甲酸鈉干燥系統(tǒng)技術(shù)改造

高 艷，姜 波，魏環(huán)宇

(1.吉林化工學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，吉林 吉林 132022；2.吉化北方炬醌工貿(mào)有限責(zé)任公司，吉林 吉林 132022；3.中國(guó)石油吉林石化公司 動(dòng)力一廠，吉林 吉林 132021)

目前合成法生產(chǎn)甲酸鈉的工藝主要有4種[1].本裝置采用的工藝是使用焦炭為原料，取得工藝所需要的一氧化碳?xì)怏w，再經(jīng)過高溫高壓與氧化鈉反應(yīng)生成甲酸鈉溶液，后經(jīng)過濃縮、干燥生成固體甲酸鈉產(chǎn)品.生產(chǎn)尾氣中含有甲酸鈉粉塵，采用水膜除塵塔回收甲酸鈉粉塵，避免造成環(huán)境污染.主要研究甲酸鈉濕料加工成固體甲酸鈉產(chǎn)品過程中除塵系統(tǒng)的改造.

1 甲酸鈉水膜除塵塔改造必要性

1.1 原甲酸鈉干燥系統(tǒng)工藝流程與設(shè)備

本套甲酸鈉生產(chǎn)裝置使用濕法除塵方式.原有的除塵設(shè)備有引風(fēng)機(jī)、旋風(fēng)分離器、濕法除塵塔、除沫器、除塵清液泵.甲酸鈉生產(chǎn)過程工藝流程見圖1.

圖1 改造前甲酸鈉干燥系統(tǒng)工藝流程

貯槽中的稀甲酸鈉濕料用泵送至螺旋加料器進(jìn)入閃蒸干燥塔后，在干燥塔內(nèi)甲酸鈉物料與熱空氣進(jìn)行充分、高效的質(zhì)熱變換，被干燥的粉狀物料隨同熱風(fēng)一起先沿著旋風(fēng)分離器的進(jìn)氣管道切線方向先后輸送至一級(jí)、二級(jí)旋風(fēng)分離器，在重力和旋風(fēng)的雙重作用下，甲酸鈉固體顆粒緩緩下降，進(jìn)入旋風(fēng)分離器底部，其中甲酸鈉成品收集包裝.

旋風(fēng)分離器頂部含甲酸鈉粉塵氣流再由引風(fēng)機(jī)輸送進(jìn)濕式除塵塔和除塵清液泵輸送過來的清液進(jìn)行噴淋除塵，除塵后的殘余氣體就被排入大氣，而除塵液就會(huì)進(jìn)行循環(huán)除塵，這樣既可以達(dá)到噴淋除塵的目的，又節(jié)約了純凈水的投入，也可以實(shí)現(xiàn)除塵液閉路循環(huán)的效果.改造前甲酸鈉干燥系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖2.

圖2 改造前甲酸鈉干燥系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1.2 濕式除塵器分類及工作原理

按其結(jié)構(gòu)來分有以下幾種[2-4]：重力噴霧濕式除塵器，如噴洗滌塔；旋風(fēng)式濕式除塵器，如旋風(fēng)水膜式除塵器、水膜式除塵器；自激式濕式除塵器，如沖激式除塵器、水浴式除塵器；填料式濕式除塵器，如填料塔、湍球塔；泡沫式濕式除塵器，如泡沫除塵器、旋流式除塵器漏板塔；文丘里濕式除塵器，如文丘里除塵器；機(jī)械誘導(dǎo)除塵器，如撥水輪除塵器.

旋風(fēng)式濕式除塵器，將含塵氣體由筒體下部引入，經(jīng)旋流板旋轉(zhuǎn)上升，煙氣在旋流板引導(dǎo)下于塔內(nèi)旋轉(zhuǎn)上升，塵粒受離心力作用而被分離，拋向筒體內(nèi)壁，被筒體內(nèi)壁流動(dòng)的水層所吸附，更為煙氣與水充分融合，隨水流到底部，經(jīng)排污口流出.即一級(jí)旋風(fēng)分離器和二級(jí)旋風(fēng)分離器的工作原理.

慣性撞擊式濕式除塵器[5]，在引風(fēng)機(jī)的作用下，甲酸鈉混合氣從塔底部上升，處于高速旋流狀態(tài)，水滴與塵粒在高速下發(fā)生了碰撞凝聚，由于甲酸鈉粒徑細(xì)小，被水霧水溶，含塵混合氣被水濕潤(rùn)，甲酸鈉隨水流到吸收塔底部，進(jìn)而達(dá)到除塵目的.即除塵塔設(shè)備的工作原理.

重力噴霧濕式除塵器，煙氣在水中上升過程，受到重力作用，在重力作用下粉塵下沉，達(dá)到煙氣分離的作用，從而達(dá)到除塵效果.

噴淋除塵器，煙氣自下而上高速運(yùn)動(dòng)，被水均勻的噴淋，噴入的水被煙氣溶化成細(xì)小的水霧，濕潤(rùn)煙氣中的灰塵被濕潤(rùn)，達(dá)到煙氣分離.

本裝置改造的水膜除塵器是慣性撞擊式、濕式除塵器和噴淋式除塵器的結(jié)合，最大程度達(dá)到除塵目的.

1.3 原系統(tǒng)存在的問題

甲酸鈉干燥系統(tǒng)自2016年投產(chǎn)以來，先后出現(xiàn)甲酸鈉干燥系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定、除塵塔除塵效果下降、風(fēng)機(jī)耗電量大等問題.

(1)閃蒸干燥塔除塵效果下降

由于原設(shè)計(jì)中設(shè)備布置受改造廠房限制，存在閃蒸干燥塔入旋風(fēng)除塵器直管段，受結(jié)構(gòu)影響，局部風(fēng)管物料積存，管路系統(tǒng)阻力增大，旋風(fēng)分離器收集效率降低，部分甲酸鈉粉塵在風(fēng)機(jī)內(nèi)積存，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)運(yùn)行負(fù)荷高、振動(dòng)增大，電耗增加，干燥系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定.

(2)水膜除塵塔問題

原干燥系統(tǒng)水膜除塵塔為聚丙烯材質(zhì)，經(jīng)過多年運(yùn)行后，與風(fēng)機(jī)共振及高溫受熱后設(shè)備筒體出現(xiàn)多處裂紋，多次對(duì)筒體進(jìn)行修補(bǔ)，但水膜除塵塔筒體塔底仍多處滲漏.

(3)水膜除塵塔循環(huán)水泵

水膜除塵塔循環(huán)泵由于工況復(fù)雜，泵體內(nèi)部汽蝕、腐蝕現(xiàn)象嚴(yán)重，葉輪易被汽蝕穿孔，使用周期短，要經(jīng)常更換.以上原因使得該循環(huán)水泵的維修成本高，并給整套設(shè)備運(yùn)行帶來不安全因素.

結(jié)合甲酸鈉干燥系統(tǒng)存在的隱患，提出現(xiàn)有水膜除塵塔技術(shù)改造.

對(duì)甲酸鈉干燥系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，部分設(shè)備需要增容或進(jìn)行改造，從而減少外排空氣中的粉塵含量，達(dá)到排放要求.

2 甲酸鈉干燥系統(tǒng)改造方案

2.1 甲酸鈉干燥系統(tǒng)工藝流程改造

依據(jù)甲酸鈉裝置投產(chǎn)五年來存在的問題，對(duì)本裝備進(jìn)行改造.由焦炭為原料，取得工藝所需要的一氧化碳?xì)怏w，再經(jīng)過高溫高壓與氧化鈉反應(yīng)生成甲酸鈉溶液，在進(jìn)入閃蒸干燥器部分仍采用原流程.主要針對(duì)旋風(fēng)分離器、水膜除塵塔、引風(fēng)機(jī)等裝置改造.

含塵氣體由旋風(fēng)分離器頂部排出，送入甲酸鈉水膜除塵塔中，在和除塵清液泵輸送過來的霧狀清液在填料表面進(jìn)行充分接觸，甲酸鈉粉塵就會(huì)快速溶解到清液中，清液濃度得到了增加，氣體在除塵塔頂部再經(jīng)除沫器進(jìn)一步除沫分離.除塵液返回清液回收槽，進(jìn)行回收再利用.最后的潔凈尾氣由引風(fēng)機(jī)頂部管道排入大氣.改造后甲酸鈉干燥系統(tǒng)工藝流程見圖3，改造后甲酸鈉干燥系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖4.

圖3 改造后甲酸鈉干燥系統(tǒng)工藝流程

圖4 改造后甲酸鈉干燥系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2.2 主要設(shè)備技術(shù)改造

(1)旋風(fēng)分離器改造

對(duì)閃蒸干燥塔至一級(jí)旋風(fēng)直管段進(jìn)行改造，采用3 m大半徑管道替代，減少物料在管內(nèi)的流動(dòng)損失，同時(shí)增強(qiáng)了管道的可通過性，減少物料在直角段的堵塞.

在干燥器頂風(fēng)管至一級(jí)、二級(jí)旋風(fēng)分離器增加保溫處理，減少管道處熱損失，進(jìn)一步加大了甲酸鈉的收集率.

一級(jí)旋風(fēng)收集器由Φ1 200 mm更新為Φ1 400 mm，增大回轉(zhuǎn)半徑，提高甲酸鈉的離心力，實(shí)現(xiàn)物料在一級(jí)旋風(fēng)收集率由原來的93%提高到99.5%，減輕水膜除塵塔負(fù)荷.

(2)除塵塔設(shè)備改造

除塵塔筒體材料由聚丙烯更換為Q345R.由于甲酸鈉腐蝕性弱，除塵塔最高工作溫度120 ℃.Q345R具有良好的力學(xué)性能和工藝性能，可以增加除塵塔的抗拉強(qiáng)度、延伸率和沖擊韌性.

除塵塔結(jié)構(gòu)改造參數(shù)：Φ3 000 mm(原塔為Φ2 000 mm)，3層花環(huán)填料，填料數(shù)量增多，氣液接觸面積增大.閃蒸工作風(fēng)量20 000 Nm3/h，即空塔風(fēng)速0.9～0.6 rum·s-1，系統(tǒng)風(fēng)阻1.5 kPa.

除塵塔內(nèi)噴淋分為3層，每層噴淋管間布置24個(gè)螺旋噴頭，噴淋管間的水平角度呈90°夾角，管道長(zhǎng)度相差約1 500 mm，3層噴淋除塵可使所有噴嘴噴淋出的清液面將除塵塔內(nèi)截面完全覆蓋，增加了噴淋除塵效果.

除塵塔頂部設(shè)置絲網(wǎng)除沫器，當(dāng)帶有霧沫的氣體以一定的速度上升，通過格柵中間的過濾絲網(wǎng)時(shí)，由于霧沫上升的慣性作用，使得霧沫與細(xì)絲碰撞而黏附在細(xì)絲的表面.細(xì)絲表面上的霧沫進(jìn)一步擴(kuò)散及霧沫本身的重力沉降，直至其自身的重力超過氣體上升的浮力和液體表面張力的合力時(shí)，就被分離而下落.氣體通過絲網(wǎng)除沫器后，其除沫效率可達(dá)99%以上，可以達(dá)到完全去除霧沫除塵的目的.

(3)引風(fēng)機(jī)改造

將引風(fēng)機(jī)由原設(shè)置在水膜除塵塔前，改為水膜除塵塔后.規(guī)避因攜帶物料破壞引風(fēng)機(jī)的動(dòng)力平衡而造成設(shè)備的振動(dòng).同時(shí)把引風(fēng)機(jī)變頻由原42 Hz降至35 Hz，月節(jié)電量約10 000度.保證流場(chǎng)分布均勻、減少風(fēng)機(jī)阻力、保證風(fēng)機(jī)經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行等具有重要意義.

(4)循環(huán)泵改造

水膜除塵塔循環(huán)泵由于工況復(fù)雜，泵體內(nèi)部汽蝕、腐蝕現(xiàn)象嚴(yán)重，葉輪易被汽蝕穿孔導(dǎo)致使用周期短、維修成本高，并給設(shè)備運(yùn)行帶來不安全因素[6].由于不銹鋼管道泵的整體結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、噪音低、抗汽蝕、高效節(jié)能、維修方便和運(yùn)行范圍廣泛，還可以應(yīng)用于溫和的腐蝕性介質(zhì).所以水膜除塵塔循環(huán)泵由碳素鋼管道泵改為不銹鋼管道泵.

3 改造實(shí)施效果

甲酸鈉水膜除塵系統(tǒng)升級(jí)改造后，一級(jí)旋風(fēng)下降料達(dá)到設(shè)計(jì)要求；水膜除塵塔系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，消除了原有設(shè)備隱患；引風(fēng)機(jī)移位后，振動(dòng)降低，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行；引風(fēng)機(jī)變頻由原42 Hz降至30 Hz，月節(jié)電量約10 000 度；實(shí)現(xiàn)物料在一級(jí)旋風(fēng)收集率實(shí)現(xiàn)99.5%，裝置實(shí)現(xiàn)預(yù)期改造目標(biāo).