204-煤基乙二醇项目硫回收尾气碱液洗涤塔专用羽叶分离除雾器技术方案

      本技术贴主要针对煤基乙二醇项目硫磺回收单元尾气焚烧气碱液洗涤塔排放尾气带液及盐碱颗粒物分离技改所需专用羽叶分离除雾器技术方案进行细致讨论。

       近年来，不少煤基乙二醇项目硫磺回收单元尾气焚烧气纷纷采用碱液脱硫洗涤工艺，其原因在于各级**环保部门对排放气指标监控越加严格执法落到实处，从而对以往化工行业采用的传统氨法脱硫敬而远之。碱液脱硫工艺，一直以来在严格控制排放气指标的石化行业一贯采用，主要原因在于碱液对酸性气吸收反应速度快且脱硫反应深度和精度高，没有氨氮逃逸等麻烦而受到青睐。
       但是，同行们不能因为碱液脱硫反应快、脱硫深度和精度高、没有氨氮逃逸隐忧，就对尾气碱液脱硫洗涤塔掉以轻心，甚至进行简配，就必然引起诸如洗涤塔排放尾气带液及盐碱颗粒物超标等麻烦。

     本技术贴以煤基乙二醇项目硫回收单元尾气碱液洗涤塔T2001为例进行分析讨论。这套装置是在2015年设计2017年投运。硫回收单元尾气进入焚烧炉形成烟气，以体积流量5000Nm^3/h从16”直径入口管线进入尺寸ID1200mm*TL/TL11950mm碱洗塔T2001。该洗涤塔采用两层填料床方式，循环液从两级填料层之间的空塔节处注入，一级填料层主要用于洗涤脱硫，二级填料层主要用于精脱硫及除沫。如附图所示：

       客户的这套洗涤塔T2001开始实际投运的结果是，该洗涤塔T2001顶部排气携带不少液滴液沫出现“飘水”以及排放气含盐碱颗粒物指标不稳定问题。环境温度较高的晴日，洗涤塔顶部排气“飘水”出现“太阳雨”在阳光照射下亮光闪闪；环境温度很低的冬日，洗涤塔顶部排气“飘水”则在塔架、管线、装置周边地面形成结冰，昼夜不停，对装置及运维人员安全造成明显隐患。该情形与当年石油炼化装置焚烧尾气碱液脱硫洗涤塔十分相似，尤其是采用当初EXXON公司WGS工艺包的碱液脱硫洗涤塔问题十分相似。

     附图是类似工况洗涤塔排放气“飘水”在环境温度较高的晴日出现“太阳雨”在阳光照射下熠熠生辉情形。

       下附图则是类似工况洗涤塔排放气“飘水”在环境温度很低的冬日装置周边地面形成结冰而进行人力清除现场情形。由于洗涤塔排放气“飘水”在环境温度很低的冬日装置周边地面形成结冰夜以继日，每周组织人力物力财力人工除冰费神费力，且人力难抵塔力，无能为力。

      正如大家所知，填料用于气液两相充分混合的传质传热场合，比如蒸馏塔，是难得的选择。但是，填料用于气液两相分离场合、不允许两相充分混合携带的场合，则没有把填料的优势应用到其适宜发挥的场合，即动力学条件不匹配。尤其当实际运行工况条件不稳定甚至波动明显的场合，填料更难以应对。

      客户向原设计单位反馈洗涤塔T2001排放气“飘水”及盐碱颗粒物指标不稳定问题，要求设计单位进行整改。在原洗涤塔T2001上部空塔节处，增设一套丝网除沫器。如附图所示。

       同行们肯定迫切希望知道加装丝网除沫器之后的效果。其实，大家应该可以预料其效果，否则我就没有在这里发专贴进行技术讨论的必要性。客户反馈，加装丝网除沫器之后的洗涤塔T2001运行情况并没有明显改善，似乎依然故我。在客户当地环保部门和企业领导要求下，四处打听类似工况问题解决办法，经同行推荐，决定向我方寻求采用羽叶分离除雾器进行技术升级改造。

      上述洗涤塔T2001增加一套丝网除沫器后，为什么效果改善不明显呢？
      大家先来看看洗涤塔T2001上部丝网除沫器的工况：
1）、工况温度50~70℃；
2）、工况表压0.03 MPaG；
3）、洗涤塔顶气相大致组成（v%）：二氧化碳80%、氮气10%、硫化氢<20mg/m^3、二氧化硫<100mg/m^3及余量水汽；
4）、尾气流量：5000Nm^3/h。

      将上述工况参数信息输入权威精准动力学分离技术计算和组态设计系统平台，按照工况条件从数据库补充完善对应工况下气相和液相物流对应的气相偏心因子、气相粘度、气相密度、液滴液沫密度、液滴液沫粘度、液滴液沫表面张力等物化数据后，通过权威精准动力学分离技术计算和组态设计系统平台运行得知：在上述工况下，洗涤塔顶部横截面全部布设分离效率最可靠的原装美国进口YORK 431标准的丝网除沫器，其分离处理后的尾气气流中残留的含盐碱液滴液沫尺寸仍然达到76.53微米，残液量过高，排放气带液明显，并且YORK 431标准的丝网除沫器易于被盐碱析出结晶体堵塞使运行压降不断攀升。若工况发生波动变化，其排放气带液及运行压降增加会更明显。

     什么原因导致丝网除沫器应对上述实际运行工况下的气液分离性能欠佳呢？
     主要原因在于：1、从分离内件结构上看，丝网内件结构简单，缺少独立输送液流通道，气液二次返混明显。2、从分离运行机制上看，丝网分离内件依靠纤维丝“架桥”形成**小小不同孔径按高斯分布的“网格”以阻挡拦截方式进行分离，丝网内件中部分小孔径“网格”在有效拦截尾气液滴液沫的同时，而部分液滴则从部分大尺寸孔径“网格”漏过发生逃逸，气液分离效率不稳定。3、从气液混和流态流型上看，丝网内件分离下来的液流流向，与气流流向相同或相反，形成更明显 “返混”“二次携带”，很不利于气液分离。4、丝网分离内件，只有单独一级分离单元数，对从大孔径“网格”逃逸的液滴液沫“漏网之鱼”无能为力。

        为了在尾气洗涤塔T2001实际运行多变不稳定工况下更有效分离脱除液滴液沫及其溶解盐碱以避免排放气“飘雨”“下盐”问题，NOVEL从专业动力学气液分离技术角度建议业主：洗涤塔T2001采用碱洗尾气专用羽叶分离除雾器，以技术升级改造原有传统简易的丝网分离净化内件，提升其对多变工况下尾气气液分离处理性能，才能满足前述工况下实现高操作弹性、高效稳定分离等技术要求，有效捕集分离排放尾气携带的液滴液沫及溶解盐碱。

       羽叶分离除雾器，相对于传统丝网、填料等除沫器而言，其结构和性能有哪些比较优势呢？
       羽叶分离除雾器，相对于传统丝网式、填料式阻挡拦截分离内件，具有如下显著性能优势：1、从分离内件结构上看，羽叶分离内件组内部结构上设置有相互独立的气流输送通道、液流输送通道，有效避免气液二次返混。2、从分离运行机制上看，羽叶分离内件组有效利用气流本身携带的动能、动量和液滴表面自由能，协同完成包括矢量分离、聚结分离、表面自由能捕集分离协同发挥，分离效率稳定，操作弹性大，运行压降低，不易产生堵塞，与丝网和滤芯的传统简单的阻挡拦截方式分离机制有本质区别。3、从分离级数上看，羽叶分离内件组在气流通道上设置4-6级串联重复分离单元，任何从上一级分离单元逃逸的液滴液沫，会被后续串行分离单元连续捕集分离，确保尾气分离效率和高操作弹性。比如，在第1级分离单元在波动工况下的气液分离效率从99.9%下降为90%，也即该单元释出气流中液滴液沫逃逸率或残存率为10%；气流后经第2级分离单元捕集分离，该单元气流中液滴液沫总体逃逸率或总体残存率变为10%*10%；气流又经第3级分离单元捕集分离，该单元气流中液滴液沫总体逃逸率或总体残存率变为10%*10%*10%；气流再经第4级分离单元捕集分离，该单元气流中液滴液沫总体逃逸率或总体残存率变为10%*10%*10%*10%；以此类推，羽叶分离内件组在气流通道上设置的串联重复分离单元级数越多，羽叶分离器最终释出的气流中液滴液沫总体逃逸率或总体残存率越低。4、从气液混和流态流型上看，羽叶分离内件组内设置的液流流向与气流流向，相互正交，创造出十分利于动力学气液分离的硬件条件。

      咱们再来看看羽叶分离除雾器实际应用情况。

       针对高带液量气流之净化分离情形，羽叶分离除雾器已在石油化工、煤焦化工、油气开采处理与输送、精细化工、制药、造纸、冶金、制盐、环保及新能源领域类似工况中广泛应用。羽叶分离除雾器，作为对传统简易分离设备的升级换代技术设备，其具有如下性能特点和比较优势：
       1、羽叶分离除雾器，以NOVEL精准动力学分离技术设计系统平台为基础技术支撑完成可靠技术方案设计，其针对气流中液滴液沫和粉尘的分离脱除效率高，通常能实现以99.9%以上高分离效率、定量精准脱除3-10微米及以上尺寸的液滴液沫。而传统分离器，难以对气液混合流体实现高效定量精准分离。      
       2、羽叶分离除雾器，对气液分离工况下的操作弹性更大，其操作弹性空间在15%~130%，即便在工况大幅波动情形下也具有优异的抗“虹吸”和防气流“短路”性能，确保气液分离效率。传统简易分离器，其操作弹性上限阀值在110%甚至更低，难以适应实际运行多工况条件。
      3、羽叶分离除雾器，在相同工况和分离效率要求条件下，其分离器尺寸和占地更小。在相同工况和分离效率要求条件下，羽叶分离除雾器直径和壁厚比传统分离器减小 30-40%；在相同工况和分离效率要求条件以及相同设备尺寸前提下，羽叶分离除雾器处理能力又比传统分离器提高30%甚至更高。
      4、羽叶分离除雾器，配置羽叶分离内件组设计成可拆装式结构，既可实现塔内清理模式，也可在大修期间酌情抽出塔体外清理，维护简单便捷。  
      5、从羽叶分离专利技术设备运行工作曲线上看，该分离器在超长寿命周期内运行压降稳定，分离效率稳定，是满足质量管理体系要求的理想之选。而传统丝网分离器运行工作曲线，则是由大幅波动的一串锯齿形组成，在技术选型上与质量管理体系要求背道而驰。

      从羽叶分离除雾器造成结构上看，主要包含如下核心功能模块化部件。

      一、精密羽叶分离内件组：配置NOVEL精密羽叶分离内件组1套，可拆卸，S31603或等同。作用：精密脱除混合气流中携带的宽范围大小尺寸液沫液雾和盐碱，确保产气质量。常规内件结构，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，导致分液分离效率不足。
       附图即为类似工况碱液脱硫洗涤塔安装中的羽叶分离除雾器图片。

       二、在线旋喷洗涤系统：根据实际工况需要及精密羽叶分离内件组组态结构配置NOVEL在线旋喷洗涤内件组多套，S31603或等同。作用：用于应对实际运行大幅波动工况导致精密羽叶分离内件组出现微晶核及聚集体情形，通过在线旋喷洗涤系统定时间歇在线旋喷洗涤，及时清除精密羽叶分离内件组出现的微晶核及聚集体，确保精密羽叶分离内件组超长周期连续稳定高效运行。NOVEL在线旋喷洗涤系统，具有优异的同截面诸元等密度旋喷特性以确保均一洗涤性能，同时形成的水幕不产生液滴液沫破碎飞溅而混入气流显著增加分离负荷，且在相同工况下具有更优异的节水能力。
       附图即为羽叶分离除雾器配置的NOVEL-60-120在线旋喷洗涤阀组图片。

       三、抗“虹吸”新型降液系统：根据实际工况需要及精密羽叶分离内件组组态结构配置NOVELG50LD型 抗“虹吸”新型降液系统多套。其主要功能是，避免在实际运行多变工况下因压差波动产生“虹吸”效应而将已经分离的液体重新倒吸入气流分散而降低分离效率，同时防犯未经分离净化处理的原气通过降液系统形成短路直接流出处理系统发生逃逸。
       附图是羽叶分离除雾器配置的G50LD6-4型抗虹吸短路降液器图片。