216-羽叶分离器用于双氧水装置氧化尾气滤芯除雾器技术升级改造应用

       本技术贴主要针对羽叶分离器用于双氧水项目氧化单元含固液黏附质尾气所用传统滤芯除雾器技术升级改造案例进行深入剖析讨论，为国内外双氧水项目传统滤芯除雾器处理氧化单元含固液黏附质尾气，在实际运行中存在的分离效率不稳定、易堵塞、运行维护成本高等棘手问题提供解决方案思路。

       近些年，国内上马不少双氧水项目，尤其是在中西部省份为甚。从目前趋势看，双氧水上马装置数量较多，企业运营和双氧水产品市场竞争更趋激烈，对传统工艺和设备进行技术升级改造以期在运营成本和环保综合效益上取得技术经济环保竞争优势。而分离技术设备在双氧水装置上扮演者十分重要的角色，比如氧化工序尾气处理、氢化工序循环气分离、蒸发浓缩工序气液分离等。本讨论贴侧重以氧化工序尾气处理涉及的进口传统滤芯除雾器技术升级为主题展开讨论，可以起到举一反三效果作用于氢化工序循环气分离、蒸发浓缩工序气液分离环节技术升级改造。

        双氧水项目氧化单元，是在氧化反应器中采用过量空气或氧气，把来自上游的氢化液进行低温催化氧化获得双氧水和2-EQA，并尽可能减少反应副产物。由于空气（氧气）过量，氧化单元会产生大量低温氧化尾气需要处理。对于加压氧化工艺，释出的氧化尾气压力较高、温度较低，因此需要考虑回收尾气携带的物料、回收其静压能和冷能，然后再考虑焚烧或火炬放空。而对于常压氧化工艺，释出的氧化尾气压力为常压0表压但尾气温度较低，因此需要考虑回收尾气携带的物料和回收其冷能，然后再考虑焚烧或火炬放空。

       氧化工序采用气液相界面反应。两相混合越充分，相界面越大，对应达到氧化反应深度需要的反应时间越短，杂质副产物也会越少，对精馏产品品质提升帮助很大。
       气液相界面充分接触反应，必然使得氧化反应尾气携带着不少液滴液沫液雾含有芳烃溶剂HAR、助剂TOP、2-EQA及其降解产物，故必须对释出的氧化反应尾气先行实施气液（固）分离，为尾气进入后续静压能回收、冷能回收以及焚烧或火炬放空工序创造良好的供气条件。否则，必然导致后续系列设备不能连续稳定运行，并产生高昂的运行维护费用及环境污染。

       从企业客户反馈情况看，目前国内双氧水装置氧化单元尾气脱液固分离，均沿用传统工艺设备采用滤芯除雾器。并且，该滤芯除雾器及其核心除雾元件均为国外进口易耗品，通常2年需要完全更换滤芯除雾元件。企业客户反映，进口的滤芯除雾元件刚开始分离效果还不错，随着使用时间增加，2-EQA及其降解产物在低温下易于凝固堵塞滤芯，压降上升快而分离效果下降快，不得不切换更换新滤芯，因此滤芯除雾器运行维护成本高，运维强度大，在有毒有害气氛下进行运维也对人员身体健康造成实质性威胁。

根据企业客户的反馈情况，国内双氧水装置氧化单元尾气脱液固分离通常采用传统工艺设备，例如滤芯除雾器。而且该滤芯除雾器及其核心除雾元件均为国外进口易耗品，使用寿命通常在2年左右，需要完全更换滤芯除雾元件。然而，进口的滤芯除雾元件在使用开始时分离效果不错，但随着时间的增加，低温下2-EQA及其降解产物容易凝固堵塞滤芯，从而导致压降上升快、分离效果下降快，不得不更换新的滤芯。因此，运行维护成本高、运维强度大，在有毒有害气氛下进行运维也会对人员身体健康造成实质性威胁。针对这些问题，羽叶分离器可以有效解决传统滤芯除雾器存在的问题，降低运行维护成本，减小人员健康风险，提高尾气处理的效率和质量。
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      在这里把业主提供的氧化尾气滤芯除雾器资料展示如图，与大家一同进行针对性讨论。

       从业主提供的滤芯除雾器数据表可知，该设备是杜邦公司下属孟莫克的滤芯除雾器产品，除雾元件以玻璃纤维复合310M丝网为除雾介质，并采用316L作为支撑骨架，密封采用PTFE垫片进行胶封。
        从红三角标注的运行工况压力参数看，尾气处于工况压力0kPaG表压，而性能数据又标注除雾元件运行压降上限为2.5kPa。分析可知，尾气供气工况压力为0表压，而除雾元件运行需要产生上限2.5kPa压降，则可推测需要增加升压或引风设备帮助下该滤芯除雾器才能正常发挥分离作用，否则，必然会导致尾气输送不畅、除雾器运行低效。
        作为业主不免会想，为了配合使用滤芯除雾器，还得增设一套升压或引风运转装置，是否是“捡了芝麻，丢了西瓜”？难怪业主向我方寻求对其滤芯除雾器技术升级改造方案。

       从该滤芯除雾器数据表还可看到，滤芯除雾器应用场合是分离氧化尾气携带的有机液滴液沫液雾。正如前面所说，氧化尾气携带的有机质是高碳芳烃HAR、助剂TOP、2-EQA及其降解产物，且其中一些有机质在低温下会产生凝固而附着在滤芯上造成过流通道逐渐堵塞和运行压降逐渐上升，最后不得不停车更换滤芯除雾元件。由于需要停车更换滤芯除雾元件，就需要将分离装置从生产线切换隔离并作置换处理，为了不影响生产线连续运行，因而在设备布设上必须采用“一开一备”2套设备，这也是采用这类滤芯分离设备双机布设惯例。从数据表上数量数据，也得到印证。
        滤芯除雾器采用传统“孔网”拦截方式实施分离，需要随时切换更换维护，必须设置“一开一备”2套双机模式布置。
        然则如此，何不考虑更先进的动力学分离方式的羽叶分离器？羽叶分离器维护工作极少甚至免维护，且只需要单机布设。

       接着看看其数据表后续信息，如图：

       这页数据表很有意思。
       我们先看看性能保证第一条，特摘录于此。这句英文表达采用3个串联否定表达“except” & “not” & “less”，这种含义与其翻译出来的汉语含义不对应的，二者意思应该是搞反了。不是“小于设计流量80%的除外”，而因该是“不应超过设计流量80%”，这才与滤芯除雾器实际运行机制效能发挥一致。英文表达连续用3个串联否定，是翻译出了问题，不严谨会误导用户的。

       我们又看看性能保证第二条见附图，其翻译出来的汉语出现“硫酸雾”字样。很纳闷。但据我了解，孟莫克的玻璃纤维内件有用在硫酸装置吸收塔、干燥塔的。不会直接把硫酸装置所用的玻璃纤维除雾器直接给照搬过来，用在双氧水装置氧化尾气除雾除沫？须知，硫酸装置硫氧化物气流携带的是稀酸液滴液沫液雾属于无机液强亲水性介质，其对应选择“孔网”拦截方式的玻纤为分离内件材质是正确的。而双氧水项目氧化装置尾气携带的是以高碳芳烃为主含EQA及其降解物有机液憎水性介质，其仍然选择玻纤为分离内件材质则聚结分离效率大幅下降。从相似相溶原理利于聚结分离技术角度看，双氧水项目氧化装置尾气携带的是以高碳芳烃为主含EQA及其降解物有机液憎水性介质，滤芯分离内件材质调整为憎水性材质才是正确的技术搭配。工质物系与聚结分离内件材质亲憎水性不一致，是“孔网”拦截机制的分离内件运行效率低的机制性原因。既然如此，难怪业主就考虑技术升级选择更好分离机制的设备。

       最后再看看性能保证最后一条见附图。“不含固体颗粒物时，通过除雾器元件的气体压降不超过2.5千帕”。如果滤芯除雾器在工艺设计之初就把实际工艺运行条件约束在“不含固体颗粒物时”且单单“除雾器元件”的运行压降上限已经达到2.5千帕，那整过分离设备运行压降（含壳体的气相入口管压降+壳体内侧除雾元件压降+壳体的气相出口管压降）不就会远超要求值？再者，实际低温运行工况下，怎能保证EQA及其降解物不凝固附着在除雾元件上？那整过运行压降不就又超过更多？这最后一条性能保证的前提条件，实际上为滤芯除雾器今后运行效率不佳埋伏了一条责任推脱的条件和理由，实则是供应商为终端用户选择滤芯除雾器挖了一条**的“坑”。既然如此，那为何非要采用传统的滤芯除雾器？

       为了进一步分析探究滤芯除雾器运行问题原因分析，大家看看业主提供的其滤芯除雾器的设备结构图资料如下：

       从该滤芯除雾器结构图红色圈处可以看到，该滤芯除雾器气相入口管和出口管尺寸达到32英寸（约800mm直径）已然不小。气相入口管和出口管都布设在筒体上，则筒体直径应该在2-3倍入口管径。通过图纸标注的“A”数据看到滤芯除雾器设备壳体直径为1800mm，通过图纸标注的“B”数据看到滤芯除雾器设备壳体筒体直边长度超过3700mm，双机布置方案的占地面积不小。

       大家仔细看其图纸，会发现该滤芯除雾器存在严重的结构缺陷。
        滤芯除雾元件，由于滤芯易堵塞造成压降飙升而需要通过监测滤芯内外双侧压差来把握滤芯更换时机。因此，成对正确配置的压差管，是滤芯分离设备的标配。
        从滤芯除雾器结构图可以看到，气流入口与滤芯内侧直联并与压差管N6联通，气流出口与滤芯外侧相联并与压差管N5联通，气流自滤芯内侧向外侧流动，滤芯内侧表面积小而外则表面积大，气流自内向外降速流动，符合聚结滤芯分离机制。聚结滤芯分离机制对工质物系与内件材质亲憎水性匹配性敏感度极高，否则，难以实现有效运行。这就与前面的讨论结果相互呼应。
        从滤芯除雾器结构图红圈处又可以看到，N5和N6是滤芯双侧压差管。那么，这对压差管测出的压差值，能真正反映出滤芯堵塞真实状况吗？咱们从后面附图再讨论。

      从这张划出1和2两路气流的红线可以看到，从入口管进入到壳体内侧的尾气，在滤芯运行压降低时，尾气通过1路路线从滤芯内侧向外穿透滤芯介质到达出口管；当滤芯运行压降高，比如滤芯表面大量存液出现“腾涌”或者滤芯严重堵塞导致滤芯运行压降超过降液液封管满液液柱产生的静压强，则尾气会把壳体底部的液体反向压入液封管最后从2路路线直接从液封管到达出口管而绕开滤芯。
       也就是说，孟莫克的滤芯除雾器在入口管和出口管之间存在路线1和2两条并联通路，当滤芯运行压降超过降液液封管满液液柱产生的静压强时，气流会从液封管短路绕过滤芯流动，并把早前滤芯分离脱除下来的液体经线路2送至气相出口端造成“二次携带”和“返混”导致分离失败！
       那么，布设在气流入口端和出口端的压差管，在滤芯运行压降低时，压差管数值指示的是滤芯真实运行压降；当滤芯运行压降超过降液液封管满液液柱产生的静压强时，压差管数值指示的则是液封管液柱产生的静压强，而不是反映滤芯堵塞真实压降情况。
       这就是孟莫克滤芯除雾器存在的严重结构缺陷！也是该滤芯除雾器后期运行效果差的结构性原因之一。

       再来看孟莫克滤芯除雾器图纸再一结构缺陷，如附图：
        从图纸红色圈处可以看到，其在滤芯管内侧入口处设置喷嘴。推测该喷嘴设置是考虑用洗液去冲洗滤芯以期清除其表面堵塞物。想法是美好的，但现实很骨感，表明设计人员现场实践经验少而凭空想象多。
        聚结滤芯，其结构组成由内至外为不锈钢支撑骨架、颗粒物预过滤金属丝网防护层、纤维聚结层、液体释放层、不锈钢支撑骨架等多层复合而成，造价高昂。聚结滤芯，只适合分离脱除气流中微量液滴液沫液雾携带质，也即负责“干精活”“干细活”而不能处理过量带液的气流分离净化这类“粗活”。当气流带液稍多，就会在聚结滤芯表面产生大量液膜覆盖甚至出现“气液腾涌”，由于聚结滤芯“孔网”直径微小对应液膜产生的表面张力巨大，即便是很高压差的气流也很难抵抗聚结滤芯“孔网”直径微小对应液膜产生的表面张力，气流无法穿透突破这层液膜，导致分离很难进行。这就是聚结滤芯只能“干精活”“干细活”而不能“干粗活”的主要原因所在。
       该图纸对聚结滤芯设置喷淋，是帮倒忙，属于严重结构技术缺陷之一。
      

       我司按照业主要求，并结合业主实际工况参数及其所提供的孟莫克滤芯除雾器图纸和数据表资料，采用羽叶分离技术通过诺卫能源技术公司专用精准动力学分离技术计算和组态设计系统平台完成的双氧水装置氧化尾气除雾除沫专用羽叶分离器主要技术性能信息摘录如下：

一、羽叶分离器型号：NOVEL G50I-EDP-1000-0.05-V；
1.1 NOVEL预分配聚结内件组型号：G50D/2；
1.2 NOVEL精密羽叶分离内件组型号：G50-EDP-50-1500;
1.3 NOVEL 抗“虹吸短路”降液系统型号：G50LD。
二、羽叶分离器运行压降：整过分离设备不超过0.966kPa，其中内件组不超过0.762kPa（远低于滤芯除雾器压降）。
三、分离效率：99.99%脱除2.99微米以上液滴。
四、操作弹性空间15%~130%。
五、材质：SS316L。
六、羽叶分离器整体工程技术设计和把关：NOVEL总部。

       有不少海友对上述羽叶分离器核心技术内件组感兴趣，希望对这些核心内件组有更进一步介绍和直观认识。
       这里提供NOVEL羽叶分离器预分配聚结内件组图片如附图：