分离器产气质量不稳定。

       羽叶分离除雾器之G50型精密羽叶分离内件组，也采用模块化可拆卸结构设计和制造。其以NOVEL精准动力学分离技术设计和组态系统平台为基础技术支撑，完成可靠精准技术方案设计和制造，在羽叶分离元件内在结构上设置4-6级串联结构的分离单元，实现连续多次对少量逃逸流体进行补救分离，尤其针对高气速波动工况气流携带的宽尺寸分布的液滴液沫分离脱除效率高，通常能实现高效率、定量精准脱除液滴液沫。比如，在工况大幅波动情形下，气流在第1级分离单元液体分离效率下降至90%而产气中残液量在10%（即100%-90%），气流串行经过第2级分离单元处理后的产气中残液量在10%*10%，第3级分离单元处理后的产气中残液量在10%*10%*10%，第4级分离单元处理后的产气中残液量在10%*10%*10%*10%，以此类推，对逃逸残液的补救分离效果显著。而丝网、滤芯、填料及离心式传统分离器，往往只有1级分离单元且气流携带的大部分液滴液沫难以进入专门的液相收集微流道，难以对波动工况下带液流体逃逸实现补救，难以对高气速混合流体实现高效定量精准分离精密脱除混合气流中携带的尺寸分布宽范围液滴液沫。

      羽叶分离除雾器之G50LD型抗“虹吸”抗“短路”降液系统，也采用模块化可拆卸结构设计制造。作用：当装置工况大幅波动导致分离系统运行压差大幅上升时，G50LD型降液系统会保证分离系统在异常工况下不产生抗“虹吸”抗“短路”导致分离失效。常规的“降液管+液封筒”结构，因降液管内在结构制约，当系统工况大幅波动导致分离系统运行压差大幅上升时，大量已经分离下来的液体在“虹吸”作用下瞬间倒吸入降液管和分离内件组，重新混入分离后的洁净气流，产生明显带液，分离效率大幅下降。并且，G50LD型降液系统还具有防犯大量原气进入降液系统“短路”绕过分离内件组，导致出口气流带液而不能满足净化要求。

      羽叶分离除雾器之G50SP型在线喷淋洗涤清理系统，主要用于对波动工况下气流携带的过量粉尘颗粒物或垢质进行定期间歇在线喷淋洗涤，以及时对羽叶分离内件组进行清洁整理，防犯垢质晶核在内件系统积聚增长形成坚硬垢质而影响流体流场特性。

      为了让大家对羽叶分离除雾器有形象化认识，这里提供一张针对中高温含强腐蚀性气体洗涤塔专用羽叶分离除雾器图片如下：

      再提供一张与上述中高温强腐蚀性气体洗涤塔专用羽叶分离除雾器配套旋流喷淋部件图片如下：

      下面结合某硝化装置反应尾气喷淋洗涤塔尾气除沫除雾器采用羽叶分离除雾器进行技术升级改造实例进行讨论。
      该套硝化装置采用混合发烟硝硫酸进行反应，反应器释出尾气温度在190℃左右，尾气主要为氮气和水蒸气，挟带反应物颗粒物、混合酸液滴液沫以及二氧化硫、三氧化硫和氮氧化物等。
      反应器释出尾气通过洗涤塔出口管线引风机拖入洗涤塔，采用浓度5%—15%的稀酸进行高强度循环喷淋洗涤吸收，将尾气温度降至110℃左右，同时脱除尾气中携带的颗粒物，回收混合酸及强腐蚀性气体至排放标准，再通过洗涤塔顶部布设的除沫除雾器脱除尾气中携带的稀强酸液滴液沫后，由引风机拖排出去。
      业主最初采用特殊镍合金材质的丝网除沫器，使用不到2个月就被腐蚀断丝形成大窟窿，频繁停车更换，装置运行流畅性和运行维护成本居高不下。后来，换上某国外生产的非金属纤维分离除雾器，虽然这种非金属纤维分离除雾器的使用寿命得以大幅提升，但是从换上这种非金属纤维分离除雾器一开始的运行压降就大，引风机拖动很吃力，后来更换一台成倍功率的大引风机勉强能平衡这种大压降纤维分离除雾器。但是，尾气携带的颗粒物逐渐在纤维分离除雾器上积聚，差不多3个月左右就得对纤维分离除雾器内件进行塔外反吹再生，劳动强度反倒比原来的丝网分离除雾器还大。业主现在决定采用NOVEL公司的耐腐蚀性羽叶分离除雾器。

     我们去现场与业主装置操作人员采集的工况数据如下：

1、工况温度：110℃；

2、工况压力：0.1MPaA；

3、尾气流量：165kg/h；

4、气体密度：1.18kg/标方；

5、气流粘度：0.018cp；

6、尾气带液：5-15%稀硫酸液体，携带量33kg/h；

7、液滴密度： 992.2kg/m^3；

8、 液滴粘度： 0.656cp；

9、液滴表面张力： 46dyne/cm。

      诺卫能源技术公司依据上述采集的现场数据，通过NOVEL精准动力学分离技术设计和组态系统平台完成的针对上述洗涤塔尾气的羽叶分离除雾器主要信息如下：

一、除雾器技术类型：羽叶分离除雾器专利技术设备；

二、内件组成：预聚结分配内件组+羽叶分离精密内件组+抗“虹吸短路”降液系统+在线旋喷系统；

三、分离效率：99.99%分离脱除7.12微米及以上尺寸的液滴液沫和颗粒物；

四、运行压降：在上述额定设计工况下，其运行压降不超过0.002psi。

      下图即为诺卫能源技术公司通过自有精准动力学分离技术设计和组态系统平台完成输出的针对上述洗涤塔尾气的羽叶分离除雾器《数图汇表》：

     关于诺卫能源技术公司中高温含强腐蚀性气体和颗粒物尾气洗涤塔抗堵塞专用羽叶分离除雾器专利技术设备更多信息，请登录诺卫能源技术公司网站或直接向诺卫能源技术公司联系咨询合作。