224- PVC项目氯乙烯合成反应釜尾气除沫器升级改造专用羽叶分离器技术方案

      本技术贴主要针对PVC项目氯乙烯合成反应釜尾气脱液传统除沫设备升级改造采用羽叶分离器技术方案进行讨论。

        在以前的技术贴中，我已经就PVC项目之氯化氢合成工段、乙炔发生工段、乙炔清净工段、粗VCM净化工段、PVC悬浮聚合以及粉料干燥包装等工段涉及到的气液分离或气液固分离技术设备采用羽叶分离器进行过分析讨论。本次着重针对氯乙烯合成工段之反应釜尾气除沫器升级改造专用羽叶分离器进行分析讨论。

       正如大家所知，氯乙烯合成转化段的工艺流程大致为: 自氯化氢合成段来的氯化氢气体，与来自清净段经乙炔预冷器脱水的乙炔气，一起进入混合器充分混合后，进入两台串联的石墨冷却器冷却降温，降温后的混合气体经两台串联的酸雾过滤器分离除酸，再进入热水预热器间接加热后，送入第一段转化器和第二段转化器在蒸汽加热控温和氮气控压下进行催化反应生成粗氯乙烯气体，粗VCM经气液分离后汇入集气总管送至净化工序。

       更详细的VCM合成转化流程，请见附图所示：

PVC项目升级改造羽叶分离器的技术方案主要涉及以下几个方面：

1. 确定羽叶分离器的设计参数和规格，包括处理气体量、气液分离效率、分离器尺寸和材料等。

2. 分析反应釜尾气的成分，主要是氯乙烯的浓度和其他可能存在的杂质。

3. 设计分离器内部的流道和羽叶结构，优化气液分离效果。

4. 计算所需的压降和能耗，确保操作成本效益。

5. 制定安装方案和操作程序，包括分离器的维护和清洗。

6. 进行模拟试验和实地试验，验证分离效果和稳定性。

7. 如果必要，还应该包括对周围设备的保护措施，以及在异常情况下的应急措施。
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       业主反馈说，其如PID图所示的原有装置，在VCM合成反应釜后采用旋风分离器进行气液分离，设计单位考虑到旋风分离器实际运行效率不稳定，于是又在旋风分离器顶部排放气管线上再次串联设置了传统纤维分离器。但实际运行中，不仅旋风分离器分离效果不佳，串联设置的纤维分离器运行效果也不佳，导致输送至下游净化工段的粗VCM气体带液多并在输气管线管网形成积液而影响装置顺畅运行。业主决定对纤维分离器进行技术升级改造。

        AKW与业主接触后，提供一套用旋风分离器替代纤维分离器的技术方案数据表。附图是业主转给我方的数据表。从数据表红框所示，确实采用旋风分离器，且旋风分离器进出气管径DN500带压差检测口。

       大家知道，旋风分离器相对于纤维分离器的优点在于抗堵塞效果更好，但在满足相同分离效果时对应的运行压差未必低于纤维分离器。从旋风分离器结构上看，旋风分离器依靠稳定的离心场完成气液分离，离心因子由气流沿旋风筒内壁旋转，流速切向分量越大对应的离心因子越大，而旋风筒直径越小对应的离心因子越大。但是，旋风分离器最佳分离效果对应于窄限范围的离心因子，离心因子小了对应的分离效果不佳，离心因子大了也会导致气液由“分离”转变为“分散”，“分散度”越高则气液混合越厉害，分离效率反倒下降。因而，在旋风分离器选用上要求工况很稳定且可转化压头要足够高，否则实际运行效果波动很大。这种对工况苛刻要求，往往是实际运行工况难以保证的。业主和设计单位考虑到原有旋风分离器效果不佳而后置串联纤维分离器，正是基于实际运行波动工况。
       因此，AKW照着前端采用旋风分离器而再串联一套旋风分离器，其实际运行效果不佳是可以事先预料的。

      再来看看AKW设计旋风分离器用于气液分离方案的其它数据信息见附图2：
1、根据VCM反应釜运行流程可知，其泄放尾气必然含有VCM、盐酸液滴、水蒸汽及液滴液沫。从其尾气平均分子量24.2、工况温度80℃及工况压力1.26BarA可知，该工况对应的尾气混合气体压缩因子不可能如理想气体压缩因子一样是1。AKW把实际工况下的尾气压缩因子看作1，在气液精准动力学分离技术上是不可接受的。
2、根据VCM反应釜运行流程、泄放尾气组成、工况温度80℃及工况压力1.26BarA可知，其尾气凝液混合物是以水为主，因此该工况温度和压力下的混合液相真是密度不可能为1.5。从旋风分离器结构本身决定其对应的分离性能就不佳，而在气液精准动力学分离技术设计和参数准确性上又存在大偏离，则实际运行效果肯定不好！
3、从AKW提供的分离效果上看，只能根据工况确定对50微米/80微米/150微米液滴分离效率为99%。这样的分离效果，与纤维分离器比较，就显然没有改造的意义。
4、对于气液精准动力学分离技术设计而言，分散液相在实际工况下的表面张力、液相粘度、气相粘度对气液分离效率休戚相关，而传统旋风分离器设计缺并未考虑这些重要气液两相物系特性参数的重要影响。

此外，从其选材为CS内衬PTFE及设计温度确定为70/130℃来看，温区适应性也需要提升。

      这也是业主和设计院对AKW旋风分离器存疑而考虑羽叶分离器的主要因素。
      羽叶分离技术设备，属于精准动力学分离技术设备，专门针对传统纤维、丝网、滤网、滤芯、填料、滤料等物理拦截阻挡类型分离技术设备进行技术升级改造，以实现波动工况运行条件下高效率、高操作弹性、低压降分离运行。
      

       羽叶分离器，适用于去除气体携带的液体、粘稠质和固体颗粒物等重相携带质。专利技术设计的羽叶分离内件组件，利用专利技术的空气动力学技术，采用多级串行设置分离单元。在每级分离单元中，当挟带液滴和颗粒物的气体接近羽叶分离内件，在特殊结构的羽叶分离内件流道内高效完成流体动能和动量转换，使微小尺寸的重相分散质聚结长大、且大尺寸的重相分散质在矢量分离复合技术下被强制分离，而气流中微小尺寸的重相质撞击在羽叶分离内件湿表面上，被液膜表面自由能高效捕获深度分离。气流通过多级串行分离单元，流体微元高效动能动量转换旋转、高效碰撞、微液滴聚结长大、矢量分离和表面自由能捕集等动力学分离方式协同发挥，可在波动工况下实现高效率、高操作弹性、低压降、抗堵塞气液固分离运行。

       羽叶分离器的性能特点如下：

1、高强度特殊工程材料制作，专门针对金属材料无法长期耐受的10℃~160℃中高温工况下气流携带显著腐蚀性稀酸、碱、盐液沫及颗粒物净化分离净化工况而开发。
2、通过精准动力学分离技术设计组态平台系统设计完成的羽叶分离器，能实现精准定量分离效率。
3、处理气量大，适于大规模生产。
4、压降小，抗堵塞，通常只有传统丝网分离器1/8~1/6，同工节能。
5、操作弹性空间大，可在10%~130%范围内高效运行。
6、设备尺寸小，通常约为传统丝网分离器1/2~2/3。
7、对气流中携带的固体颗粒物和蜡状粘性质具有超强耐受性，不堵塞，无备品备件，运行维护费用低。

       关于羽叶分离器分离效率和实际运行压降：通常情况下，通过精准动力学分离技术设计平台系统设计完成的羽叶分离器，99.9%定量脱除5-15微米及以上尺寸液滴和颗粒物，羽叶分离器出口气体微小液滴残留量小于0.1Gal/MMSCF。具体分离效率和运行压降，根据工况参数通过精准动力学分离技术设计平台系统完成的《分离效率曲线图》和《运行压降曲线图》可精准查定。

       耐腐蚀材料制造的羽叶分离器，可应用于在如下类似工况：
1、用于除去腐蚀性反应气流中携带的液滴液沫、粘性物质及颗粒物，防犯液滴液沫、粘性物质及颗粒物进入后续管线设备形成积聚和腐蚀。比如：PVC装置氯化氢原料气净化专用耐温耐腐蚀抗堵塞羽叶分离器、氯化装置原料气氯气净化专用耐温耐腐蚀抗堵塞羽叶分离器、氟化装置原料气净化专用耐温耐腐蚀抗堵塞羽叶分离器等。
2、用于除去腐蚀性产物气流中携带的液滴液沫、粘性物质及颗粒物，防犯液滴液沫、粘性物质及颗粒物进入后续管线设备形成积聚和腐蚀。比如：氯碱装置电解氯气净化专用耐温耐腐蚀抗堵塞羽叶分离器、氯化氢装置产品气净化专用耐温耐腐蚀抗堵塞羽叶分离器、氟化氢装置产品气净化专用耐温耐腐蚀抗堵塞羽叶分离器等。
3、用于生产装置含酸尾气洗涤塔排放尾气脱除液滴液沫、粘性物质及颗粒物，防犯对空直排尾气超标排放对环境造成污染。比如：氢氟酸装置尾气洗涤塔耐温耐腐蚀抗堵塞专用羽叶分离器、磷酸装置尾气洗涤塔耐温耐腐蚀抗堵塞专用羽叶分离器、盐酸装置尾气洗涤塔耐温耐腐蚀抗堵塞专用羽叶分离器、氯化氢装置尾气洗涤塔耐温耐腐蚀抗堵塞专用羽叶分离器、硝酸装置尾气洗涤塔耐温耐腐蚀抗堵塞专用羽叶分离器、硫酸装置尾气洗涤塔耐温耐腐蚀抗堵塞专用羽叶分离器、磺化反应装置尾气洗涤塔耐温耐腐蚀抗堵塞专用羽叶分离器、硝化反应装置尾气洗涤塔耐温耐腐蚀抗堵塞专用羽叶分离器、烷基化废酸装置尾气洗涤塔耐温耐腐蚀抗堵塞专用羽叶分离器、氯碱装置含氯尾气洗涤塔耐温耐腐蚀抗堵塞专用羽叶分离器等。

       依据业主VCM反应釜弛放尾气实际工况参数，通过NOVEL精准动力学分离技术计算和组态设计系统平台完成的针对原有传统气液分离技术升级改造专用耐腐蚀羽叶分离器技术方案主要信息摘录如下：
羽叶分离器型号：NOVEL G50I-39-29V
羽叶分离器尺寸：ID40"*SM/SM62.1"*SK24"
羽叶分离器材质：PPSF
设计平台：Novel Proprietary International Accurate Calculation & Design System Platform；
容器设计标准：GB150-2011
设计压力：2BarG
设计温度：160℃。

       该羽叶分离器核心内件组，包括：
       第一部分：预分配聚结内件组：型号NOVEL G50D型预分配聚结内件组，2组模块，PPSF或等同。其作用有二：其一，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。其二，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，然后在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。这是NOVEL专利技术。国内外绝大多数供应方没有配备此预分配聚结内件组，导致分离器产气质量不稳定。

       第二部分：精密羽叶分离内件组：型号NOVEL G50I-EDP型精密羽叶分离内件组，2组模块，PPSF或等同。作用：通过精密羽叶分离内件组，以多分离型态、多分离级数实现高弹性精密脱除混合气流中携带的尺寸分布宽范围液滴液沫，确保产气更高质量。（NOVEL专利技术。）

       第三部分：抗“虹吸短路”降液内件组：型号NOVEL G50LD型“抗虹吸短路”降液系统，1组模块，PPSF或等同。作用：当装置异常工况大幅波动导致分离系统运行压差飙升时，抗虹吸短路降液系统会保证分离系统在异常工况下不产生“虹吸短路”现象避免分离失效。这也是NOVEL专利技术。传统结构“降液管+液封筒”，因降液管内在结构尺寸制约，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，抗虹吸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。

      该羽叶分离器技术方案对应的技术性能如下：
1、分离效率：99.9%脱除4.68微米及以上尺寸液滴(@额定工况）；
2、运行压降：不超过0.23psi (@额定工况）；
3、操作弹性空间：10%~130%(@额定工况）；
4、羽叶分离器整体工程技术设计和把关：NOVEL欧洲总部负责。

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