湍冲洗涤及湿式静电除尘技术在甲醇制烯烃装置的应用研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 24 日 作者简介：邵春娇（1991），女，汉族，内蒙古兴安盟，大学本科，中级工程师，研究方向为环境工程与咨询，大气污染防治工程，水污染防治工程。-74-湍冲洗涤及湿式静电除尘技术在甲醇制烯烃装置的应用研究 邵春娇 浙江双屿实业有限公司，浙江 温州 325029 摘要：摘要：本研究探讨了湍冲洗涤和湿式静电除尘技术在甲醇制烯烃装置中的应用，以提高环保性和生产效率。湍冲洗涤技术通过动能和惯性作用有效去除气流中的颗粒物，通过向循环液中添加碱性吸收剂去除烟气中的有害气体，并可以配合快速过滤装置迅速降低循环液含固量，提高循环液利用率，减少工艺水消耗，减轻后续废水处理设备负担；而湿式静电除尘技术利用电场力去除亚微级超细颗粒物和酸雾，实现超洁净排放。本文探讨了这两种技术的工作原理和具体应用，以及两者系统组合在甲醇制烯烃装置中的重要性。关键词：关键词：湍冲洗涤；湿式静电除尘；甲醇制烯烃装置；环保；超洁净排放 中图分类号：中图分类号：X703 0 引言 甲醇制烯烃装置是化工领域的关键工业过程，但其生产中常伴随着酸性有害气体排放和催化剂粉尘污染问题。为了应对这些挑战，湍冲洗涤和湿式静电除尘技术被引入，以改善环境保护和提高生产效率。这两种技术的应用对于实现超洁净排放、维持稳定生产和降低能源消耗具有重要意义。本文将深入探讨这些技术的工作原理和具体应用，以展示它们在甲醇制烯烃装置中的潜在优势。1 湍冲洗涤及湿式静电除尘技术应用于甲醇制烯烃装置的意义 甲醇制烯烃（MTO）装置作为化工产业中的一个重要部分，具有巨大的经济潜力和应用前景。然而，MTO装置在运行中会产生极细的微米级的催化剂细粉进入烟气，某些原料的原因还会产生SO2等酸性有害气体，对环境和公共健康构成潜在威胁。因此，寻找有效、可靠和经济的方法以减少这些污染物成为一个迫切的问题。湍冲洗涤和湿式静电除尘技术在这方面具有显著的优势。首先，湍冲洗涤技术通过烟气和循环液的强烈冲击和惯性作用去除烟气中的催化剂颗粒物，利用循环液中的碱性吸收剂有效地去除酸性有害气体。配套的废液处理装置，能够快速有效地降低循环液中的固含量，不仅提高了废气处理的效率，减少新鲜水消耗，还有效减轻了后续污水处理装置的压力。其次，湿式静电除尘技术通过利用静电场去除悬浮在气流中的难以去除的亚微级颗粒和酸雾。这两种技术的组合应用在 MTO 装置中尤为关键。一方面，通过湍冲洗涤，可以在前期去除大部分粗颗粒和有害气体，减轻后续处理步骤的负担。另一方面，湿式静电除尘技术则可以针对那些难以通过湍冲洗涤去除的细小颗粒进行高效处理1实现超洁净排放。2 甲醇制烯烃装置中湍冲洗涤及湿式静电除尘技术的工作原理 2.1 湍冲洗涤技术原理 湍冲洗涤技术是一种专门用于去除废气中污染物的高效净化方法。在甲醇制烯烃装置中，这一技术具有尤为重要的应用价值，主要用于去除废气中的细小催化剂颗粒物和酸性有害气体，从而达到环境保护和维护公共健康安全的目的。核心原理是通过高速流体（通常为循环液）对气流进行冲击和洗涤，以实现气体和循环液之间的高效接触、混合和能量交换。在湍冲洗涤过程中，几个关键的因素起到决定性作用。首先是流速，通过提高冲击室区域的气相流速，进而提高颗粒物的惯性力，高速的气相流体在冲击室中与循环液进行交互，强烈的动力作用使得颗粒物能够从气相中有效地分离。其次，是系统内产生的湍流，通过独特设计的喷嘴来实现循环液与气相的微观混合，产生湍冲泡沫区，延长气相和液相接触时间从而提高去中国科技期刊数据库 工业 A-75-除效率。第三，是洗涤液的物化性质，通过添加不同类型的碱性吸收剂，不改变工艺配置即可针对性地去除某些特定的酸性有害气体污染物。最后，是合理设计流体与气体的相互作用时间，这一参数通过三维建模优化反应区流场等条件来实现。在甲醇制烯烃装置外排烟气处理的实际应用中，湍冲洗涤通常被用作核心处理阶段，以最大程度地去除烟气中的废催化剂颗粒和有害气体。该技术不仅具有显著的环境保护效果，经优化配套了循环液快速过滤装置后，减少了新鲜水消耗和后续废水处理装置的压力，还有助于提高整个系统的经济效益。因此，湍冲洗涤技术不仅是一种环境友好的解决方案，还是一种具有经济效益的投资2。2.2 湿式静电除尘技术原理 在甲醇制烯烃（MTO）装置中，高效的废气处理是保证环境可持续性和产程安全性的关键环节之一。为了解决这一挑战，湿式静电除尘技术被引入作为一种重要的环境保护手段。该技术主要通过高压电场使烟气中的悬浮颗粒荷电，使其附着、堆积在集尘极室上，进而通过重力或冲洗方式去除，实现净化效果。此外，与湿法除尘工艺的结合，也通过湿润的方式增加了颗粒被电荷和吸附的可能性，以提高除尘效率。湿式静电除尘器内部设有精心设计的集尘极室和流场优化导流装置。烟气通过导流装置得以均匀分布，高压电源生成的静电场会使烟气中的悬浮颗粒荷电，这不仅有助于去除细小的、难以通过机械方式处理的细小颗粒物，还能高效去除酸雾。在 MTO 装置中，湿式静电除尘技术通常被用作烟气处理流程的最后一步。这主要是因为，在处理极细小颗粒物和酸雾方面湿式静电除尘器作为超洁净排放的最终手段，暂时没有新的工艺方法可以替代。3 湍冲洗涤及湿式静电除尘技术在甲醇制烯烃装置中的具体应用 3.1 烟气湍冲洗涤 MTO 装置烟气正常温度 200-300，最高时温度达680，其特点为颗粒物浓度最高可达到 300mg/Nm3，主要为破碎的含金属的催化剂颗粒，粒径分布较小，经过三或四级旋风除尘后 0-1m 粒径占 85.6%，硬度大，容易对除尘设备造成磨损，其另一特点为不同生产工况烟气量变化较大。针对该烟气特点，布袋除尘器及空塔喷淋等普通湿法除技术均不能满足长周期稳定达标排放要求。在余热锅炉之后引入湍冲洗涤装置，以大口径、不雾化的喷头将循环液喷射至冲击室，与逆向运动的烟气进行撞击形成湍冲状的能量、质量、热量的交换场，在交换场中烟气被迅速降温至饱和，烟气携带的颗粒物和有害气体必须经过交换场被去除，而气量变化时仅使动态交换场位置移动，对脱除效率没有影响，因此，湍冲洗涤应对MTO装置烟气有着显著的适应性，可以保证系统内烟气量在 50%-120%范围内变化的情况下稳定运行，颗粒物和有害气体脱除率基本不变。经优化后，在系统中引入过滤器对循环液进行快速、初步过滤，分离出经湍冲洗涤转移到循环液内的催化剂颗粒物，迅速降低循环液固含量，维持稳定的除尘效率，有效防止系统堵塞。过滤装置清液悬浮物可达到 60mg/L 以下，完全满足回用标准，有效地减少了新鲜水消耗。过滤器与湍冲洗涤装置紧密结合，实现液相闭合强制循环，提高水资源利用率，有效减少排外污水量，改善了传统湿法处理水资源消耗量大和二次污染处理量高的弊端。3.2 湿式静电除尘处理 湿式静电除尘器是一种高效的废气处理装置，主要用于去除废气中的极细微颗粒和酸雾等。与传统的干式电除尘器相比，湿式除尘器具有更高的除尘效率，对酸雾有更好的去除能力。湿式静电除尘器主要利用高电压电场进行烟气净化。具体来说，装置内部的电极产生一个高电压和高强度的电场，当烟气通过这个电场时被电离，其中湍冲洗涤难以去除的极细微颗粒被荷电，这些带电的微粒被吸附到集尘极室表面堆积，之后经过自身重力作用和定期冲洗被清除。由于烟气中含有 SO2 等酸性气体，经过湍冲洗涤吸收之后可能形成酸雾，湿式静电除尘器同时也能对有害气体和酸雾进行有效的去除，这种综合作用使湿式静电除尘器具有高效、多功能的特点。湿式静电除尘器的引入，除进一步巩固除尘效果外，还可以改善烟囱冒白烟和拖尾现象。通过这样的两阶段处理，可完全满足环境保护和长周期安全稳定运行的要求，同时，两者的联合应用也有助于提高整个系统的经济性，因为更少的维护和更高的设备使用寿命意味着更低的长期运营成本。中国科技期刊数据库 工业 A-76-在湿式静电除尘器的运行中，电场强度、冲洗频率和烟气流速等都是关键参数，需要进行精细的控制和调整。湿式静电除尘器可以进行多档位调节，电场强度可以根据烟气中颗粒物和有害气体的种类和浓度进行适当设置，确保最大的去除效率的同时可以做到节约能耗。冲洗频率也是一个关键参数，冲洗周期过长会导致设备内颗粒物堆积严重，影响放电进而影响除尘效率，严重时，大量粉尘堆积可能造成设备内局部受力过大而损坏坍塌；冲洗频率过高则会影响系统水平衡，增加处理成本，造成资源浪费。烟气流速的控制也非常重要，控制合理的气速使烟气充分通过电场，实现最佳的停留时间，保证净化效果的同时减少电能消耗。适当地优化这些参数不仅能提高除尘和烟气净化的效率，还能在能源消耗和设备维护方面实现优化。这对于降低运营成本和实现可持续生产是至关重要的。湿式静电除尘器对于环境保护和安全稳定运行具有重大意义。首先，稳定高效地去除酸雾和亚微颗粒物，使外排烟气颗粒物浓度达到 5mg/Nm3 以下，实现超洁净配排放，有助于企业达到甚至超过环境保护法规的要求，降低因违规产生的经济和社会成本。其次，在工作场所，通过减少空气中有毒或有害物质的浓度，显著提高了员工的工作安全性和健康水平。除此之外，湿式静电除尘器有效地减少白烟和“拖尾”，减少周围居民对化工厂烟囱视觉上的不佳感受和心里上的反感，减少了对本地环境的影响，从而减少社区居民健康和生活质量的负面影响4。3.3 运行参数优化 在甲醇制烯烃装置中应用湍冲洗涤和湿式静电除尘技术时，运行参数的优化是提高整体性能和效率的关键环节。以下几点是参数优化的主要内容，持续的参数测量和监控是任何工程系统优化的基础，在电场强度、冲洗频次和烟气流速是湿式静电除尘器效能的关键参数。完善监测和控制系统不仅可以实时测量这些参数，而且还能通过云计算和大数据分析进行更深层次的解读。这样，工程师或操作员可以更准确地了解系统的实时状态，并据此调整运行参数。长期来看，持续的数据收集还可以用于机器学习算法，以实现报警自动分析和联锁预警。根据实时监控的数据，湿式静电除尘器的运行参数可以动态地进行调整。这种动态性是至关重要的，尤其是在处理多变和复杂的废气成分时。例如，如果传感器检测到气量的突然变化，系统可以自动或手动改变电场强度；监测到系统阻力降突然增大，可以报警提示启动冲洗程序，这不仅提高了除尘和净化的效率，还在必要时可以实现迅速的应急响应。优化运行参数不仅仅是提高除尘效率的问题，还需要考虑能源消耗和运行成本。通过精细的参数调整，比如适度降低电场强度和减少冲洗频次，可以在不牺牲除尘效能的前提下降低能源和物料成本。这样的优化策略不仅减轻了运营负担，还有助于企业实现可持续发展目标，比如降低碳足迹。预防性维护是通过预测和防止故障来提高设备可用性和可靠性的关键策略。通过对湿式静电除尘器的运行参数（如电场强度、冲洗频次和烟气流速）进行长期追踪和数据分析，可以识别出设备组件可能会出现磨损或老化的迹象，这样，维护人员可以在问题变得严重之前就进行干预，如更换易损件或进行清洗。这不仅能提高设备的运行效率，还能减少由于突发故障引发的停机时间和维修成本。运行参数的优化不应仅限于湍冲洗涤和湿式静电除尘器本身，而应该与整个甲醇制烯烃装置的其他关键系统进行集成。通过集成各个系统的控制和监控，可以更有效地平衡各个部分的性能和需求，从而实现整体性能的最大化。例如，原设计 MTO 烟气处理装置只需要实现除尘功能，但日常取样监测发现存在循环浆液 pH 偏低的问题，持续低 pH 运行可能造成设备的腐蚀损坏。通过持续的监测和分析发现造成循环浆液pH偏低的原因可能是前序某工序的原因造成烟气中含带入了SO2 等酸性气体。湍冲洗涤装置的优势在于，不需要改变工艺流程，不需要增加处理设备，向系统循环液中碱性吸收剂，并监测系统总盐浓度，定期外排即可解决该问题。在不停产改造，不增加投入的情况下，只需要操作人员进行准确的分析和判断，采取快速的应对措施，即可将扩充装置的处理能力，由除尘稳定过渡到除尘加脱硫，实现整体性能的最大化。采用湍冲洗涤装置和湿式静电除尘器组合，可以确保甲醇制烯烃装置的连续、安全和高效稳定运行。综合以上各点，运行参中国科技期刊数据库 工业 A-77-数的精细优化不仅能提高甲醇制烯烃装置在废气处理方面的性能，还能在经济和环境层面产生长远的积极影响5。4 结语 在甲醇制烯烃（MTO）装置中，湍冲洗涤和湿式静电除尘作为环保装置起着至关重要的作用。这些技术不仅能高效地去除颗粒物和酸性气体，实现超洁净排放，还能降低后续设备的负担和维护需求。通过对运行参数进行细致的控制和优化，可以进一步提高除尘效率，降低能源和维护成本。同时，湍冲洗涤和湿式静电除尘的系统组合，可以最大化的适应烟气量和烟气组成的变化，集成系统的预防性优势也是确保设备长期、安全和高效运行的关键。特别需要注意的是，操作人员的培训和能力也非常重要。他们需要充分理解和掌握如何根据实时数据和不同情境来调整各项运行参数。参考文献 1王宏伟,邵春娇.湍冲洗涤静电除尘技术在甲醇制烯烃装置的应用研究J.石化技术,2020,27(4):3.2纪贵臣.甲醇制烯烃装置高效运行技术及工业化应用研究J.内蒙古石油化工,2018(9):2.3潘海涛,辛少琳,苟荣恒,杜振国.CO 助燃剂在甲醇制烯烃装置上的应用研究J.现代化工,2020,40(12):4.4孙保全.富氧再生技术在煤基甲醇制烯烃装置的应用J.全国煤炭工业生产一线青年技术创新文集,2016(7):54.5孙保全.富氧再生技术在煤基甲醇制烯烃装置的应用J.第十八届中国科协年会分 10,煤炭清洁高效利用学术论坛,2023(10):26.6郭伟.甲醇制烯烃(MTO)催化剂再生烟气除尘技术探讨J.神华科技,2016,5(14):77-80.