甲酸鈉干燥系統(tǒng)技術改造

高 艷，姜 波，魏環(huán)宇

(1.吉林化工學院 機電工程學院，吉林 吉林 132022；2.吉化北方炬醌工貿(mào)有限責任公司，吉林 吉林 132022；3.中國石油吉林石化公司 動力一廠，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氣體，再經(jīng)過高溫高壓與氧化鈉反應生成甲酸鈉溶液，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.原有的除塵設備有引風機、旋風分離器、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入閃蒸干燥塔后，在干燥塔內(nèi)甲酸鈉物料與熱空氣進行充分、高效的質(zhì)熱變換，被干燥的粉狀物料隨同熱風一起先沿著旋風分離器的進氣管道切線方向先后輸送至一級、二級旋風分離器，在重力和旋風的雙重作用下，甲酸鈉固體顆粒緩緩下降，進入旋風分離器底部，其中甲酸鈉成品收集包裝.

旋風分離器頂部含甲酸鈉粉塵氣流再由引風機輸送進濕式除塵塔和除塵清液泵輸送過來的清液進行噴淋除塵，除塵后的殘余氣體就被排入大氣，而除塵液就會進行循環(huán)除塵，這樣既可以達到噴淋除塵的目的，又節(jié)約了純凈水的投入，也可以實現(xiàn)除塵液閉路循環(huán)的效果.改造前甲酸鈉干燥系統(tǒng)結構簡圖見圖2.

圖2 改造前甲酸鈉干燥系統(tǒng)結構簡圖

1.2 濕式除塵器分類及工作原理

按其結構來分有以下幾種[2-4]：重力噴霧濕式除塵器，如噴洗滌塔；旋風式濕式除塵器，如旋風水膜式除塵器、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；機械誘導除塵器，如撥水輪除塵器.

旋風式濕式除塵器，將含塵氣體由筒體下部引入，經(jīng)旋流板旋轉上升，煙氣在旋流板引導下于塔內(nèi)旋轉上升，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.即一級旋風分離器和二級旋風分離器的工作原理.

慣性撞擊式濕式除塵器[5]，在引風機的作用下，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，由于甲酸鈉粒徑細小，被水霧水溶，含塵混合氣被水濕潤，甲酸鈉隨水流到吸收塔底部，進而達到除塵目的.即除塵塔設備的工作原理.

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，達到煙氣分離的作用，從而達到除塵效果.

噴淋除塵器，煙氣自下而上高速運動，被水均勻的噴淋，噴入的水被煙氣溶化成細小的水霧，濕潤煙氣中的灰塵被濕潤，達到煙氣分離.

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合，最大程度達到除塵目的.

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)運行不穩(wěn)定、除塵塔除塵效果下降、風機耗電量大等問題.

(1)閃蒸干燥塔除塵效果下降

由于原設計中設備布置受改造廠房限制，存在閃蒸干燥塔入旋風除塵器直管段，受結構影響，局部風管物料積存，管路系統(tǒng)阻力增大，旋風分離器收集效率降低，部分甲酸鈉粉塵在風機內(nèi)積存，導致風機運行負荷高、振動增大，電耗增加，干燥系統(tǒng)運行不穩(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)過多年運行后，與風機共振及高溫受熱后設備筒體出現(xiàn)多處裂紋，多次對筒體進行修補，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)泵由于工況復雜，泵體內(nèi)部汽蝕、腐蝕現(xiàn)象嚴重，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，并給整套設備運行帶來不安全因素.

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

對甲酸鈉干燥系統(tǒng)進行優(yōu)化，部分設備需要增容或進行改造，從而減少外排空氣中的粉塵含量，達到排放要求.

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，對本裝備進行改造.由焦炭為原料，取得工藝所需要的一氧化碳氣體，再經(jīng)過高溫高壓與氧化鈉反應生成甲酸鈉溶液，在進入閃蒸干燥器部分仍采用原流程.主要針對旋風分離器、水膜除塵塔、引風機等裝置改造.

含塵氣體由旋風分離器頂部排出，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行充分接觸，甲酸鈉粉塵就會快速溶解到清液中，清液濃度得到了增加，氣體在除塵塔頂部再經(jīng)除沫器進一步除沫分離.除塵液返回清液回收槽，進行回收再利用.最后的潔凈尾氣由引風機頂部管道排入大氣.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)結構簡圖見圖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)結構簡圖

2.2 主要設備技術改造

(1)旋風分離器改造

對閃蒸干燥塔至一級旋風直管段進行改造，采用3 m大半徑管道替代，減少物料在管內(nèi)的流動損失，同時增強了管道的可通過性，減少物料在直角段的堵塞.

在干燥器頂風管至一級、二級旋風分離器增加保溫處理，減少管道處熱損失，進一步加大了甲酸鈉的收集率.

一級旋風收集器由Φ1 200 mm更新為Φ1 400 mm，增大回轉半徑，提高甲酸鈉的離心力，實現(xiàn)物料在一級旋風收集率由原來的93%提高到99.5%，減輕水膜除塵塔負荷.

(2)除塵塔設備改造

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具有良好的力學性能和工藝性能，可以增加除塵塔的抗拉強度、延伸率和沖擊韌性.

除塵塔結構改造參數(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.閃蒸工作風量20 000 Nm3/h，即空塔風速0.9～0.6 rum·s-1，系統(tǒng)風阻1.5 kPa.

除塵塔內(nèi)噴淋分為3層，每層噴淋管間布置24個螺旋噴頭，噴淋管間的水平角度呈90°夾角，管道長度相差約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.

除塵塔頂部設置絲網(wǎng)除沫器，當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，由于霧沫上升的慣性作用，使得霧沫與細絲碰撞而黏附在細絲的表面.細絲表面上的霧沫進一步擴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，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99%以上，可以達到完全去除霧沫除塵的目的.

(3)引風機改造

將引風機由原設置在水膜除塵塔前，改為水膜除塵塔后.規(guī)避因攜帶物料破壞引風機的動力平衡而造成設備的振動.同時把引風機變頻由原42 Hz降至35 Hz，月節(jié)電量約10 000度.保證流場分布均勻、減少風機阻力、保證風機經(jīng)濟安全運行等具有重要意義.

(4)循環(huán)泵改造

水膜除塵塔循環(huán)泵由于工況復雜，泵體內(nèi)部汽蝕、腐蝕現(xiàn)象嚴重，葉輪易被汽蝕穿孔導致使用周期短、維修成本高，并給設備運行帶來不安全因素[6].由于不銹鋼管道泵的整體結構緊湊、重量輕、噪音低、抗汽蝕、高效節(jié)能、維修方便和運行范圍廣泛，還可以應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 改造實施效果

甲酸鈉水膜除塵系統(tǒng)升級改造后，一級旋風下降料達到設計要求；水膜除塵塔系統(tǒng)運行平穩(wěn)，消除了原有設備隱患；引風機移位后，振動降低，實現(xiàn)了長周期穩(wěn)定運行；引風機變頻由原42 Hz降至30 Hz，月節(jié)電量約10 000 度；實現(xiàn)物料在一級旋風收集率實現(xiàn)99.5%，裝置實現(xiàn)預期改造目標.