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格栅填料在脱硫塔减排技术总结
发布时间:2011/11/10  阅读次数:4299  字体大小: 【】 【】【
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新型塔内件—格栅填料在脱硫塔和
煤气洗涤塔节能减排技术总结
杭州华纳塔器科技有限公司   沈树荣
  
     1、概述
填料塔作为一种传统的气、液传质设备,近年来有很大发展。由于填料结构的不断改进,在很多生产过程中已代替了传统的板式塔。填料主要有两大类:散堆填料和规整填料。散堆填料有拉西环、鲍尔环、阶梯环、矩鞍环、海尔环、泰勒花环等。散堆填料主要优点在于安装方便,具有通用性。但是通量较小,流体分布性能较差,易偏流,阻力较大,如果有沉淀物生成,易造成填料塔堵塞等缺点。随着化学工业的发展,对塔没备不断提出新要求:有的要求分离热敏性物系,有的要求通过技术改造提高生产能力和产品质量,有的要求降低回流比,减少系统阻力以求节能;有的因环保要求,在三废处理时必须进一步提高效率以达到国家有关标准等等。随着塔器的大型化,散堆填料难以满足这种要求。因而结构与排列整齐、有效传质面积大、阻力小的规整填料应运而生,很到广泛应用,格栅填料属于新型规整填料的一项系列产品。从技术开发至今已有八年历程,目前已改造的塔和新设计的塔已到180台,尤其是在节能减排中得到广大厂家的肯定。
我国大多数中小合成氨厂,在气体净化过程中,半水煤气冷却洗涤塔、常压脱硫塔、变换气加压脱硫塔,有的采用板式塔(旋流板塔),有的用散堆填料塔或空塔喷淋,大多数中型厂则采用木格子填料。无论用哪一种脱硫方法采用硫磺回收,在脱硫塔中有硫膏析出。因此采用旋流板塔,脱硫效率低。如果煤质较差,往往达不到净化效果,煤气冷却除尘采用空塔喷淋,冷却效果不好,出口气体温度高,使后工序净化增加了难度。采用散堆填料(如用海尔环等),阻力大、易堵塔使用周期短,往往生产一段时间后需停车清理,影响合成氨的正常生产。
中型氮肥厂和焦化厂煤气脱硫一直采用木格子填料。用东北红松脱脂处理后使用。由于生产过程中气液频繁窜动,使得塔内填料容易破损,使用寿命短。木板较厚,比表面积小,空隙率小,传质效果不理想。加上木格子表面粗糙,硫膏容易沉积在填料表面造成堵塔,使得塔内气液分布不均,产生偏流,致使系统阻力不断上升,出口H2S超标,系统被迫停车检修,严重影响系统的正常稳定生产。2001年浙江巨化股份有限公司合成氨厂进行23万吨/年合成氨净化系统改造,由于国家对东北红松的控制,采购越来越困难。于是杭州华纳塔器分离工程有限公司和浙江巨化股份有限公司合成氨厂共同研制和开发PVC格栅填料。经浙江巨化合成氨厂和宁夏丰友化工有限公司半水煤气脱硫塔、变换气脱硫塔使用,运行至今效果很好。目前杭州华纳塔器分离工程有限公司开发了不同型号的金属和塑料格栅填料来满足不同的工艺要求,并能成功的应用在脱除高硫(H2S含量>3g/m3∽15g/m3)的半水煤气,取得较好的效果,在煤气除尘降温过程开发了能适应100℃以上工况的金属格栅填料。为了适应小氮肥厂操作工艺需要,对塑料格栅填料进行了结构上较大改进,原PVC(聚氯乙烯)材料改为PP(聚丙烯)材料,使用温度原来50-60℃,提高到80-100℃,抗压强度试验,GS-2型可以到165吨/米2以上。金属格栅填料使用温度在150℃以上,煤气中含有大量的粉尘和焦油。格栅填料产品在2002年12月和2004年12月已获准国家实用新型性专利,在2002年5月29日和2005年8月12日通过国家科委部一级的技术鉴定,并在全国进行技术推广,并荣获国家料技进步二等奖。
2、结构与组装方式
2.1 结构形式
塑料格栅填料是由塑料板、棒、管,经过一定的加工工艺,金属格栅填料形状有三角形、方型、六边形等,我们认为六边形蜂窝状形材最省,为推荐产品,材质有碳钢和不锈钢二种。成型后填料宽度根据塔径、人孔的大小进行组装而成。每盘填料的高度由塔径而定,一盘为80-100mm。由于格栅填料的栅板与塔截面是垂直的,因此基本消除了散堆填料和波纹填料共有的壁流现象。格栅填料有自分布能力,只要该塔液体初始分布均匀,一般不需要设液体再分布装置。这使得格栅填料塔的设计、制造更简单,并提高了塔了利用空间。
2.2   格栅填料的组装
大直径的脱硫塔根据人孔的大小来确定格栅填料分装块的宽度,一般为<450mm,长度由塔径和塑料板的规格来确定,分块由人孔装入塔内。填料支撑栅板与格栅填料的排列方向为90°,上下两层之间格栅填料排列方向旋转45°。GS型格栅填料开发有10个规格,GS-1型至GS-10型;GSL型格栅填料(金属)开发有6个规格,GSL-1型至GSL-6型。
以GS-2型塑料格栅填料为例,其板间距为42mm,堆积重度151Kg/m3,比有面积46.7m2/m3,空隙率92%,它是常压脱硫装置最常用的填料之一,是常压脱硫装置中较为理想的填料。当喷淋密度为46.7 m3/h m2时,该填料压降约70Pa/米。每米填料理论板数约为0.8块,气相传质单元高度约为1.25m,液相传质高度约为0.6m。经破坏试验,开始变形,承受压力为165吨/米2
3、格栅填料气液两相传质机理分析
塑料格栅填料,它是以塑料板片作为主要传质构件,塑料板片垂直于塔截面,与气流和液流方向平行,上下两层呈45°旋转,整体塔内气流和液流逆向旋转,旋流流动接触。液体靠重力沿填料表面下降,与上升的气体接触,在塑料或金属板片表面呈膜状向下流动,气体作为连续相自下而上流动,与液膜接触传质,气液之间形成滴状或膜状接触。随着气速增加,液体自上而下液滴变细,当气速达到喷射时,则呈喷射状态接触。喷射点对应气体的动能因子作为该填料操作负荷,此时已不是液气控制而是雾夹带控制。
格栅填料板片之间距离较大(一般为16∽51mm),空隙率高,气体和液体有固定的走向,每层板的通道非常均匀,随着气量的增加或者液量加大,气液两相间的作用增强,但是持液量很小,塔的阻力很小,液泛速度很高,格栅填料塔内不存在填料床内满液体,气体不会以气泡的形式通过液体,所以格栅填料对旧塔改造可以选用较高的空塔速度,是一般填料的1.5倍,大大提高了生产能力,对新塔的设计可以降低塔的直径和高度。
由于格栅填料板片之间距离较大,板片表面非常光滑,气体上升和液体下降阻力大大降低,气体和液体有固定的通道,流体在板片之间不断的冲刷接触,使得含尘气体和液体不会在填料表面停滞、沉积、淤积和堵塞。因此塑料格栅填料是一种高效,大通量、压降低、不会堵塔的新型规整填料。在正常操作条件下,其压降仅为阶梯环填料和鲍尔环填料的20%~30%,通量比板式塔高80%,比Φ50鲍尔环高50%。
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