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[讨论帖] 194-催化热裂解装置烟气脱硫洗涤塔采用羽叶分离除雾器技术升级方案讨论 [帖子3253315]

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发表于 2021-9-10 10:55:09 | 显示全部楼层 |阅读模式

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       本技术贴主要针对催化热裂解装置烟气脱硫洗涤塔高效除雾器采用羽叶分离除雾器对原有除雾器进行技术升级改造方案进行讨论分析,尤其针对高蜡含量石油原料的催化热裂解装置,为同行们遇到类似装置技术升级改造提供一种优秀的技术方案。




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 楼主| 发表于 2021-9-10 11:15:38 | 显示全部楼层
       这里以我亲手负责的某石化公司原有一套催化热裂解装置烟气脱硫洗涤塔烟气隐患治理改造实际案例,与大家一起进行分析讨论。业主的这套装置是2005年前后由中石化旗下设计院利用自己开发的流化催化工艺为业主设计建造用于高蜡含量原油催化热裂解装置。由于近年国家环保部门提高大气排放污染物标准,业主不得不对原有催化热裂解装置烟气脱硫洗涤塔进行烟气隐患治理改造。业主的这套催化热裂解装置位于北方,冬季环境温度很低,采用北方区域炼化企业催化装置烟气脱硫通常采用的Exxon公司引进消化吸收的WGS工艺。

 

 

 

Peterpaul彼得保罗

 

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 楼主| 发表于 2021-9-10 11:27:48 | 显示全部楼层
本帖最后由 luoli519 于 2021-9-10 11:31 编辑

     这套2005年前后建设用于处理高蜡原油的催化热裂解装置(CPPU),所产生的烟气(湿基)流量为每小时88000标方。其烟气脱硫洗涤塔采用近常压操作,进气压力4kPaG,洗涤塔内径4000mm,塔内烟气工况温度50.5℃。业主希望通过烟气脱硫洗涤塔改造,能够使其操作弹性达到60%~110%,年操作时数8400小时,连续运转2年。
      从业主的烟气脱硫洗涤塔改造要求看,所提出的操作弹性要求和连续运行时长要求是蛮低的,由此可见其原有装置的运行情况很不乐观。按照近年来石油炼化行业同类装置运行情况看,烟气脱硫洗涤塔操作弹性在30%~120%,其连续运转时长为3-5年,对应装置大修周期。

 

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 楼主| 发表于 2021-9-10 11:34:03 | 显示全部楼层
      业主委托设计院提供的该装置烟气脱硫洗涤塔内烟气运行工况如下:
2-D19301036D-1000-PR-PRQ-03 除雾器-工况.jpg

 

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 楼主| 发表于 2021-9-10 11:36:52 | 显示全部楼层
     该装置烟气脱硫洗涤塔内工艺物流的主要水力学数据如下表:
3-D19301036D-1000-PR-PRQ-03 水力学参数.jpg

 

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 楼主| 发表于 2021-9-10 11:48:44 | 显示全部楼层
本帖最后由 luoli519 于 2021-9-10 11:50 编辑

       根据催化装置烟气脱硫WGS工艺:来自催化装置的烟气,与来自脱硫洗涤塔浆液循环泵输送的循环浆液在塔外文氏混合器喷射混合形成粒径300微米以下的分散相充分接触混合,烟气中的大部分二氧化硫和催化剂粉尘被碱性循环浆液捕获。气液固混合流由文氏混合器出口管切向进入烟气脱硫洗涤塔内,大尺寸重相分散质落入洗涤塔釜,烟气上行穿过塔盘,进入填料设施二次气液分离后,进入烟囱从顶部排入大气。请参见如下WGS工艺流程图:
4-催化装置烟气脱硫洗涤塔WGS流程图.jpg

 

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 楼主| 发表于 2021-9-10 12:03:57 | 显示全部楼层
      从上述催化装置烟气脱硫WGS工艺流程中,我们至少可以捕捉到如下三个与常规烟气脱硫洗涤塔工况不一样的信息:
      第一,WGS工艺采用烧碱苛性钠作为二氧化硫捕捉反应物,苛性钠不仅与烟气中的二氧化硫反应产生溶解性盐,还会与烟气携带的催化剂粉尘(二氧化硅、三氧化二铝)反应产生无机高分子粘合剂偏硅酸盐(水泥成分)。无机高分子粘合剂偏硅酸盐与结晶盐、固体颗粒物形成的混合物,很容易在烟气脱硫洗涤塔内件上形成附着物,难以清理,很容易堵塞常规设计的洗涤塔填料等内件。

 

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 楼主| 发表于 2021-9-10 12:15:56 | 显示全部楼层
      第二、WGS工艺设计的烟气脱硫洗涤塔内主要气液分离内件是,填料设施。填料设施的优点是比表面大,增加气液固混合行程和停留时间。但是,这对于常规物系来讲,这一大优点却成为催化装置烟气脱硫洗涤物系的严重短处,即无机高分子粘合剂偏硅酸盐与结晶盐、固体颗粒物形成的混合物更容易在填料设施中附着积聚,更难以清理,更易堵塞,常规喷淋洗涤可以说是“隔靴搔痒”,根本无法实现有效清理。从目前的WGS工艺填料设施运行情况看,新的填料设施的堵塞周期在1~2年,更有甚者,甚至远远不到一年就堵死,不得不停车彻底更换新的填料,不仅生产装置连续在线率低、运行不流畅,运行维护成本也居高不下。

 

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 楼主| 发表于 2021-9-10 12:20:17 | 显示全部楼层
      这里提供一张某催化装置WGS烟气脱硫洗涤塔停车更换填料设施时,从洗涤塔内拆卸到地面的堵塞填料照片,供大家直观感受一下催化装置现场烟气脱硫洗涤塔填料设施实际工况的恶劣程度,不是常规烟气脱硫洗涤塔可以比拟的。
4-2-1:某催化装置烟脱洗涤塔填料除沫设施内件堵塞现场照片1.jpg

 

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 楼主| 发表于 2021-9-10 12:21:50 | 显示全部楼层
       再来一张更大的堵塞填料图片:
4-2-2:某催化装置烟脱洗涤塔填料除沫设施内件堵塞现场照片2.jpg

 

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 楼主| 发表于 2021-9-10 12:28:23 | 显示全部楼层
      上述WGS工艺采用的填料,已经是EXXON公司根据催化装置烟气脱硫洗涤塔工况特殊设计的填料,其完全不同于常规规整填料。这种WGS工艺采用的填料,在结构上已经较常规填料有本质上的优化以应对催化装置烟气脱硫洗涤塔恶劣工况。但是,这种WGS工艺采用的填料实际运行寿命还是难以满足炼化企业催化装置大修周期对应要求。据说,中石油系统最近又建议将旗下各炼油企业催化装置大修期延长至5年了。

 

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 楼主| 发表于 2021-9-10 12:38:47 | 显示全部楼层
     第三、WGS工艺中,塔外文氏混合器出口管线物流,以切向进入脱硫洗涤塔内依靠旋流离心力将气流中的大粒径重相分散质脱除。而切向进入脱硫洗涤塔内依靠旋流离心力对气流中的大粒径重相分散质脱除效果,取决于切向进入脱硫洗涤塔的流体旋流离心场分布、强弱及设施结构。正所谓,结构决定性能!从流体动力学分离角度看,通常要求塔外文氏混合器出口管线在切向尺寸,不宜超过洗涤塔径1/6。否则,混合流体切向进入脱硫洗涤塔的流体旋流离心场强度会呈幂次快速下降,从而进一步增加后续气液分离设施的工作负荷,恶化后续气液分离设施运行状况。

 

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 楼主| 发表于 2021-9-10 12:40:35 | 显示全部楼层
本帖最后由 luoli519 于 2021-9-10 12:53 编辑

     下图是某专业动力学分离技术公司关于混合流体切向进入脱硫洗涤塔的资料摘录,供大家参考:
4-1 切向入口问题.jpg

 

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 楼主| 发表于 2021-9-10 13:44:12 | 显示全部楼层
本帖最后由 luoli519 于 2021-9-10 13:47 编辑

      该CPP装置烟气脱硫工艺设计单位对该催化装置烟气脱硫洗涤塔内气液分离设施的性能,还做了如下增补要求:
6-D19301036D-1000-PR-PRQ-03 除雾器-技术要求.jpg

 

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 楼主| 发表于 2021-9-10 13:53:59 | 显示全部楼层
      上述要求,相对于常规烟气脱硫洗涤塔而言,突出强调了防犯排放烟气“飘水珠”、“落雨现象”和运行压降飙升。
      

 

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 楼主| 发表于 2021-9-10 14:05:17 | 显示全部楼层
本帖最后由 luoli519 于 2021-9-10 14:06 编辑

      但是,关于防犯该催化装置烟气脱硫洗涤塔烟囱排放烟气“飘水珠”、“落雨现象”,要求“设施排出的烟气粒径30微米以上的雾滴脱除率不小于99%”,是与“保证在正常操作工况下烟囱周边场地无明显“落雨现象””是不一致、冲突的。
      在该催化装置原有烟气脱硫洗涤塔中下部,设置了多层喷淋洗涤装置,且在填料设施上下两侧又各设置了一层喷淋洗涤装置。这些喷淋洗涤装置形成的大量液滴液沫粒径,且雨沫大小在10^2微米数量级会有明显体感,如果烟气流速稍高,烟气携带的液沫尺寸会更大。因此,设计单位仅仅针对“30微米”尺寸液滴作脱除要求过低,是不能有效“保证在正常操作工况下烟囱周边场地无明显“落雨现象””。
      大家可以从如下附图中,关于塔内喷淋及雨沫尺寸谱图得到确认:设计单位仅仅针对“30微米”尺寸液滴作脱除要求过低,是不能有效“保证在正常操作工况下烟囱周边场地无明显“落雨现象””。
6-1 塔内喷淋及雨沫尺寸谱图.jpg

 

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 楼主| 发表于 2021-9-10 14:13:06 | 显示全部楼层
      曾运行中的不少催化装置烟气脱硫洗涤塔气液分离设施,正是因为设计单位对分离液沫尺寸要求过低,导致催化装置烟气脱硫洗涤塔在正常操作工况下,烟囱周边场地出现明显“落雨现象”、冬季装置周边场地因明显落雨而造成地面结冰不断增厚、塔架和管线挂冰严重不堪重负,对操作人员现场运行工作和设备仪表正常运行构成显著安全隐患。

 

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 楼主| 发表于 2021-9-10 14:17:04 | 显示全部楼层
      本附图即为某催化装置烟脱洗涤塔气液分离设施改造前,因气液分离效果差,在晴天里在装置周边常见的亮光闪闪、大珠小珠落玉盘似的,不断下落中的“太阳雨”、“飘水珠”现象。
6-2:某催化装置烟脱洗涤塔除沫装置改造前装置周边晴日常见的“太阳雨”“飘水珠”现象.jpg

 

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 楼主| 发表于 2021-9-10 14:26:21 | 显示全部楼层
      由于原有催化装置烟气脱硫洗涤塔气液分离设施设计要求过低,导致烟囱排放烟气带液严重,在冬季里,排放烟气带液形成“飘水珠”、“落雨”造成水珠雨滴落在塔架、管线、装置周边地面,不断形成结冰,加厚,对操作人员现场运维工作和设备仪表正常运行构成显著安全隐患。车间不得不隔三差五组织人力进行清冰,奈何人力难以胜天,收效甚微。
       以下图为据:
6-3-某催化装置烟脱洗涤塔烟气带液飘水造成冬季场地结厚冰需要定期投入不少人力物力财.jpg

 

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 楼主| 发表于 2021-9-10 14:28:16 | 显示全部楼层
     这是另一幅某催化装置烟气脱硫洗涤塔烟气飘雨在冬季现场清冰作业照片:
6-4-某催化装置烟脱洗涤塔烟气带液飘水造成冬季场地结厚冰需要定期清冰防犯摔跟斗1.jpg

 

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