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格栅填料在脱硫塔和造气洗涤塔的开发和应用
2019-08-19 阅读：次
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。散堆填料有拉西环填料、鲍尔环填料、阶梯环、矩鞍环、海尔环、泰勒花环等。散堆填料主要点在于安装方便，具有通用性。但是通量较小，流体分布性能较差，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，对塔设备不断提出新要求：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量，有的要求降低回流比，减少系统阻力以求节能 有的因要求，在三废处理时必须进一步提高效率以达到有关标准等等。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。
我国大多数大型合成氨厂，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，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l=lH，S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，由于对东北红松的控制，采购越来越困难。于是萍乡化工填料厂和浙江股份有限公司合成氨厂共同研制和开发PVC格栅填料。经浙江氨厂和宁夏化工有限公司半水煤气脱硫塔、变换气脱硫塔使用，年多来效果很好。目前公司开发了不同型号的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(H，S含N>3g／m ～8g／m )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~C以上工况的金属格栅填料。格栅填料产品在2002年 12月已获准实用新型性，在 2002年 5月 29日通过科委部一级的技术鉴定，并在进行技术推广，同年 11月荣获科技进度三等奖。
二、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，后根据塔径、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。只要该塔液体初始分布均匀，一般不需要再设液体再分布装置。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型格栅填料特性参数见下表。
以GS一2型塑料格栅填料为例，它是常压脱硫装置常用的填料之
一 ， 是常压脱硫装置中较为理想的填料。该填料有效比表面积为46．7mz／m ，填料空隙率为 90．58％。当喷淋密度为46m ／h·m 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。
三 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。，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。
t格栅填料板片之间距离较大(一般为 24-42mm)，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，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，其压降为阶梯环填料和鲍尔环填料的20％～30％，通量比板式塔高80％，比Dy50鲍尔环高 50％。
四 格栅填料在脱硫装置和造气洗涤塔中的应用
无论氮肥厂的半水煤气，焦化厂的焦炉气和以煤为原料的城市煤气和工业煤气，均需要煤气冷却、除尘、脱除煤气中的H，S。由于煤气中含有粉尘和焦油，大部分厂采用空塔喷淋，中型氮肥厂一般采用木格子填料。气体冷却和除尘效果不好，一般煤气进气柜的温度 >65／～70~C。降低了气柜的利用率，增加了系统阻力。降低罗茨鼓风机和压缩机的打气量，影响造气炉的发气量。金属格栅填料，其结构形式与塑料格栅料的结构形式不同，但气液两相传质和传热的机理相同，填料的表面和气体、液体方向平行，由于在气流和液流的冲刷下，粉尘和焦油不会在填料表面沉积。冷却和除尘效果好，一般出口气体与冷却水进口温度相差 3～50C。
一 般氮肥厂生产，冬天大产量高也比较容易操作，夏天产量低，其主要原因就是夏天煤气温度高。系统阻力增加，减少了压缩机的打气量。如果能将煤气温度降低，则可以提高全年的产量，根据浙江桐乡化肥厂，只改造了造气的冷却塔，该月产量提高5％。以煤为原料的煤气，均需要脱除煤气中的 H，S，所采用的脱硫方法无论是 PDS／ADA／DDS／栲胶脱硫等等，煤气中H，S与脱硫液接触，化学反应速度很快，其反应影响不是主要矛盾。采用散堆填料，由于散堆填料阻力不均匀，易产生偏流，气流分布不均匀，当硫膏沉积在填料的表面后，阻力会越来越大，堵塔会更加严重，造成恶性，后造成停车清理。不清洗工作量大，甚至不能维持正常生产。尤其是当前煤炭供应价格上涨，为了降低生产成本，部分工厂采用含硫量较高的煤种，堵塔现象更为严重。我们从 2001年至 2002年改造部分氮肥厂，其工艺参数列表如下：
我国大多数大型合成氨厂，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，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l=lH，S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，由于对东北红松的控制，采购越来越困难。于是萍乡化工填料厂和浙江股份有限公司合成氨厂共同研制和开发PVC格栅填料。经浙江氨厂和宁夏化工有限公司半水煤气脱硫塔、变换气脱硫塔使用，年多来效果很好。目前公司开发了不同型号的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(H，S含N>3g／m ～8g／m )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~C以上工况的金属格栅填料。格栅填料产品在2002年 12月已获准实用新型性，在 2002年 5月 29日通过科委部一级的技术鉴定，并在进行技术推广，同年 11月荣获科技进度三等奖。
二、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，后根据塔径、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。只要该塔液体初始分布均匀，一般不需要再设液体再分布装置。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型格栅填料特性参数见下表。
以GS一2型塑料格栅填料为例，它是常压脱硫装置常用的填料之
一 ， 是常压脱硫装置中较为理想的填料。该填料有效比表面积为46．7mz／m ，填料空隙率为 90．58％。当喷淋密度为46m ／h·m 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。
三 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。，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。
t格栅填料板片之间距离较大(一般为 24-42mm)，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，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，其压降为阶梯环填料和鲍尔环填料的20％～30％，通量比板式塔高80％，比Dy50鲍尔环高 50％。
四 格栅填料在脱硫装置和造气洗涤塔中的应用
无论氮肥厂的半水煤气，焦化厂的焦炉气和以煤为原料的城市煤气和工业煤气，均需要煤气冷却、除尘、脱除煤气中的H，S。由于煤气中含有粉尘和焦油，大部分厂采用空塔喷淋，中型氮肥厂一般采用木格子填料。气体冷却和除尘效果不好，一般煤气进气柜的温度 >65／～70~C。降低了气柜的利用率，增加了系统阻力。降低罗茨鼓风机和压缩机的打气量，影响造气炉的发气量。金属格栅填料，其结构形式与塑料格栅料的结构形式不同，但气液两相传质和传热的机理相同，填料的表面和气体、液体方向平行，由于在气流和液流的冲刷下，粉尘和焦油不会在填料表面沉积。冷却和除尘效果好，一般出口气体与冷却水进口温度相差 3～50C。
一 般氮肥厂生产，冬天大产量高也比较容易操作，夏天产量低，其主要原因就是夏天煤气温度高。系统阻力增加，减少了压缩机的打气量。如果能将煤气温度降低，则可以提高全年的产量，根据浙江桐乡化肥厂，只改造了造气的冷却塔，该月产量提高5％。以煤为原料的煤气，均需要脱除煤气中的 H，S，所采用的脱硫方法无论是 PDS／ADA／DDS／栲胶脱硫等等，煤气中H，S与脱硫液接触，化学反应速度很快，其反应影响不是主要矛盾。采用散堆填料，由于散堆填料阻力不均匀，易产生偏流，气流分布不均匀，当硫膏沉积在填料的表面后，阻力会越来越大，堵塔会更加严重，造成恶性，后造成停车清理。不清洗工作量大，甚至不能维持正常生产。尤其是当前煤炭供应价格上涨，为了降低生产成本，部分工厂采用含硫量较高的煤种，堵塔现象更为严重。我们从 2001年至 2002年改造部分氮肥厂，其工艺参数列表如下：
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