一种用于塔内的高效除雾脱液器的制作方法

1.本实用新型涉及一种用于工业塔内或容器内的高效除雾脱液装置。属于气液分离技术领域。


背景技术：

2.气液分离是基于气液物化性质的差异，依靠自身能量和外供能量实现分离的过程。实现气液分离的方法很多，常用的有重力沉降、折流分离、离心分离、丝网分离、过滤分离和填料分离等，汽提脱气、蒸馏闪蒸、吸收洗涤、吸附脱附也常用于液体脱气或气体脱液。无论哪种分离方法，将夹带于气相中的液滴或雾滴脱除是提高分离精度的关键分离技术，除雾脱液在石油化工行业中的油品加氢、湿法脱硫、烟气余热利用、湿法除尘以及发酵等领域得以广泛的应用。根据除雾原理的不同，可分为重力沉降式、折(挡)板式、叶片旋流式、离心分离式等气液分离除雾脱液技术。重力沉降式基于气液(气固)两相之间的密度差，具有设计简单、阻力降低等优点，但其分离效果较差，仅能分离出大直径液滴，且设备体积庞大，投资高；折(挡)板式为烟气脱硫系统中常用的气液分离除雾脱液方式，具有结构简单、加工难度低和安装方便等优点，对直径大于20μm的液滴脱除效果显著，而对小于20μm的液滴脱除效果不佳，同时还存在操作弹性小、分离效果具有极值等缺点；旋流分离是利用离心力及物质的密度差完成分离，设备体积小、分离效率高，但装置长周期运行，综合能耗较大。聚结元件在压缩空气过滤、气体长距离输送、密封气过滤和金属切割等领域具有广泛的应用，对于气体中极细小液滴的去除，强化前置分离效果，纤维聚结分离是最为有效的方法之一。
3.目前，石油化工行业采用的气液分离器大多是单级分离器，设有气液分离器筒体。汽提塔就是一种典型的气液分离器，它是用来回收被吸收的溶质、并使吸收剂与溶质分离获得再生的装置。汽提塔的顶部一般设有气相出口管，底部设有液相出口管，中部设有进料分布器，进料分布器上方通常设有除沫网。正常操作时，气液两相原料从进料分布器进入塔内进行闪蒸分离，汽提解吸气从塔底部入塔，与原料在塔内逆流接触，并于塔顶和被提馏组分一起离塔，大量液相流至塔底。大量气相携带少量液滴向上运动，依靠液滴重力、根据进料分布器与除沫网之间气相空间高度的不同，分离不同粒径尺寸的液滴，气液分离后的气相从气相出口管排出。同时，除沫网能够聚结余下气相中夹带的液滴或杂质。
4.中国发明专利cn102408914b公开了一种减缓芳烃抽提液液抽提系统中的汽提塔发泡的工艺方法，在汽提塔内注入消泡剂，避免汽提塔泡沫层变厚塔压差上升而发生冲塔的现象，保证汽提塔的分离效果及回收塔产出的混芳烃合格；发明专利cn103641191b提出了采用汽提塔气提气体脱除含硫污水中的硫化氢，防止了脱硫设备结垢的产生，并使脱硫设备能够长周期的运行，简化了工艺操作步骤，降低了能耗；实用新型cn211676381u提供了一种降低汽提塔液相氨氮含量的装置，通过工艺冷凝将不凝气送至锅炉掺烧，减少氨氮在系统中累积，能够改善气化灰水系统运行状态同时尾气通过锅炉燃烧，消除现场异味，满足环保要求。但是，上述塔内或容器内结构或分离工艺中存在如下两个问题：第一，分离效果不够好，分离出的气相中仍含有粒径超过30μm的细小液滴。例如，溶剂脱沥青装置在汽提工
艺过程中，因分离效果有限，会有少量脱沥青油或脱油沥青随溶剂和蒸汽进入下游空气冷却器及水冷却器，在冷凝冷却过程中，脱沥青油或脱油沥青将凝固，凝固的重油或沥青粘附在管壁上，不但会影响冷却效果，而且会堵塞空冷器；第二，利用重力沉降分离使气相空间的高度较大，气液分离部分整体尺寸较大，导致投资加剧。例如在汽提塔的气液分离塔段筒体必须整体锻造时，设备制造成本显著增加。第三，设备投用后，塔内除沫网压降大、传质效果差，并且无法进行吹扫处理，无法保证整个装置的长周期运行。
5.迄今为止，现有技术中还没有提到解决上述问题的办法。因此，本领域迫切需要开发出一种新型高效除雾脱液装置能够强化塔内气液两相分离效果，提高其分离效率并优化塔体气相空间高度设计，减小后处理的负荷及难度，降低装置整体能耗，延长运行周期。


技术实现要素：

6.本实用新型所要解决的技术问题是：在工业生产实际应用中，现有油品处理或煤气化装置的化工单元中，存在两相混合气脱液设备占地面积大、分离效率低、气液相夹带严重等问题，气液两相在常规塔内或容器内重力沉降部分的运动极其复杂，常常存在液滴在重力沉降部分中开始沉降的速度远小于匀速沉降速度，有些液滴甚至来不及达到匀速沉降就被气体带出气相出口管。这些液滴和杂质的物化特性如粘度、结焦以及酸碱性等因素，会加大下游单元的分离负荷，甚至影响有些工艺流程中催化剂的选择性。
7.针对上述技术问题，本实用新型通过以下技术方案加以解决：
8.一种用于塔内的高效除雾脱液装置，其特征在于，所述除雾脱液装置包括：塔内支撑件1-1、气体导流板1-2、液体导流板1-3、斜板分离内件2与纤维聚结内件3组合件及防堵吹扫设施4；其中塔内支撑件1-1由排列的型钢6-1固定于挡圈6-2上组合而成，预焊于塔筒体内侧，斜板分离内件2与纤维聚结内件3并排设置于靠近塔筒体顶部气相出口处，并沿塔筒体中心线垂直安装于塔内支撑件1-1上，靠近斜板分离内件2上方的一侧与气体导流板1-2相接，靠近纤维聚结内件3下方的一侧与液体导流板1-3相接，防堵吹扫设施4从正对纤维聚结内件3一侧，在塔筒体外进行分支管分配设计后水平穿过塔筒体外壁固定安装；
9.所述的斜板分离内件2，是气体首先通过的一级气液分离内件，为长方体分块叠置而成，每个分块内部设有支撑骨架2-4，采用w型冲压斜板2-1有序排布，排布间距为50～100mm；所述w型冲压斜板2-1的顶角约90
°
，斜板形成的通道与垂直方向成45
°
或30
°
，板片上开有若干的导液小孔2-2或长约3～5mm的导液细缝2-3以及两种开孔型式的组合，其中开孔率为5～20％，所述的斜板分离内件2厚度为100～300mm；
10.所述的纤维聚结内件3，是气体最后通过的二级气液分离内件，由长方体结构的纤维聚结填料分块叠置而成，每个纤维聚结填料分块由内部设置的支撑骨架2-4，缠绕双丝纤维编织而成；所述的纤维聚结内件3厚度为100～300mm，其中纤维聚结内件3骨架内双丝纤维编织的孔隙率为60～90％；
11.所述的气体导流板1-2沿径向通过塔筒体两侧伸出的型钢或加强圈进行固定支撑，液体导流板1-3设计具有一定坡度，坡度为3～5
°
，液体导流板1-3上开有若干的泪孔。
12.所述的一种用于塔内的高效除雾脱液装置，通过塔内支撑件1-1与液体导流板1-3，以及气体导流板1-2与斜板分离内件2和纤维聚结内件3组合件上部的固定连接，把塔顶
空间分为2个腔室，分别为气相上升区和除雾脱液区，两个腔室分别设置压力表监测内件压差。
13.所述型钢6-1与挡圈6-2的连接、斜板分离内件2与气体导流板1-2的连接、纤维聚结内件3与液体导流板1-3的连接，均采用焊接或螺栓连接方式固定。
14.在一个优选地实施方式中，所述的防堵吹扫设施4中反冲洗管线4-1由装置的吹扫介质总管引入，在塔筒体外按冲洗需求和高效除雾脱液器的分离内件高度进行分支管4-2设计，可设置1层或多层；每个分支管设有远传电磁调节阀，分支管4-2穿过塔筒体后根据吹扫范围计算每层喷淋头4-3数量进行分配。喷淋头4-3可选择雾化型喷头或非雾化型喷头。
15.在另一个优选地实施方式中，所述的纤维聚结内件3因气液分离不同体系或介质物化特性采取防堵措施，在纤维聚结内件3分块叠加的不同高度沿水平方向设置宽度为50～100mm的导液槽3-1，导液槽3-1可通过液滴聚并的速度以及纤维聚结内件3的高度正交计算其安装位置，并设计1层或多层。
16.相比于现有塔内或容器内其他气液分离器的结构设计，本实用新型的主要优点在于：
17.1、设备改进方法简单易行，将常规的塔或气液分离容器按本实用新型进行高效除雾脱液器结构优化设计后并不影响设备优化前的气液分离效率，优化后的塔顶气相出口管气相物料中5μm以上液滴去除效率≮99.0％～99.9％，正常工况下，高效除雾脱液器的分离内件前后压降不高于5～10kpa。
18.2、高效除雾脱液器的结构设计巧妙，通过导流内件设计，使气体由垂直向上流动变为近似水平流动穿过分离内件，聚结的液体向下流，减少了气流上升过程的返混现象，有利于气液分离；通过多层波纹板组，将原气相空间的沉降分离室分隔成若干小的分离室以加速重力作用，缩短液滴的浮升高度来提高气液分离效率。
19.3、利用斜板分离内件和纤维聚结内件组合设计为气体除雾脱液提供聚结分离环境，对液滴聚并进行梯级控制，强化斜板内件后的分离效果。采用的聚结纤维性能稳定、聚结效果好、使用寿命长、耐高温可达420℃以上。同时，聚结除雾脱液面积及压力降不受塔径影响，可根据不同气液分离体系灵活调节实现聚结分离内件设计的优选组合，通用性范围广。
20.4、吹扫设施采用分区分块吹扫，避免堵塞，同时不影响气体流动和聚结除雾脱液的运行。
附图说明
21.根据附图进行的如下详细说明，本实用新型的目的和特征将变得更加明显。附图是用以提供对本实用新型的进一步理解的，它只是构成本说明书的一部分以进一步解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制：
22.图1是根据本实用新型的一个实施例中应用的塔顶高效除雾脱液器设计示意图。
23.其中，1-1：塔内支撑件、1-2：气体导流板、1-3：液体导流板、2：斜板分离内件、3：纤维聚结内件、4：防堵吹扫设施、5：塔板或填料。
24.图2是根据本实用新型的一个实施例中应用的汽提塔顶高效除雾脱液器结构简图。
25.其中，1-1：塔内支撑件、1-2：气体导流板、1-3：液体导流板、2：斜板分离内件、3：纤维聚结内件、3-1：导液槽、4-1：反冲洗管线、7：检修人孔。
26.图3是根据本实用新型的另一个实施例中应用的汽提塔顶高效除雾脱液器结构简图。
27.其中，1-1：塔内支撑件、1-2：气体导流板、1-3：液体导流板、2：斜板分离内件、3：纤维聚结内件、4-1：反冲洗管线、7：检修人孔。
28.图4(a)是根据本实用新型的一个实施例中斜板分离内件的结构示意图，图4(b)是w型冲压斜板分块结构剖视图(此处斜板通道与垂直方向成45
°
角)，图4(c)是w型冲压斜板开导液孔型结构示意图，图4(d)是w型冲压斜板开导液缝型结构示意图，图4(e)是w型冲压斜板开小孔与细缝组合结构示意图。
29.其中，2-1：w型冲压斜板、2-2：导液小孔、2-3：导液细缝、2-4：支撑骨架、2-5：结构挡环。
30.图5(a)是根据本实用新型的一个实施例中纤维聚结内件的结构示意图，图5(b)是纤维聚结内件安装侧视图。
31.其中，3-1：导液槽、3-2：纤维聚结填料分块、2-4：支撑骨架。
32.图6是根据本实用新型的一个实施例中塔内支撑件的结构示意图。
33.其中，6-1：型钢、6-2：挡圈。
34.图7是根据本实用新型的一个实施例中高效除雾脱液器防堵吹扫设施的反冲洗管组件结构示意图。
35.其中，4-2：吹扫设施分支管、4-3：喷淋头。
具体实施方式
36.以下通过附图和实施例对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地进一步阐述，以充分地理解本实用新型的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本实用新型的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。另外，本实用新型中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
37.为了解决现有油品处理或煤气化装置的化工单元中，汽提塔、吸收塔或气液分离容器等设备技术上存在两相混合气脱液设备占地面积大、分离效率低、气液相夹带严重等问题，本实用新型在通用型塔体或气液分离容器的结构基础上，给出了一种用于塔内的高效除雾脱液器结构设计来强化气液分离效果。
38.如图1所示，本实用新型中的高效除雾脱液器在溶剂脱沥青装置汽提工艺中的汽提塔顶进行改造应用，具体流程及设计优点如下：
39.携带重油雾滴及液滴的气相物料从汽提塔顶层塔板或填料5向上流动，受气体导流板1-2作用以近似水平方向通过高效除雾脱液器，避免了气相上升过程与液滴重新接触传质，有利于气液分离。高效除雾脱液器由斜板分离内件2和纤维聚结内件3组成，斜板分离内件2去除大液滴，纤维聚结内件3去除小雾滴及小液滴。通过安装的斜板分离内件2，可以大大缩短沉降时间，加速重力分离速度，使一定粒径的油滴由于沉降速度的影响，在随气流运行一段距离后最终沉降到w型冲压斜板2-1的上表面，并被板面吸附，被w型冲压斜板2-1
吸附的油滴最终形成液膜进而形成液流，在重力等作用下脱落、沉降到设备底部，进而从气相中分离。经斜板分离内件2分离后的气相物料还携带少量小液滴，再经过纤维聚结内件3进一步进行精细分离，油滴被纤维材料捕获并拦截在材料表面形成大液滴，分离出的液滴从液体导流板1-3上泪孔沉降到设备底部，获得的干净的气相物料从顶部气相出口排出。
40.高效除雾脱液器所在的汽提塔筒体上设置防堵吹扫设施4，装置运行期间，通过压降变化判断高效除雾脱液器是否堵塞，如果压力降增加，可以利用中压过热蒸汽对内件由上到下分区域进行吹扫，将残留粘附的油滴或沥青吹落至设备底部，防止堵塞纤维聚结内件3，同时不影响气体流动和聚结除雾脱液的运行。
41.图2是根据本实用新型的一个实施例中汽提塔塔顶高效除雾脱液器结构简图。在塔顶部居中安装1套纤维聚结内件3和1套斜板分离内件2，并利用塔内支撑件1-1进行固定承重。斜板分离内件2和纤维聚结内件3组合件上下分别设置气体导流板1-2和液体导流板1-3，将设备顶部气相空间分为2个腔，每部分内件厚度为100～300mm，高度为1000～3000mm，内件根据塔顶气相空间尺寸分块设计，从塔的检修人孔7进出安装和拆卸，其中纤维聚结内件3中间设有导液槽3-1，导液槽3-1可通过液滴聚并的速度以及纤维聚结内件3的高度正交计算后设计1～3层。液体导流板1-3设计具有一定坡度，坡度为3～5
°
，液体导流板1-3上开有若干的泪孔。设备两个腔分别设置压力表，用于监测内件压差。设备上设置1～3层反冲洗管线4-1，利用过热蒸汽或吸收溶剂对分离内件分层进行吹扫，防止堵塞纤维聚结内件3。
42.图4(a)是根据本实用新型的一个实施例中斜板分离内件的结构示意图，其中w型冲压斜板2-1进行了分块设计，按内件外轮廓呈长方形结构进行分块堆叠安装，并利用支撑骨架2-4和结构挡环2-5进行压紧固定。如图4(b)所示，w型冲压斜板2-1的顶角约90
°
，斜板形成的通道与垂直方向成45
°
或30
°
。图4(c)～(d)均为其中一种w型冲压斜板的开孔型式示意图，如图所示，板片上开有若干意图，如图所示，板片上开有若干的导液小孔2-2或长约3～5mm的导液细缝2-3以及两种开孔型式的组合，其中开孔率为5～20％。
43.图5(a)是根据本实用新型的一个实施例中纤维聚结内件的结构示意图，其中纤维聚结内件3进行了分块设计，纤维聚结填料分块3-2按内件外轮廓呈长方形结构进行分块叠置安装，每隔一定高度设置1层导液槽3-1，并利用支撑骨架2-4按图5(b)所示对所有零件进行压紧固定。
44.图7是根据本实用新型的一个实施例中高效除雾脱液器防堵吹扫设施4的反冲洗管组件结构示意图。其中反冲介质选用420℃中压过热蒸汽或分离塔所需吸收溶剂。反冲洗管线4-1由装置过热蒸汽或溶剂总管引入，在设备筒体外按冲洗需求和高效除雾脱液器的分离内件高度进行分支管4-2设计，可设置1层或多层。每个分支管4-2设有远传电磁调节阀用于调节流量和冲洗次序，分支管4-2进入设备筒体后按每层喷淋头4-3数量进行分配。喷淋头4-3的数量计算和分配间距必须保证作用面积内不留喷漏空白点，类型按反吹所需喷射速度计算可选择雾化型喷头或非雾化型喷头。
45.实施例
46.下面结合具体的实施例进一步阐述本实用新型。
47.实施例1：
48.北京市某石化公司清洁化改造项目溶剂脱沥青装置的汽提工艺应用了本实用新
型的高效除雾脱液器，处理抽提分离脱沥青油和脱油沥青后的溶剂汽提气及蒸汽，以满足后续工艺空冷器冷凝冷却对溶剂进行回收的需求。
49.其具体操作工况和应用效果描述如下：
50.1、操作工况：
51.混合气流量为11500～25000m3/h，设计操作弹性为50～130％，气相密度为1.215～7.014kg/m3，压缩因子为0.9669～0.995，操作压力为0.2～0.45mpag，操作温度为222～305℃。
52.2、实施过程的设计参数：
53.设备改造结构简图如图2所示，汽提塔筒体直径为2800mm，在塔筒体中心线位置安装1套纤维聚结内件和1套斜板分离内件，并利用塔内支撑件进行固定承重。斜板分离内件和纤维聚结内件组合件上下分别设置气体导流板和液体导流板将设备分为2个腔，每部分内件厚度150mm，高度2400mm，内件分块可从塔的检修人孔进出安装和拆卸。其中w型冲压斜板开有若干的小孔，开孔率为15％；纤维聚结内件中双丝纤维(s30408金属丝 聚四氟乙烯纤维)编织的孔隙率为70％，内件中间设有1层导液槽方便聚结分离过程的排液，下部液体导流板的设计具有一定坡度，坡度为3～5
°
，隔板上开的泪孔若干，开孔率为30％。斜板分离内件材质为s30408，纤维聚结内件材质为s30408 非金属复合纤维，设备两个腔分别设置压力表，用于监测内件压差。汽提塔筒体上设置3层反冲洗管，利用420℃中压过热蒸汽对内件分层吹扫，防止堵塞聚结分离内件。反吹蒸汽的喷射速度取10～20m/s，喷淋头选用非雾化型喷头。
54.3、结果分析：
55.通过本实用新型的高效除雾脱液气液分离器对脱沥青油汽提塔和脱油沥青汽提塔进行改造，结构优化后的气相物料脱除粒径在5μm以上液滴颗粒的效果达到99.5％以上，较之前的汽提塔分离效率提升到3倍。
56.实施例2：
57.陕西榆林市某煤能源化工公司煤气化项目合成氨装置的汽提工艺应用了本实用新型的高效除雾脱液器，处理气化分离后co2、nh3、水汽为主的混合闪蒸气，以满足系统后续工艺氨氮循环回收、降低氨氮含量的需求。与实施例1提供的塔内高效除雾脱液装置相比，区别在于：
58.1、操作工况：
59.进口混合闪蒸气主要组成如下：co2为68％、nh3为27％、水汽为5％；进口气量为33508kg/h，进口气体温度为135℃，操作压力为0.8mpag，操作温度为250～280℃。
60.2、实施过程的设计参数：
61.设备改造结构简图如图3所示，汽提塔筒体直径1600mm，在塔筒体中心线位置安装1套纤维聚结内件和1套斜板分离内件，并利用塔内支撑件进行固定承重。斜板分离内件和纤维聚结内件组合件上下分别设置气体导流板和液体导流板将设备分为2个腔，每部分内件厚度150mm，高度1000mm，内件分块可从塔的检修人孔进出安装和拆卸。其中w型冲压斜板开有若干5mm的细缝，开孔率为20％；纤维聚结内件中双丝纤维(s30408金属丝 玻璃纤维)编织的孔隙率为60％，下部液体导流板的设计具有一定坡度，坡度为3～5
°
，隔板上开
的泪孔若干。斜板分离内件材质为s316l，纤维聚结内件材质为s316l 聚四氟乙烯，设备两个腔分别设置压力表，用于监测内件压差。汽提塔筒体上设置1层反冲洗管，利用高压氮气对内件吹扫，防止堵塞聚结分离内件。反吹氮气的喷射速度取5～10m/s，喷淋头选用雾化型喷头。
62.3、结果分析：
63.通过本实用新型的高效除雾脱液气液分离器对co2汽提塔和氨汽提塔分别进行改造，结构优化后的混合气相物料脱除粒径在10μm以上液滴颗粒的效果达到99.9％以上。
64.实施例3：
65.新疆克拉玛依市某石油勘察设计研究院脱除硫化氢工艺中使用了本实用新型的高效除雾脱液器，对其输送的天然气进行含硫污水的气液分离处理，以满足后续工艺设备对洁净干燥的混合烃类气体的需求，使脱硫设备能够长周期的运行。
66.其具体的操作工况和运行效果描述如下：
67.1、操作工况：
68.进口混合烃类气体主要组成：不含h2s的天然气为83％，含h2s的烃类气体为12％，含硫水汽为5％；操作温度为108℃，操作压力为0.3～0.7mpag，处理量2500～4500m3/h；顶部液相入口注入的是含硫污水，流量为150～200m3/h。
69.2、实施过程的设计参数：
70.与实施例1、2提供的塔内高效除雾脱液装置相比，主要区别在于：其中w型冲压斜板开有若干的小孔和5mm的细缝交叉组合，防止了由于温度过高产生的硫酸盐类硬垢堵塞内件，开孔率为15％；纤维聚结内件中双丝纤维(s31603金属丝 聚丙烯纤维)编织的孔隙率为65％，内件中间设有2层导流槽方便分离过程的排液，下部液体导流板的设计具有一定坡度，坡度为3～5
°
，隔板上开的泪孔若干，导流板下方设置孔隙率为40～45％的除沫网。斜板分离内件材质为15crmor，纤维聚结内件材质为15crmor 非金属复合纤维。脱硫塔筒体上设置2层反冲洗管，利用中压蒸汽对内件吹扫，防止堵塞聚结分离内件。
71.3、结果分析：
72.通过本实用新型的塔内高效除雾脱液分离器，混合烃类气体中h2s被充分分离出来，满足了该设计研究院在天然气输送工艺中对洁净干燥的混合烃类气体的需求，同时降低了下游含硫污水中的硫含量，符合国家环保排污要求。
73.上述所列的实施例仅仅是本实用新型的较佳实施例，并非用来限定本实用新型的实施范围。即凡依据本技术专利范围的内容所作的等效变化和修饰，都应为本实用新型的技术范畴。
74.在本实用新型提及的所有文献都在本技术中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本实用新型的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。