甲酸钠干燥系统技术改造

高 艳，姜 波，魏环宇

(1.吉林化工学院 机电工程学院，吉林 吉林 132022；2.吉化北方炬醌工贸有限责任公司，吉林 吉林 132022；3.中国石油吉林石化公司 动力一厂，吉林 吉林 132021)

目前合成法生产甲酸钠的工艺主要有4种[1].本装置采用的工艺是使用焦炭为原料，取得工艺所需要的一氧化碳气体，再经过高温高压与氧化钠反应生成甲酸钠溶液，后经过浓缩、干燥生成固体甲酸钠产品.生产尾气中含有甲酸钠粉尘，采用水膜除尘塔回收甲酸钠粉尘，避免造成环境污染.主要研究甲酸钠湿料加工成固体甲酸钠产品过程中除尘系统的改造.

1 甲酸钠水膜除尘塔改造必要性

1.1 原甲酸钠干燥系统工艺流程与设备

本套甲酸钠生产装置使用湿法除尘方式.原有的除尘设备有引风机、旋风分离器、湿法除尘塔、除沫器、除尘清液泵.甲酸钠生产过程工艺流程见图1.

图1 改造前甲酸钠干燥系统工艺流程

贮槽中的稀甲酸钠湿料用泵送至螺旋加料器进入闪蒸干燥塔后，在干燥塔内甲酸钠物料与热空气进行充分、高效的质热变换，被干燥的粉状物料随同热风一起先沿着旋风分离器的进气管道切线方向先后输送至一级、二级旋风分离器，在重力和旋风的双重作用下，甲酸钠固体颗粒缓缓下降，进入旋风分离器底部，其中甲酸钠成品收集包装.

旋风分离器顶部含甲酸钠粉尘气流再由引风机输送进湿式除尘塔和除尘清液泵输送过来的清液进行喷淋除尘，除尘后的残余气体就被排入大气，而除尘液就会进行循环除尘，这样既可以达到喷淋除尘的目的，又节约了纯净水的投入，也可以实现除尘液闭路循环的效果.改造前甲酸钠干燥系统结构简图见图2.

图2 改造前甲酸钠干燥系统结构简图

1.2 湿式除尘器分类及工作原理

按其结构来分有以下几种[2-4]：重力喷雾湿式除尘器，如喷洗涤塔；旋风式湿式除尘器，如旋风水膜式除尘器、水膜式除尘器；自激式湿式除尘器，如冲激式除尘器、水浴式除尘器；填料式湿式除尘器，如填料塔、湍球塔；泡沫式湿式除尘器，如泡沫除尘器、旋流式除尘器漏板塔；文丘里湿式除尘器，如文丘里除尘器；机械诱导除尘器，如拨水轮除尘器.

旋风式湿式除尘器，将含尘气体由筒体下部引入，经旋流板旋转上升，烟气在旋流板引导下于塔内旋转上升，尘粒受离心力作用而被分离，抛向筒体内壁，被筒体内壁流动的水层所吸附，更为烟气与水充分融合，随水流到底部，经排污口流出.即一级旋风分离器和二级旋风分离器的工作原理.

惯性撞击式湿式除尘器[5]，在引风机的作用下，甲酸钠混合气从塔底部上升，处于高速旋流状态，水滴与尘粒在高速下发生了碰撞凝聚，由于甲酸钠粒径细小，被水雾水溶，含尘混合气被水湿润，甲酸钠随水流到吸收塔底部，进而达到除尘目的.即除尘塔设备的工作原理.

重力喷雾湿式除尘器，烟气在水中上升过程，受到重力作用，在重力作用下粉尘下沉，达到烟气分离的作用，从而达到除尘效果.

喷淋除尘器，烟气自下而上高速运动，被水均匀的喷淋，喷入的水被烟气溶化成细小的水雾，湿润烟气中的灰尘被湿润，达到烟气分离.

本装置改造的水膜除尘器是惯性撞击式、湿式除尘器和喷淋式除尘器的结合，最大程度达到除尘目的.

1.3 原系统存在的问题

甲酸钠干燥系统自2016年投产以来，先后出现甲酸钠干燥系统运行不稳定、除尘塔除尘效果下降、风机耗电量大等问题.

(1)闪蒸干燥塔除尘效果下降

由于原设计中设备布置受改造厂房限制，存在闪蒸干燥塔入旋风除尘器直管段，受结构影响，局部风管物料积存，管路系统阻力增大，旋风分离器收集效率降低，部分甲酸钠粉尘在风机内积存，导致风机运行负荷高、振动增大，电耗增加，干燥系统运行不稳定.

(2)水膜除尘塔问题

原干燥系统水膜除尘塔为聚丙烯材质，经过多年运行后，与风机共振及高温受热后设备筒体出现多处裂纹，多次对筒体进行修补，但水膜除尘塔筒体塔底仍多处渗漏.

(3)水膜除尘塔循环水泵

水膜除尘塔循环泵由于工况复杂，泵体内部汽蚀、腐蚀现象严重，叶轮易被汽蚀穿孔，使用周期短，要经常更换.以上原因使得该循环水泵的维修成本高，并给整套设备运行带来不安全因素.

结合甲酸钠干燥系统存在的隐患，提出现有水膜除尘塔技术改造.

对甲酸钠干燥系统进行优化，部分设备需要增容或进行改造，从而减少外排空气中的粉尘含量，达到排放要求.

2 甲酸钠干燥系统改造方案

2.1 甲酸钠干燥系统工艺流程改造

依据甲酸钠装置投产五年来存在的问题，对本装备进行改造.由焦炭为原料，取得工艺所需要的一氧化碳气体，再经过高温高压与氧化钠反应生成甲酸钠溶液，在进入闪蒸干燥器部分仍采用原流程.主要针对旋风分离器、水膜除尘塔、引风机等装置改造.

含尘气体由旋风分离器顶部排出，送入甲酸钠水膜除尘塔中，在和除尘清液泵输送过来的雾状清液在填料表面进行充分接触，甲酸钠粉尘就会快速溶解到清液中，清液浓度得到了增加，气体在除尘塔顶部再经除沫器进一步除沫分离.除尘液返回清液回收槽，进行回收再利用.最后的洁净尾气由引风机顶部管道排入大气.改造后甲酸钠干燥系统工艺流程见图3，改造后甲酸钠干燥系统结构简图见图4.

图3 改造后甲酸钠干燥系统工艺流程

图4 改造后甲酸钠干燥系统结构简图

2.2 主要设备技术改造

(1)旋风分离器改造

对闪蒸干燥塔至一级旋风直管段进行改造，采用3 m大半径管道替代，减少物料在管内的流动损失，同时增强了管道的可通过性，减少物料在直角段的堵塞.

在干燥器顶风管至一级、二级旋风分离器增加保温处理，减少管道处热损失，进一步加大了甲酸钠的收集率.

一级旋风收集器由Φ1 200 mm更新为Φ1 400 mm，增大回转半径，提高甲酸钠的离心力，实现物料在一级旋风收集率由原来的93%提高到99.5%，减轻水膜除尘塔负荷.

(2)除尘塔设备改造

除尘塔筒体材料由聚丙烯更换为Q345R.由于甲酸钠腐蚀性弱，除尘塔最高工作温度120 ℃.Q345R具有良好的力学性能和工艺性能，可以增加除尘塔的抗拉强度、延伸率和冲击韧性.

除尘塔结构改造参数：Φ3 000 mm(原塔为Φ2 000 mm)，3层花环填料，填料数量增多，气液接触面积增大.闪蒸工作风量20 000 Nm3/h，即空塔风速0.9～0.6 rum·s-1，系统风阻1.5 kPa.

除尘塔内喷淋分为3层，每层喷淋管间布置24个螺旋喷头，喷淋管间的水平角度呈90°夹角，管道长度相差约1 500 mm，3层喷淋除尘可使所有喷嘴喷淋出的清液面将除尘塔内截面完全覆盖，增加了喷淋除尘效果.

除尘塔顶部设置丝网除沫器，当带有雾沫的气体以一定的速度上升，通过格栅中间的过滤丝网时，由于雾沫上升的惯性作用，使得雾沫与细丝碰撞而黏附在细丝的表面.细丝表面上的雾沫进一步扩散及雾沫本身的重力沉降，直至其自身的重力超过气体上升的浮力和液体表面张力的合力时，就被分离而下落.气体通过丝网除沫器后，其除沫效率可达99%以上，可以达到完全去除雾沫除尘的目的.

(3)引风机改造

将引风机由原设置在水膜除尘塔前，改为水膜除尘塔后.规避因携带物料破坏引风机的动力平衡而造成设备的振动.同时把引风机变频由原42 Hz降至35 Hz，月节电量约10 000度.保证流场分布均匀、减少风机阻力、保证风机经济安全运行等具有重要意义.

(4)循环泵改造

水膜除尘塔循环泵由于工况复杂，泵体内部汽蚀、腐蚀现象严重，叶轮易被汽蚀穿孔导致使用周期短、维修成本高，并给设备运行带来不安全因素[6].由于不锈钢管道泵的整体结构紧凑、重量轻、噪音低、抗汽蚀、高效节能、维修方便和运行范围广泛，还可以应用于温和的腐蚀性介质.所以水膜除尘塔循环泵由碳素钢管道泵改为不锈钢管道泵.

3 改造实施效果

甲酸钠水膜除尘系统升级改造后，一级旋风下降料达到设计要求；水膜除尘塔系统运行平稳，消除了原有设备隐患；引风机移位后，振动降低，实现了长周期稳定运行；引风机变频由原42 Hz降至30 Hz，月节电量约10 000 度；实现物料在一级旋风收集率实现99.5%，装置实现预期改造目标.