228-甲硫醇装置瓶颈问题从反应气分离液硫采用羽叶分离捕集器升级复挡捕集器技术方案

       本技术贴专门针对甲硫醇甲硫醚项目瓶颈问题从反应气高效稳定脱除液体硫磺采用羽叶分离捕集器技术升级取代传统复挡捕集器技术方案进行分析讨论，为类似工艺装置从工艺反应气高效分离脱除易堵塞液硫提供技术借鉴。

        甲硫醇，作为重要的一碳硫醇，是一种重要的有机合成中间体 ,在合成、饲料、农药和医药等方面具有 广泛的应用。作为重要用途，甲硫醇为原料用于合成蛋氨酸广泛使用在饲料工业、医药工业、食品工业、保健工业等领域；甲硫醇可直接用于重要有机中间体二甲二硫；在农药生产上用于制取甲基磺酰氯 (CH3SO2Cl) 、甲硫基丙醇、丙虫磷、倍 硫磷、西草净和杀虫剂灭多威等。目前，国内市场优质甲硫醇缺口很大，其合成成为精细化工企业关注对象。

针对甲硫醇装置中反应气分离液硫的问题，传统的复挡捕集器在处理效率和易堵塞方面存在局限。本次技术升级主要采用羽叶分离捕集器来替代复挡捕集器。羽叶分离捕集器通过其高效的气液分离能力，能够更有效地从反应气中脱除液体硫磺，减少堵塞问题，提高整体工艺的稳定性和效率。这一技术升级为相似的工艺装置提供了重要的技术参考和借鉴。
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       综合国内外甲硫醇装置生产工艺，包含从硫化氢和硫磺两种硫源工艺。但无论哪种硫源工艺，其工艺气都携带不少没有完全反应转化的无机硫液沫和硫蒸汽，如不加以及时高效稳定脱除，会在下游工艺冷凝器和各类塔器中遇冷凝固堵塞管道设备，导致生产线运行不畅、生产负荷难以稳定达到设计负荷且运行成本居高不下。

       本技术贴即以我国北方区域常用的硫化氢为合成反应硫源工艺，针对从其硫化氢气流脱除所携带的液体硫磺液沫和蒸汽所用复挡捕集器遇到的技术瓶颈和采用羽叶分离捕集器进行针对性技术升级进行剖析讨论。

        该工艺先采用液体硫磺加氢制取硫化氢，再以硫化氢为原料气合成甲硫醇。基于业主提供的硫化氢装置运行工艺情况，来自硫化氢合成塔的粗硫化氢在工况温度~350℃、工况压力0.4-0.6MPaG并以1000~1800Nm^3/h流量与原料气新氢换热降温降压至~150℃左右、工况压力0.25-0.4MPaG进入传统复挡捕硫罐V-1102脱除液硫。业主反馈说，原有传统复挡捕硫罐V-1102运行效果不佳，每半个月只能从捕硫罐V-1102底部间歇排出一股不到10kg液硫，而不少硫沫后窜到硫化氢吸收塔、解吸塔甚至脱气塔和干燥塔等硫化氢精制塔器系统造成硫磺凝固堵塞塔器及管线。

       在以往的技术贴中，曾讨论过煤化工项目硫回收装置尾气采用传统丝网除沫器用于液硫捕集往往因硫磺在丝网上凝固堵塞丝网内件棘手问题而需要采用羽叶分离捕集器技术升级取代传统丝网除沫器的案例分析讨论。
       而这里采用的复挡捕集器，为了规避丝网除沫器堵塞而采用国内上世纪60-70年代硫酸厂惯用的传统复挡除沫器分离捕集液硫。复挡除沫器，总体来讲是我们国内上世纪60-70年代硫酸厂自制的一种经验模式的除沫器，为了规避丝网除沫器堵塞，却**牺牲分离除沫性能，出现顾此失彼。

      附图1是复挡除沫器的结构示意图：从图上红色箭头所示，携带液硫沫的气流从入口管进入壳体，上行至复挡内件，分离下来的液硫从传统结构的U型液封端排出至罐底，而处理后的气流继续上升至罐顶排出。罐体下端和底部外绕盘管伴热。

      大家会很关注这种复挡捕集器的内件，到底是什么结构？下面咱们来一一分析。
       请看这这种复挡捕集器的立剖图：

       从立剖图可看到，气流从侧面进入到一组由高至低、自外向内按照同心圆布设且顶部密封阻断连接固定于中心管的轴瓦内件，由于内件顶部受到阻断，气流在轴瓦里运行不同半径的下旋。

        复挡捕集器内的分区情况，请见下图：从分区图可见，气流从入口管进入壳体后汇集在一块弧形卡板与壳体围成的空间，入口再从卡固在弧形卡板上的轴瓦组件一侧进入内件区域。

        接下来再看看复挡内件的俯视图如下：

       从复挡内件的俯视图可见，这些轴瓦组实际上是近3/4的圆弧形筒板，正对入口管一侧开放，而另一侧也被密封。气流从入口管进入到壳体内汇集区域，再从内件组一侧进入，下旋近3/4圈后，到达中心集气筒底部，通过集气筒向上至排气管。

       从上面关于复挡捕集器信息可知，复挡捕集器确实是一种凭经验靠大概加估计设计制造的分离设备，相对于国际上气液分离器设计应用规范惯例而言，存在如下严重技术缺陷：（1）没有按照专业动力学分离技术要求以充分考虑工况下气流及硫磺液相各自粘度、密度以及液流表面张力等物化特性波动对气液分离效率的影响，造成实际运行效果不佳；（2）复挡旋片内件，只有近3/4圈结构，采用并联布置，结构简单而尺寸结构各不相同，导致每只旋片分离效率都不一样，外高内低，无法对气液实现定量分离；（3）复挡旋片内件的理论分离单元数目小于1，且缺少独立的气液两相流各自独立分流通道，无法应对波动工况下对逃逸液硫的补救捕集回收功能，甚至在波动工况下极易导致气液两相由“分离”向“分散”的对立面转变，形成气液“返混” 、液硫“挟带”现象。结构决定性能！

       针对业主硫化氢装置原有捕硫罐V-1102实际运行情况，NOVEL公司通过其精准动力学分离技术诊断平台运行得知：在工况温度150℃、工况表压0.25 MPaG 、工况气相流量1800Nm^3/hr、工况气相组成mol% (氢气40-49 /硫化氢40-50 /其它1-5)情形下，原有捕硫罐V-1102处理后的气流中残留的液硫平均尺寸达到105.30微米，分离运行效果不佳。当工况气流流量下降时，原有复挡旋片捕集器分离效率还会下降。

       为了有效提升捕硫罐V-1102在实际运行工况下对气流中液硫捕集能力，有效避免气流携带超量液硫进入后续管线设备，NOVEL从专业动力学气液分离技术角度建议业主：采用羽叶分离捕集器有效技术升级改造原有简易传统复挡旋片捕硫罐V-1102，提升其应对多变工况分离处理性能，才能满足实际运行工况下高效运行技术要求。针对气流高夹带量易堵塞工况情形，羽叶分离捕集器已在石油化工、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。
      

       羽叶分离捕集器，作为对传统分离设备不可多得的升级换代专利技术设备，其具有如下性能特点和比较优势：
1、羽叶分离捕集器，以NOVEL精准动力学分离技术设计和组态系统平台为基础技术支撑，完成可靠精准技术方案设计和制造，在羽叶分离元件内在结构上设置4-6级串联结构的分离单元，实现连续多次对少量逃逸流体进行补救分离，尤其针对高气速波动工况气流携带的宽尺寸分布的液滴液沫分离脱除效率高，通常能实现高效率、定量精准脱除液滴液沫。比如，在工况大幅波动情形下，气流即使在第1级分离单元液体分离效率从设计值99.9%下降至90%而产气中残液量在10%（即100%-90%），气流串行经过第2级分离单元处理后的产气中残液量在10%*10%，第3级分离单元处理后的产气中残液量在10%*10%*10%，第4级分离单元处理后的产气中残液量在10%*10%*10%*10%，以此类推，对逃逸残液的补救分离效果显著。而复挡旋片传统分离器理论分离单元数目小于1，难以对波动工况下带液流体逃逸实现补救，难以对高气速混合流体实现高效定量精准分离。   
2、羽叶分离捕集器专利技术设备，对实际运行工况操作弹性更大，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”性能和高稳定气液分离效率。传统简易复挡旋片除沫器，性能配置低，其操作弹性上限阀值在110%左右，且因工况大幅波动往往使气流显著带液进入下游单元设备而破坏生产运行稳定性。
3、羽叶分离捕集器专利技术设备，对传统分离器进行升级改造，尽量保持原有捕集器及其管线仪表位置不动，工程量小，节省投资，且在相同工况和分离效率要求条件下，羽叶分离捕集器对流体处理能力较原有传统分离器增加 30%以上，具有显著的扩能增产作用。
4、羽叶分离捕集器专利技术设备，其核心分离内件组根据需要设计制造成可抽拉维护结构，拆装便捷，维护简单，也可于大修期间酌情抽出分离器筒体外清理。  
5、从羽叶分离捕集器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分离运行稳定，是满足质量管理体系要求的理想之选。

       针对业主上述工况参数，通过NOVEL精准动力学分离技术计算和组态设计系统平台进行“一对一”设计获得的该硫化氢携带液硫捕集专用羽叶分离捕集器设计型号及主要性能摘要如下：
型号：NOVEL G50P4-TBANK-39/116；
外形尺寸：~L1500*W1500*H3000；
材质（壳体/内件）：Q345R/S30408；
设计压力，0.6MPaG；
设计温度，200℃；
运行压降，不超过0.253psi即1.75kPa (@OT150℃& OP0.25MPaG & 1800Nm^3/hr及2.1气相组成）；
&#61623;分离效率：99.9%脱除6.78微米以上液滴，出口气相带液量<0.1Gal/MMSCF；
&#61623;运行噪声强度：<12.70db(@OT150℃& OP0.25MPaG & 1800Nm^3/hr及2.1气相组成）；
&#61623;操作弹性空间15%~130%；
分离器整体工程技术设计和把关：NOVEL欧洲总部。

      下图是NOVEL精准动力学分离技术计算和组态设计系统平台在我国备案证书，必须通过该设计系统平台才能准确设计把握不同工况下连续气相和分散液沫对应的物系物相特性参数进行可靠分离。硫磺在110℃至450℃温程中的气液固三相物系变化十分复杂，硫磺不仅有固液相熔化和凝固转变，还具有固气相升华和凝华特性。即使通常操作主要在120℃至160℃硫磺固液相熔化和凝固转变区，其硫磺固液混合相中的固体分散硫又包含不同晶型，固液硫磺混合相粘度、密度和表面张力变化出现上百倍波动性变化；而从固相硫至气相硫又包含从32至2不同聚集态。凭经验、靠“大概+估计”进行液硫捕集器设计方案，显然会谬以千里，结果可想而知。

luoli519 发表于 2024-08-15 09:47
综合国内外甲硫醇装置生产工艺，包含从硫化氢和硫磺两 ...

针对甲硫醇生产中的这一问题，提升气体处理技术非常关键。羽叶分离捕集器由于其设计优越，能在高流速下实现气液分离，有效去除硫蒸汽和未反应的无机硫液沫，以减少下游设备的堵塞问题。这种分离技术不仅能提高生产效率，还能降低运行成本，确保生产线稳定运行，并助力达到或超过设计负荷。因此，采用高效的气体处理技术，如羽叶分离捕集器，是解决这一瓶颈问题的有效途径。
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