采用旋喷羽叶分离技术的含尘气流除尘除沫分离工艺

摘要

本发明涉及一种采用旋喷羽叶分离技术的含尘气流除尘除沫分离工艺，包括S10：用一次旋喷洗涤系统对含尘气流携带的大尺寸液固携带质实施洗脱；S20：用动量反射分离系统对大尺寸液固携带质、段塞流和气流完成反射预分离；S30：用二次旋喷洗涤系统对中等尺寸液固携带质实施润湿洗脱；S40：用羽叶分离及其在线清洗系统对小尺寸液固重相携带质进行分离；S50：用末端聚结分离及其在线清洗系统对微小尺寸液固重相携带质进行分离；S60：用导气系统将净化后的气流导出；用降液系统将脱除下来的液固重相携带质排出。本发明的优点：显著提升工艺操作弹性；显著提升工艺运行效率稳定性和可靠性；大大降低运行维护劳动强度和运维成本。

说明书

技术领域

本发明属于从含有液固重相携带质气流中除尘除沫的领域，具体涉及一种采用旋喷羽叶分离技术的含尘气流除尘除沫分离工艺。

背景技术

在石油炼化、能源化工、天然气处理与输送、冶金、热电、焦化、造纸、环保、制药和食品等诸多行业企业采用的含尘气流除尘除沫分离工艺，尤其是烟气湿法脱硫除沫除尘工艺、聚丙烯循环干燥气流水洗塔后鼓风机入口含尘气流除尘除沫分离工艺、煤气化装置水洗塔出气除沫除尘工艺过程，其工况复杂，气流量大、气流携带液固重相携带质含量高，常常导致工艺生产线频繁发生堵塞、造作人员清堵速度赶不上工艺生产线堵塞速度、运行压降飙升、设备损坏、在线生产效率大幅下降、运行维护成本居高不下、设备人员不堪重负的棘手问题。而具有长周期抗堵塞、低运行压降、低运维成本、高效稳定运行的含尘气流除尘除沫分离工艺及装置，无疑是国内外企业目前急需的关键技术。

目前，上述行业领域国内外不少企业，尤其是石油炼化行业企业在烟气湿法脱硫除沫除尘分离工艺、聚丙烯循环干燥气流水洗塔后鼓风机入口含尘气流除尘除沫分离工艺、煤气化装置水洗塔出气除沫除尘等分离工艺过程中，由于缺乏新的分离工艺技术及装置，不得不仍旧采用上世纪中下叶以来国内外沿用的传统丝网拦截分离工艺及装置。这些传统丝网拦截分离工艺及应用装置存在的主要不足在于：1)丝网拦截分离工艺效率低，企业被迫将设备尺寸做大，占地大、投资高。2)丝网拦截分离工艺所用内件易堵塞，运行周期短，需要频繁停车维护更换内件，运维成本居高不下。3)企业投入成倍资金增加多台备机临时应付生产线连续运行问题，但仍然存在运维人员工艺清堵速度赶不上生产线堵塞速度，只得匆忙不彻底清理而应付运行，周而复始，恶性循环，成为严重制约生产运行的瓶颈问题。

有的企业尝试过将传统丝网拦截分离工艺及装置改为标准旋风分离工艺及装置，但旋风分离精度和效率远不及前者，加之实际运行工况复杂多变而导致旋风分离工艺及装置运行稳定性不佳，大量液固重相携带质随气流夹带进入后续管线设备引发后续高速运转设备损坏，比如聚丙烯装置水洗塔后循环气携带过量液固重相携带质进入增压鼓风机，粘附在风机叶轮叶片上造成动平衡失稳损坏，被迫中断生产运行。

所以，国内外许多有类似工况的企业十分迫切需要提供一种能满意解决对含尘气流除尘除沫分离工艺及装置创新。

发明内容

本发明的目的是提供采用旋喷羽叶分离技术的含尘气流除尘除沫分离工艺及装置，该工艺通过一次旋喷洗涤系统，完成对气流携带的大尺寸液固携带质第一次洗脱；通过动量反射分离系统，实现对第一次喷淋洗脱下来的大尺寸液固携带质、段塞流和气流反射预分离；通过二次旋喷洗涤系统，完成对气流携带的中等尺寸液固携带质润湿洗脱；通过羽叶分离及其在线清洗系统，对气流携带的小尺寸液固重相携带质进行高效、稳定分离，同时实现对系统本身在线清洗；通过末端聚结分离及其在线清洗系统，对气流携带的微小尺寸液固重相携带质进行高效分离，同时实现对系统本身在线清洗；通过导气系统，实现对净化后的气流独立顺畅向下游用户排送；通过降液系统，实现对气流中分离脱除下来的液固重相携带质独立排送，同时避免高速上升的原始气流发生“短路”逃逸。

本发明的目的，是由下述技术方案实现的：一种采用旋喷羽叶分离技术的含尘气流除尘除沫分离工艺，包括如下的步骤：

S10：利用一次旋喷洗涤系统对含尘气流携带的大尺寸液固携带质实施洗脱；

S20：利用动量反射分离系统对经步骤S10后洗脱下来的大尺寸液固携带质、段塞流和气流完成反射预分离；

S30：利用二次旋喷洗涤系统对经步骤S20后所出气流携带的中等尺寸液固携带质实施润湿洗脱；

S40：利用羽叶分离及其在线清洗系统对经步骤S30后所出气流携带的小尺寸液固重相携带质进行分离，同时对羽叶分离装置进行在线清洗；

S50：利用末端聚结分离及其在线清洗系统对经步骤S40后所出气流携带的微小尺寸液固重相携带质进行分离，同时对末端聚结分离模块在线清洗；

S60：利用导气系统将经步骤S40和S50净化后的气流导出；利用降液系统将经步骤S40后从气流中分离脱除下来的液固重相携带质排出。

进一步的，所述一次旋喷洗涤系统、动量反射分离系统、二次旋喷洗涤系统、羽叶分离及其在线清洗系统、末端聚结分离及其在线清洗系统、导气系统、降液系统顺序组态布置。

进一步的，所述一次旋喷洗涤系统设置在工艺起始环节，由一次旋喷洗涤装置对气流携带的大尺寸液固携带质实施第一次洗脱。

进一步的，所述动量反射分离系统，由动量反射分离装置对第一次喷淋洗脱下来的大尺寸液固携带质、段塞流和气流完成反射预分离。

进一步的，所述二次旋喷洗涤系统，由二次旋喷洗涤装置对气流携带的中等尺寸液固携带质实施润湿洗脱。

进一步的，所述羽叶分离及其在线清洗系统，包括具有聚结分离、矢量分离和液膜表面自由能捕集分离功能的羽叶分离装置及其入口端布设的羽叶分离在线清洗装置。该羽叶分离及其在线清洗系统的工艺单元及其组态结构形式，能够确保对气流携带的小尺寸液固重相携带质进行高效、稳定分离，同时实现对羽叶分离装置在线清洗。

进一步的，所述末端聚结分离及其在线清洗系统，包括具有微小聚结分离功能的末端聚结分离装置及其出口端布设的末端聚结分离在线清洗装置。该末端聚结分离及其在线清洗系统的工艺单元及其组态结构形式，能够确保对气流携带的微小尺寸液固重相携带质进行高效分离，同时实现对末端聚结分离模块在线清洗。

进一步的，所述导气系统，通过导气装置实施独立输送净化后的气流，以避免其与原始气流、分离形成的液固重相携带质形成“返混”“夹带”。

进一步的，所述降液系统，包括配置在羽叶分离及其在线清洗系统液相通路末端的降液装置，用于独立排送从气流中分离脱除下来的液固重相携带质。

可选的，本发明采用旋喷羽叶分离技术的含尘气流除尘除沫分离工艺，为组态工艺，该组态工艺由一次旋喷洗涤系统、动量反射分离系统、二次旋喷洗涤系统、羽叶分离及其在线清洗系统、末端聚结分离及其在线清洗系统、导气系统、降液系统中的一种系统或几种系统顺序组态而成；当实际运行气流所含粉尘量高、粉尘颗粒物表观密度低或粉尘难以被润湿聚结时，采用多个二次旋喷洗涤系统进行处理；当实际运行气流含尘量较低时，省去一次旋喷洗涤系统和末端聚结分离及其在线清洗系统。

本发明采用的一次旋喷洗涤系统，设置在本发明工艺起始环节；动量反射分离系统，设置在一次旋喷洗涤系统末端；二次旋喷洗涤系统，设置在动量反射分离系统末端；羽叶分离及其在线清洗系统，设置在二次旋喷洗涤系统末端；末端聚结分离及其在线清洗系统，设置在羽叶分离及其在线清洗系统气相通路末端；导气系统，串行设置在羽叶分离及其在线清洗系统、末端聚结分离及其在线清洗系统的气相通路末端；降液系统，设置在羽叶分离及其在线清洗系统液相通路。所述各系统顺序组态设置而成。

本发明可以由一级旋喷洗涤系统、动量反射系统、二级旋喷洗涤系统、羽叶分离及其在线清洗系统、末端聚结分离及其在线清洗系统、导气系统、抗虹吸短路降液系统之一种或几种系统顺序组态而成，均能不同程度提升气流除尘除沫分离运行效果；采用的系统越完备，对提升分离装置分离运行效果越佳。

此外，本发明分离装置进气装置，根据实际工况需要，其设置数目可以是一个，也可是多个；既可以设置在分离装置筒体，也可以设置在分离装置上封头。同样，本发明分离装置气流出口，根据实际工况需要，其设置数目可以是一个，也可是多个；既可以设置在分离装置筒体，也可以设置在分离装置上封头。

本发明与现有工艺技术相比具有如下优点：

本发明采用旋喷羽叶分离技术的含尘气流除尘除沫分离工艺，对实际复杂多变工况下气流携带的液固重相携带质具有显著耐受能力，显著降低分离工艺装置及内件堵塞和毁坏故障频度，同时提升工艺装置长周期分离运行稳定可靠性和连续性，显著提升装置工艺生产效率，并节约装置运维费用。具体表现在：1)显著提升工艺及装置操作弹性，尤其对实际运行复杂多变工况适应能力，装置运行更加流畅。2)显著提升工艺及装置运行效率稳定性和可靠性，工艺生产效率明显提升。3)大大降低装置工艺生产线运行维护劳动强度和运维消耗，降低运维成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式而已，并不用于限制本申请，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明的分离工艺标准组态示意图。

图2是本发明的分离装置标准组态示意图。

图3是本发明的分离工艺强化组态示意图(强III系统)。

图4是本发明的分离工艺简化组态示意图(省I系统省V系统)。

图中：I-一次旋喷洗涤系统；II-动量反射分离系统；III-二次旋喷洗涤系统；IV-羽叶分离及其在线清洗系统；V-末端聚结分离及其在线清洗系统；VI-导气系统；VII-降液系统；1-筒体；2-顶封头；3-支座；4-进气装置；5-一次旋喷洗涤装置；6-动量反射分离装置；7-二次旋喷洗涤装置；8-羽叶分离在线清洗装置；9-羽叶分离装置；10-末端聚结分离装置；11-导气装置；12-降液装置；13A-气流侧向出口；13B-气流顶部出口；14-排液装置；15-工艺备用口；16-放空口；17-液位控制装置；18-末端聚结分离在线清洗装置；19-检维装置。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“起始”、“末端”、“上”、“下”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“一次”、“二次”、“第一次”、“第二次”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，一次旋喷洗涤系统I简称为I系统，动量反射分离系统II简称为II系统，二次旋喷洗涤系统III简称为III系统；羽叶分离及其在线清洗系统IV简称为IV系统，末端聚结分离及其在线清洗系统V简称为V系统，导气系统VI简称为VI系统，降液系统VII简称为VII系统。

实施例一：

参见图1和图2所示，采用旋喷羽叶分离技术的含尘气流除尘除沫分离工艺，用于硫磺装置尾气脱硫洗涤气除尘除沫分离工艺，该工艺所涉及到的装置包含I系统、II系统、III系统、IV系统、V系统、VI系统和VII系统各1套。

I系统为本发明工艺的起始系统；该系统由一次旋喷洗涤装置5组成，固定在进气装置4上，如图2所示。I系统利用设定压力和喷淋密度的洗涤液体，可以是脱盐水、新鲜的自来水、循环母液以及其它能对尾气粉尘具有润湿洗涤功能的液体，对尾气携带的大尺寸液固携带质实施第一次喷淋洗脱。

II系统设置在I系统的末端，II系统由动量反射分离装置6组成，固定在进气装置4末端的筒体内侧。II系统对尾气经过I系统处理后第一次喷淋洗脱下来的大尺寸液固携带质、段塞流和气流实施动量反射，利用其动量反射后形成的动量差，对气流、第一次喷淋洗脱下来的大尺寸液固携带质、段塞流完成反射预分离。

III系统设置在II系统末端，III系统由二次旋喷洗涤装置7组成，固定在筒体1上。III系统对尾气经过II系统反射预分离后仍然悬浮携带在气流中等尺寸液固携带质和未充分润湿的固体颗粒物，实施第二次润湿洗脱。

IV系统设置在III系统末端，IV系统由羽叶分离装置9和羽叶分离在线清洗装置8组成，羽叶分离在线清洗装置8和羽叶分离装置9都固定在筒体1上，且羽叶分离在线清洗装置8正对羽叶分离装置9布置。

IV系统利用流体动力学羽叶分离装置9，将小尺寸的液固重相携带质从气流中强制分离脱除，并通过羽叶分离在线清洗装置8对IV系统自身进行喷淋自洁清洗，确保IV系统满足高效稳定分离、抗堵塞和长周期运行允许的工艺技术要求。

V系统设置在IV系统末端，V系统由末端聚结分离装置10及末端聚结分离在线清洗装置18组成，末端聚结分离装置10同时固定在羽叶分离装置9和筒体1上，而末端聚结分离在线清洗装置18固定在筒体1上，且末端聚结分离在线清洗装置18正对末端聚结分离装置10布置。

V系统利用末端聚结分离装置10精细聚结分离技术，使流体中残存的微细尺寸的重相携带质在V系统深度捕捉分离脱除，同时通过末端聚结分离在线清洗装置18对V系统自身进行喷淋自洁清洗，实现V系统自身在线清洗，以满足有特殊苛刻精密技术要求的场合。

VI系统串行设置在IV系统和V系统的气相通路末端，VI系统由导气装置11组成，导气装置11连接在末端聚结分离装置10和筒体1上。

VI系统主要实现对净化气流独立顺畅向外界输送，避免其与原始气流、分离形成的液固重相携带质流形成“返混”“夹带”。

VII系统紧接着设置在IV系统液相通路末端，VII系统由降液装置12组成，降液装置12连接固定在羽叶分离装置9底部。

VII系统用于独立排送从气流中分离脱除下来的液固重相携带质，以避免其被高速上升的原始气流再次形成“返混”“夹带”，同时避免高速上升的原始气流直接通过降液管路“短路”发生逃逸。

在本实施例中，硫磺装置尾气脱硫洗涤气分离工艺，处理烟气温度为57℃，尾气表压0kPaG，尾气流量28400Nm^3/h。

在本实施例中，携带粉尘、盐结晶颗粒物和脱硫塔液滴液沫的尾气原始混合流从进气装置4首先进入I系统，以流量30-40L/分钟的脱盐水通过一次旋喷洗涤装置5对尾气气流携带的大尺寸液固携带质实施第一次喷淋洗脱；气流推动着第一次喷淋洗脱下来的大尺寸液固携带质、段塞流进入II系统，利用II系统的动量反射分离装置6产生动量反射形成各相动量差，对气流、第一次喷淋洗脱下来的大尺寸液固携带质、段塞流完成反射预分离，气流残存的是中等尺寸及以下的重相携带质和未充分润湿的固体颗粒物；携带中等尺寸及以下的重相携带质和未充分润湿固体颗粒物的气流进入III系统，以流量115-125L/分钟的循环浆液通过二次旋喷装置7对气流携带的中等尺寸及以下液固携带质和未充分润湿固体颗粒物实施第二次润湿洗脱，使气流仅残存小尺寸及以下的重相携带质；携带小尺寸及以下重相携带质的气流进入IV系统，通过羽叶分离装置9使各相流体借助自身动能动量进行大量碰撞分离、聚结分离、矢量分离和液膜表面自由能捕集分离，将小尺寸的液固重相携带质从气流中强制分离脱除而气流中仅残存微细尺寸的重相携带质，同时采用120-130L/分钟流量的脱盐水通过羽叶分离在线清洗装置8对IV系统在线清洗自洁；携带微细尺寸重相携带质的气流，从IV系统气相通路出来后进入V系统，通过V系统的末端聚结分离装置10精细聚结分离，气流中残存的微细尺寸重相携带质在V系统深度捕捉分离脱除以满足有特殊苛刻精密技术要求的场合，同时每隔8小时通过末端聚结分离在线清洗装置18间歇采用90-100L/分钟流量的脱盐水对V系统在线清洗自洁1-2分钟；从V系统出来的净化合格气流，通过VI系统的导气装置11将净化气流独立顺畅输送至气流侧向出口13A/气流顶部出口13B，以避免其与原始气流、分离形成的液固重相携带质流形成“返混”“夹带”；从IV系统的羽叶分离装置9液相通路出来的重相携带质流体，进入VII系统，通过降液装置12把气流中分离脱除下来的液固重相携带质流体独立排送至分离装置底部临时储存区，以避免其被高速上升的原始气流再次形成“返混”“夹带”，同时也避免高速上升的原始气流直接通过降液管路“短路”发生逃逸。

本分离装置底部临时储存的液固重相携带质，通过分离装置液位控制装置17监控下经排液装置14排至外界。

本分离装置在停运期间，可通过分离装置放空口16排净分离装置内气体，从分离检维装置19进行分离装置检维修，并通过分离装置工艺备用口15进行污堵疏排。

为了确保末端聚结分离装置10长周期稳定运行，需要根据实际运行工况中气流中微细粉尘颗粒物携带情况，可酌情在大修期间由外界脱盐水通过末端聚结分离在线清洗装置18对末端聚结分离装置10实施洗涤自洁。

实施例二：

本实施例二提供的采用旋喷羽叶分离技术的含尘气流除尘除沫分离工艺，是对实施例一采用旋喷羽叶分离技术的含尘气流除尘除沫分离工艺及装置的进一步改进，在实施例一以及图1-图2的基础上，本实施例二提供的采用旋喷羽叶分离技术的含尘气流除尘除沫分离工艺，在实施例一基础上增加一套III系统(见图3)，用于针对聚丙烯装置循环干燥气增压鼓风机入口含聚丙烯粉尘颗粒物更高的循环气除尘除沫分离。

参见图1和图3所示，采用旋喷羽叶分离技术的含尘气流除尘除沫分离工艺，用于针对聚丙烯装置循环干燥气增压鼓风机入口含聚丙烯粉尘颗粒物更高的循环气除尘除沫分离，包含1套I系统、1套II系统、2套III系统、1套IV系统、1套V系统、1套VI系统和1套VII系统。

在本实施例中，循环气工况温度为60℃，工况压力10kPaG，气体流量5000Nm^3/h。

在本实施例中，携带聚丙烯粉末颗粒物和水洗塔液滴液沫的循环气流通过本发明工艺及装置进行气流除尘除沫分离净化，其中I系统采用5-10L/分钟流量循环母液对循环气流携带的大尺寸液固携带质实施第一次喷淋洗脱；随后采用双III系统强化，以75-95L/分钟流量的循环清液对气流携带的中等尺寸液固携带质和未充分润湿固体颗粒物实施第二次润湿洗脱；IV系统采用100-120L/分钟流量的脱盐水在线清洗自洁；V系统每隔8小时以间歇方式采用100-120L/分钟流量的新鲜自来水对V系统在线清洗自洁2-4分钟。

其它工艺及装置流程操作同实施例一。

实施例三：

本实施例三提供的采用旋喷羽叶分离技术的含尘气流除尘除沫分离工艺，是对实施例一提供的采用旋喷羽叶分离技术的含尘气流除尘除沫分离工艺的简化，在实施例一以及图1-图2的基础上，本实施例三提供的采用旋喷羽叶分离技术的含尘气流除尘除沫分离工艺，在实施例一基础上省去I系统和V系统(见图4)，用于煤气化装置水洗塔出口含尘量较低的合成气流除沫除尘分离。

参见图4所示，采用旋喷羽叶分离技术的含尘气流除尘除沫分离工艺，用于针对煤气化装置水洗塔出口含尘量较低的合成气流除沫除尘分离，只包含1套II系统、1套III系统、1套IV系统、1套VI系统和1套VII系统。

在本实施例中，合成气工况温度为55℃，工况压力4.55MPaG，气体流量456000Nm^3/h。

在本实施例中，携带粉尘和水洗塔液滴液沫的合成气原始混合流通过本发明工艺采用的装置进行气流除尘除沫分离净化，其中III系统以130-150L/分钟流量的循环洗涤水对气流携带的中等尺寸液固携带质和未充分润湿固体颗粒物实施第二次润湿洗脱；IV系统采用195-215L/分钟流量的脱盐水在线清洗自洁。

其它同实施例一。

从前述本发明各实施例可以看出：

本发明实施例一所采用的工艺，不仅适用于正常运行工况，更能针对性处理实际运行工况酸碱性波动、含盐结晶腐蚀性粉尘颗粒物以及较大流量工况情形，有效解决实际运行工况对工艺及装置运行寿命、运行压降及堵塞以及分离运行效率影响；相对传统工艺及装置，采用本发明使工艺及装置运行周期提升至少400％、运行压降降低至少50％以及分离效率提高至少28％。

本发明实施例二所采用的工艺，不仅适用于正常运行工况，更能解决实际运行气流所含粉尘量高、粉尘颗粒物表观密度低、粉尘难以被润湿聚结等苛刻工况，采用本发明并通过针对性强化二次旋喷洗涤系统，有效解决原来传统工艺装置在线生产率低、运行维护频繁以及运维成本高企难题；相对传统工艺及装置，采用本发明使工艺及装置在线生产率提升至少300％、运行维护频率降低至少30％以及运维成本降低至少50％。

本发明实施例三所采用的工艺，不仅适用于正常运行工况，更能针对实际运行工况压力高、气量大、波动幅度大、粉尘表观密度大等工况运行特点，采用本发明并通过省去I系统和V系统，有效解决原来传统工艺装置操作弹性低、运行压降高、脱盐水消耗大等运行棘手问题；相对传统工艺及装置，采用本发明使工艺及装置操作弹性扩展至15％-130％甚至更宽，运行压降降低至少30％、水耗降低至少20％。

本发明采用旋喷羽叶分离技术的含尘气流除尘除沫分离工艺，明显扩大对实际复杂多变工况适应能力和操作弹性，提升工艺装置长周期分离运行连续性和在线生产率，显著降低工艺及装置堵塞故障频度并节约运维成本。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的几个实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行调节，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。