208-煤气化装置粗煤气水洗塔出气专用羽叶分离器技术方案-NOVEL TECH

       煤气化单元是煤化工项目重要单元之一，而煤气化装置粗煤气水洗塔出气带液问题则是不少煤化工企业最为头疼棘手问题之一。本技术贴便主要针对煤化工项目煤气化装置粗煤气水洗塔出气分离技术改造采用专用羽叶分离器技术方案进行分析讨论。

       有西北区域的客户向我司技术咨询求助，其气化装置产生的粗煤气，由于携带不少粉尘，进入水洗塔洗脱大部分粉尘。因在水洗塔顶未设置精准气液分离组件，水洗塔出气气流携带少量粉尘及液滴液沫，进入下游管线设备，对其装置正常运行影响明显，尤其是对压缩单元影响最为明显，差不多每个月都得造成压缩单元设备停运。

       通常而言，煤气化装置粗煤气水洗塔，在按照额定工况进行设计制造之初，设计院和业主基于投资成本控制考虑，其塔径、有效过流面积、塔顶空间所留裕度小。而实际运行中，由于工况波动、尤其是系统工况压力低于额定设计工况，导致实际工况气体体积流量大幅上升而高于气流额定体积流量，导致水洗塔盘液体下行受阻而产生气液混合流“腾涌”现象，气流携带浆液及粉尘颗粒物从水洗塔逃逸量远高于正常稳定工况。

       鉴于客户气化装置水洗塔实际设计压力在7.7MPaG属于中高压设备，客户考虑到技改设备动火手续审批流程复杂、动火后的水洗塔压力容器二次检测取证十分不便，加之水洗塔内有限空间不足，于是决定不在水洗塔内动火安装羽叶分离组件而是在水洗塔出气管线上设置独立的专用羽叶分离器。

       客户气化装置水洗塔出气管线，尺寸为DN250mm、材质不锈钢304，工况温度40℃，工况压力6.7MPaG，粗煤气标况体积流量54000~58000Nm^3/h。气流不仅携带液滴液沫和粉尘，还含有苯、甲苯、萘、芴、蒽、菲和芘等物质。粗煤气mol%组成如后：水9.36，一氧化碳7.82，氢69.48，二氧化碳1.25，甲烷10.35，硫化氢0.03，氨气0.33，乙烷0.48，苯0.71，萘0.06，芘0.001，蒽0.001，菲0.001，芴0.02，甲苯0.08，氮气0.02.

       针对所处理的粗煤气含有液滴液沫、粉尘以及粘稠结晶稠环芳烃物质，不能采用丝网、滤芯、填料、滤料等易堵塞分离技术设备。

       如果采用水平横截面设置的雪弗龙叶片分离器，其要求设计较大的分离罐直径及横截面，以满足过流面积要求。但由于其气流及分离下来的液流和颗粒物流向和流道相同，没有独立的液体流道及排放系统，且该技术对气液分离精度只能保持在15-25微米及以上尺寸，操作弹性在60-110%之间。不建议采用该技术类型。

      有人向客户推荐采用石化企业惯用的旋流分离器。由于旋流分离器仅适用于高稳定、高气速、高压力工况，且其气流及分离下来的液流和颗粒物流向和流道相互未独立，尤其致命缺陷是不太适合波动工况，其分离效率对工况波动敏感，操作弹性小，且压降往往在数十千帕。而客户确认其气化装置工况波动较大，故不建议选择旋流分离器。

       基于客户气化装置实际运行波动工况及其粗煤气含有液滴液沫、粉尘以及粘稠结晶稠环芳烃物质，我们从动力学分离技术专业角度分析建议客户采用羽叶分离器。羽叶分离器之净化后气流与分离下来的重相携带质流向相互正交、流道相互独立，并设置有独立的“抗虹吸”新型降液系统，气液分离精度能达到3微米及以上尺寸，操作弹性在15-130%之间。而传统结构的分离器，其降液和液封采用”传统降液管+液封筒”结构，无法应对波动工况、尤其是不能承受压降值即便在工况压力值0.5%幅度的波动（压降值=6.7MPa*0.5%=0.0335MPa即3.35m水柱，远超过降液管高度），分离罐底部的液体会在该压差形成的“虹吸作用”驱动下，瞬间通过降液管倒吸进入气流形成大量带液。故我方从动力学分离技术专业角度分析建议客户采用羽叶内件组+“抗虹吸”新型降液系统技术方案。

      羽叶分离器，具有如下显著性能优势：

1、从分离运行机制上看，羽叶分离器高效利用气流本身携带的动能、动量和液滴表面自由能，协同发挥包括矢量分离、聚结分离、表面自由能捕集等多种分离作用，操作弹性大，运行压降低，不易产生堵塞，分离效率稳定。

2、从分离内件结构上看，羽叶分离内件组内在结构上为气相流、重相质流分别设置内在结构相互独立、流向相互正交的各自独立输送通道，有效避免二次夹带和返混。

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级串联分离单元，任何从上一级分离单元逃逸的重相携带质，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，遇到某种波动工况下，造成第1级分离单元分离效率仅为90%，也即该单元释出气流中的重相携带质逃逸率或残存率为10%（即100%-90%）；气流经串联第2级分离单元捕集分离，该单元气流中重相携带质总逃逸率或总体残存率变为10%*10%；气流又经串联第3级分离单元捕集分离，该单元气流中重相携带质总体逃逸率或总体残存率变为10%*10%*10%；气流再经串联第4级分离单元捕集分离，该单元气流中重相携带质总体逃逸率或总体残存率则变为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分离单元级数越多，羽叶分离器最终释出的气流中重相携带质总体逃逸率或总体残存率越低。

4、为了确保采用羽叶分离器适应15-130%超宽范围波动工况，还匹配设置专有技术“抗虹吸”新型降液系统。

       此外，羽叶分离器已在石油化工、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。羽叶分离器，还具有如下比较优势：
1、羽叶分离器，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微米及以上尺寸的液滴液沫以及粉尘颗粒物。针对具体工况羽叶分离器定量精准分离效率，由NOVEL公司精准动力学分离技术水力学计算书提供。  
2、羽叶分离器，分离操作弹性更大，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，确保分离效率。
3、从羽叶分离专利技术设备运行工作曲线上看，其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。而传统分离器运行工作曲线，明显存在大幅波动，在技术选型上与质量管理体系要求背道而驰。

       我司依据客户提供的前述实际运行工况数据，通过NOVEL TECH专用精准动力学分离技术计算和组态设计系统平台针对性完成的该气化装置水洗塔出气羽叶分离器主要信息如下：
1、设计气相流量，54000-58000Nm^3/h；
2、工况气流压力，6.7MPaG；
3、工况气流温度，40℃；
4、工况气相组成，同客户提供的数据。
5、羽叶分离器型号：NOVEL G50-21-1116;
6、额定工况运行压降，不超1.82MPa @OT40℃&OP6.7MPaG & 58000 Nm^3/h；
7、额定工况分离效率：99.9%脱除4.09微米液沫粉尘及以上尺寸重相携带质，且出口气流中残留量不超过0.1G/ MMSCF；
8、操作弹性空间：15%~130%；
9、分离器整体工程技术设计和把关：NOVEL总部。

        尤其需要强调的是，该羽叶分离器核心内件组成及材质如下：
一、精密羽叶分离内件组：1套，型号G50-EDP23500，材质S30408。其主要功能：高效脱除混合气流中携带的宽尺寸范围重相携带质，确保产气质量。
二、抗“虹吸”新型降液系统内件组：1套，型号G50LD2，材质S30408。其主要功能：避免装置多变工况下因压降波动而在降液系统中产生“虹吸”效应瞬间将已经分离的下来的液体重新吸入净化气流而使分离失效。
三、流体整流系统内件组：1套，型号G50D20，材质S30408。用于对分离前流体进行整流，且对净化前后的气流进行分隔，避免流股“短路”和“返混”降低分离效率。

       下图是我司通过NOVEL TECH专用精准动力学分离技术计算和组态设计系统平台针对性完成的该气化装置水洗塔出气羽叶分离器《数图汇表》：

      附图又是通过NOVEL TECH专用精准动力学分离技术计算和组态设计系统平台针对性完成的该气化装置水洗塔出气羽叶分离器核心技术支撑证明文件之二《羽叶分离器分离效率曲线图》：

       附图又是通过NOVEL TECH专用精准动力学分离技术计算和组态设计系统平台针对性完成的该气化装置水洗塔出气羽叶分离器核心技术支撑证明文件之三《羽叶分离器运行压降曲线图》：

       最后也把通过NOVEL TECH专用精准动力学分离技术计算和组态设计系统平台针对性完成的该气化装置水洗塔出气羽叶分离器核心技术支撑证明文件之四《羽叶分离器精准动力学分离工程工艺计算书》摘录如下：

       关于煤气化装置粗煤气水洗塔出气专用羽叶分离器更多技术信息，请登录诺卫能源技术（北京）有限公司分离技术专网进行了解或直接向诺卫能源技术（北京）有限公司寻求技术咨询和支持。