小油水分离器|过滤与分离技术现状及进展.pdf 18页

协t吣锄舯logy＆喇，删甜Fntra廿伽＆ Ku璐咖En、，im姗．．，Ltd．，∞过滤与分离技术现状和进展秘书长中国技术市场协会过滤与分离技术专业委员会姚公弼．． ．总 工昆山菲萝环保设备有限公司 1概述过滤和分离技术主要指气／固、液／固、气／液非均相的分离过程，过滤和分离技术被广泛应用于 石油化工、能源、冶金、采矿和选矿、食品、生物、三废治理和环境保护工程、市政工程、轻工、制药、机 械、交通运输、建材、农副产品等多个行业，可以讲过滤和分离技术是涉及面最为广泛，与工农业发展 和人类生活切切相关的技术之一。中国的过滤与分离技术和设备的发展与世界先进国家相比，在相当长的时间内一直处于相对落 后的状态。但改革开放以来，随着国民经济的高速发展，我国的过滤与分离技术、设备也取得了长足的 进步，无论从技术领域或产品的门类上，与工业发达国家的差距均已明显缩小，已经形成了一个门类 齐全的技术和产品体系，有些研发和产品也已经达到国际先进水平。

然而，从总体上来讲，尚有一定的 差距快霸，特别是在过滤材料、产品体系完整性和技术性能、应用基础研究方面尚不能满足我国工业的发 展以及对环境保护提出越来越严格的要求和资源紧缺、节能、节水、形成和谐循环经济发展的需要。国际上，二次大战之后，各国经济复苏并迅速发展，工业的高速发展造成了生产规模扩大及环境 的污染。对过滤和分离产品的性能和规模提出了更高的要求，促使过滤和分离产品无论从技术指标 上还是从产品的门类以及大型化方面，均出现了较为明显的改进，如在气／固分离方面，四十年代的 上【”。到了二十一世纪，由于环境保护的要求更为严格，有一些高端产品的固体粒径也更为细小。目前 对于0．22~0．2跏n粒径的固相物，气／固二相的分离总效率已可达到99％的水平【2】。为了与生产规模 不断扩大的石油化工相适应以及采矿、选矿、市政工程发展的需要，大型的自动化操作，性能更为优 良的带皮膜挤压的板框压滤机和厢式压滤机、沉降式离心机也相继问世。由于精细化工产业的发展、 环境保护的要求及新的水资源开发的需要，大规模的性能更为优良的膜材料和膜分离器不断涌现， 从材料上讲除了传统的有机膜外，无机膜、金属膜、高级集成膜的开发，并在工业规模的装置上得到 应用【3】。

由于节能和环保的要求，一些全密闭的低能耗的设备已在工业生产中得到应用，如陶瓷板真 空过滤机，全密闭的水平真空带式过滤机，具有气相溶剂回收功能的惰性气体循环密闭过滤机，加压 转鼓过滤机，高温袋式除尘器，高精度、低阻力的新型袋式除尘器和筒式除尘器已在各行各业得到广 泛应用，大型海水淡化装置采用膜分离技术的能力达到／d的采用膜分离技术的设备已经投 入运行。我国也正在建设能力为／d的采用膜技术脱盐的大型海水淡化装置。 2过滤和分离技术的现状及发展过滤与分离技术涉及门类繁多，为了叙述方便，现按气／固和液／固二大部门分别叙述，本文对 气／液分离不作专门的论述。35 2．1气，固二相的过滤和分离气／固分离设备就其工作原理来分，可分为湿式除尘、电除尘、过滤式气／固分离器和依靠重力或 者离心力达到气／固分离目的的沉降气／固分离设备和旋风分离器。由于沉降和惯性力气／固分离设 备，一般占地面积较大，分离效率较低(特别对细粒子或气／固二相比重差小的物料)，故目前通常作为 气／固二相分离的预处理装置或在一些特殊的场合中使用。本文不作叙述，湿式除尘器除尘效率高， 但是由于后续的泥浆回收和处理等问题，目前的应用范围也不普遍，本文也不涉及。

本文仅对离心力 作用下的气／固分离和过滤式气／固分离技术和设备的近况作一简单介绍。2．1．1离心作用下的气／固分离技术通常离心力作用下的气／固分离设备以旋风分离器为主，旋风分离器由于其结构简单、操作方便、 处理量大等优点而广泛应用于农业生产和环境保护等领域。我国旋风分离器的应用广泛，产品的规格 和种类较为完整，已经形成了覆盖不同气量、压力降、分离精度要求的产品系列【41。如xLT型旋风除尘 器、D型旋风除尘器、B型旋风除尘器、E型旋风除尘器、旁路式旋风除尘器、扩散式旋风除尘器、长锥 体旋风除尘器、多管式旋风除尘器等。我国均已广泛用于分离5～lmm以上的粉体时分离效率高。近 年来国内外开发的旋流式旋风过滤器(联邦德国、西门子公司首先开发)图1阁，含尘气体在中心区旋 转，克服了径向向心气流对粉尘的携带作用。而且用净化的二次风除去聚集在中心气流外围的粉尘， 所以分离效率高。对于>轧m以上的粒径，其效率可达100％，然而其结构复杂，操作能耗高等缺点未 能得到广泛的应用。国内如上海化工研究院等也对这类设备进行过较长时间的研究。目前，对于旋风 除尘器而言，主要关心的是在较低的压降下，如何取得较高的除尘效率。

随着除尘器的直径扩大，其除 尘效率均有不同程度的下降。为了避免效率的下降，采用了组合的方式。目前我国组合式的旋风除尘 器。处理量已可达到数十万立方米／小时。卜一导时片；2一=次风；3一出口孔授；4一集尘籀挡板图1旋流式分离器然而，对于旋风除尘器来讲，由于石油催化裂化的催化剂回收，可降低催化剂损耗，回收烟气能 量。煤气化技术的发展，煤的燃烧及加压流态化燃烧，有色冶金与高温窑炉中，为实现物料循环、回收 产品、需净化高温烟气，高温气体的除尘是目前气／固分离技术中共同关心的问题。由于旋风除尘器 结构简单、分离效率高、无移动部件，可在高温、高压条件下操作等一系列优点而在上述行业中得到了 广泛应用。在高温条件下，高效旋风分离器对于>1蛳n固体颗粒，具有较高的分离效率。设计合理的 旋风分离器在进口浓度高的条件下也能达到高的分离效率。目前常见的形式有：(a)高温切向进口旋风分离器：早期在石油催化裂化中使用的有Ducon公司的螺旋顶型的D型 分离器和美国Buell公司的带有旁室的B型分离器。这两类分离器主要克服分离器顶灰对分离带来 的不利影响而设计的。目前国内采用的“D”型和“B”型分离器大都为在这二类分离器基础上进行的改 顶灰环的不利影响。

此外，美国E删Tol公司和D『ucon公司采用平顶及矩形进口，高径比为3．6。欧洲采 用高径比4的直切式矩形进口的旋风分离器以提高分离效率，由于其形状简单，便于在高温高浓度含 尘气体条件下工作所要求的内部衬里的施工。厂 ]一盼j、乡 班fI上i露3．]●10，，，0q，17毋悼…Ⅲ幽W，审．命l审catc}oneD型B型ll型PV型公司图2常用的高温切流式旋风分离器我国的中国石油大学采用尺寸优化的方法，研制了PV型高效旋风分离器，应用于炼油行业，其 性能优于“D”型和“B”型分离器。甚至优于国外的新型高效分离器嘲。(b)多管式旋风分离器【q通常切向进口的旋风除尘器当直径扩大时，分离效率下降。尤其对粒径为1咖颗粒更为明显。 为此，发展了多管式旋风分离器。它采用多管并联的方法，随着处理气量的增大，而在一定直径的基础 上增加数量，多管式旋风分离器的气体进口采用切向或轴向进口二种形式，从布置上有卧式和立式之 分。在炼油厂催化裂化装置中大量应用。由于旋风分离器直径较小，可得到较高的分离效率，如美国 UOP公司用于天然气除尘中的多管式旋风分离器，对与粒径为8岬的颗粒其分离效率可达99％以＼ 上。

由于多管式旋风分离器采用了表观截面气流速度高达10～12lIl／s，因而保持了对较细颗粒具有较 卧式切向进气，便于粉尘在进入管前利用惯性实现一部分粗颗粒的预分离，从而提高设备的分离效率 和操作弹性。美国壳牌石油公司开发的立式，直径为的圆筒形导叶式旋风管，单管处理能力 可达180啦2000mⅦ。这二种形式的管式旋风除尘器目前在国内外催化裂化装置中的第三级旋风分离 器中被采用。37国内的多管旋风除尘器的开发以中国石油大学为代表，20世纪80年代以来开发了多种形式的管 式旋风除尘器。在排气和排尘结构上均进行了改进。开发了带有分流型芯管，带有开缝排尘双锥与排 尘单锥结构等专利，研制的EPVc系列、PDC、PT型及高负荷的Psc型导旋风管用，已成功用于国内 60多套催化裂化装置的第三级旋风分离器中。在高温条件下，可基本除净7衄1上的颗粒，其性能达到 国内领先、国际先进的水平。最近又采用了陶瓷内衬，以提高其使用寿命。图3所示为多种形式的导叶 式旋风管。一r二二㈧㈣㈠㈠]i [=二=一聃H㈠ 1lll西氍圳引引1II一 门汹嘲㈣二二一～～一一蹦]||嚣蠢圳川引|{{。d n㈧蝴…㈠U一㈠㈨M俐㈠U．r_jl』==a瑟圳引引l}一 一一一=：㈡明矧…㈠H¨留、、呻，／叫，lll叫川¨川圳==珥Mo 曩㈠鼬闽㈣㈠㈠V_；；_基瓣捌…引l|，，√ySh亡ll—l 日’VC——．1lPDC PSC图3多管式旋风分离中的导叶式旋风管(c)旋流式旋风分离器这种形式的旋风分离器国内外从上世纪60～70年代起已开始进行研究，也有少量的工业应用，但 由于结构复杂，要用较高压力的二次风。

能耗高、效率随进气浓度变化较大全自动油脂分离器，操作弹性差等缺点，一直 没有得到广泛应用。国内仅有少数几套催化裂化装置采用这种结构的分离器。除了催化裂化装置的高温气体除尘，煤气化、循环流化床锅炉以及冶金、窑炉中也有大量的高温 气体需要除尘、循环使用或进行能量回收，这种情况下要求分离器应能满足以下操作条件。(1)耐高 离效率高；(5)结构紧凑，易于设计。目前常见的有蒸汽(水)冷高温旋风分离器，下排气高温旋风分离 器。方形高温上(下)排气旋风分离器、卧式高温旋风分离器等，这些结构形式已在国内外不同规模的 循环流化床的锅炉装置中应用嘲。旋风分离器的分离机理的研究和分离器内气／固二相流动的研究，国内外均进行较长时间。如20 模型”，1989年w·s·飚m和J·w·LEE的旋风分离器气／固二相分离模型等【11】。但上述模型均仅考虑 单个颗粒的运动，典型截面上的分布’，没有包含尺寸参数的影响，而在实际应用中存在问题。中国石油 大学时铭显采用相似理论分析和适度规模量的实验结合，创立了“旋风分离器结构尺寸分类优化理 论”，对两个关键参数—Ka分离器人口截面参数和dr排气芯管内径，用2l组各类尺寸的分离器为实 验模型j采用实验数据进行回归得到了用相似准数关联的效率计算公式。

形成了一套切合实际的精度 较好的旋风分离器设计方法。对于分离器内二相流动研究，随着实验手段及测量技术的进步而有所前 进。国内外不少学者均在进行这方面的工作。对一些影响分离器性能的流动现象，如短路流、二次涡 流、顶灰环、排尘口处颗粒返混夹带、涡核破碎等现象不仅得到了充分的重视和重新认识，还进行了更 全面、系统深人的研究快霸，为分离器性能优化及结构设计提供了重要的参考依据。382．1．2过滤式气／固分离器过滤式气／固分离器以布袋除尘器为主，还有近年来发展起来的以陶瓷材料或者金属滤芯、膜材 料滤芯的气／固二相分离的过滤器。A．布袋除尘器布袋除尘器是气／固二相过滤式分离器应用历史最长，使用最广泛的一种过滤设备，就其形式来 讲，有脉冲袋式除尘器、机械振打除尘器、气环反吹式除尘器、扁袋除尘器等。上述各类设备无论国内 外，其品种规格均很齐全，它广泛应用于如轻工、机械制造、建材、化工、有色冶金及钢铁企业中的产品 回收和各种废气的净化中。布袋除尘器由于其结构简单，设备投资省、运行稳定还可回收颗粒比电阻 高的静电除尘器难以回收的颗粒。从20世纪90年代开始，面对日益严重的环保问题，西方发达国家 的除尘设备生产企业和专家经过综合比较，确定无论从技术可行性和制造成本上来看，布袋除尘器最 有发展前景。

布袋除尘器的性能在很大程度上取决于他的滤材性能，从织造布、非织造布、各种毡类、覆膜材料 等，从上世纪后期布袋除尘器的滤材从收尘率、除尘精度和使用寿命等多个方面均有长足的进步，而 且滤材材质类别的发展也推动了除尘器的机械结构和控制手段的发展。目前我国的普通滤材无论从 产量、质量等方面均与发达工业国家相齐，如邯郸恒永防护洁净用品有限公司，浙江天台工业用布厂 等均能生产不同材质及性能的滤材，但高性能的滤材方面还存在相当的差距。美国杜邦公司在上世纪 后期率先开发了聚四氟乙烯膜技术，从而使滤材能真正实现表面过滤，有效的阻止了颗粒进入滤材内 部而引起阻塞，从而保证了滤材在使用过程中能长时期保持高的透气性，降低阻力、减少能耗。而且由 于聚四氟乙烯的表面特性，使滤饼易于脱落，不易发生滤材表面结饼现象，从而大大地延长了滤材的 使用寿命。将聚四氟乙烯覆于玻璃纤维上可以在260℃以下使用。其使用温度范围比静电除尘器的 1800~220℃还宽。然而，目前能够成熟地用于高温条件下的大布袋反吹风除尘器的技术，主要掌握在 美国几家公司手中。聚四氟乙烯膜的产权属杜邦公司，**的玻璃纤维基布的技术由美国的BGF公 司掌握，大布袋反吹风收尘器的技术产权属美国富勒公司。

国内生产聚四氟乙烯覆膜滤材企业以博格 公司为代表，其滤材的过滤精度已可达微米级，但由于基材为PP材料，所以它的使用温度受到了基材 的制约，对于高温用滤材除了聚四氟乙烯、诺梅克斯(芳香旋聚酰胺)使用温度为>220℃外，还有无机 材料如玻璃纤维(使用温度>250℃)以及用硅油，聚四氟乙烯处理的玻纤和用硅油、石墨和聚四氟乙 烯处理的玻纤，使用温度为260。～300℃，尚不能满足高温除尘的要求，从而将烧结金属丝网，烧结不锈 使用温度范围有了明显的拓展。国内南京玻纤设计研究院、上海俄金玄武岩纤维有限公司等均从事高 温滤材的研制和生产。最近开发了一种新型PTFE滤材一PTFE毡，用它来替代PTFE玻璃纤维滤材，国外已开始推广使 用。它消除了PTFE覆膜可能由于膜的损坏而使滤材失效的可能性，但是这种滤材成本很高。目前国 内尚无企业能生产这种滤材。对于布袋除尘器来讲，由于能源、建材、化工、冶金等行业的环保要求和产品性能要求，对布袋除 尘器的精度、效率和规模提出了更高的要求，袋式除尘器已普遍从时间程序控制转向差压一时间程序 控制，对于大型设备，已设有排尘浓度监测以及能在布袋损坏时检出所在位置，从而改变控制程序而 避免或减少泄漏，延长除尘器维修周期的技术【12】，为了避免在高温除尘器中由于反吹气法温度低而引 起结露而采用了反吹气加热的技术，为了增加单位体积的滤材面积，采用了筒状折叠形袋式除尘器， 如西德路格式的扁平布袋形除尘器，**处理风量可达100万mⅦ，，GmbH生产的超小 型CFE精致过滤器(图4)，与一般布袋除尘器相比单位体积的过滤面积增大2～3倍，且结构合理，达 到高效低阻的效果。

采用预附层技术，以降低阻力，提高风速。采用烟气调质技术(如使用电场或超声39 波使微粒发生凝聚)，提高除尘效率，采用新的抗高温，耐腐蚀滤材，美、日、澳、德等国家还将静电技术 和袋滤器结合、开发出“静电袋式除尘器”嘲，对改进袋滤器性能，提高捕集效率，改进滤材清灰能力， 降低微粒子透滤率和系统的阻力方面取得明显的效果。由于布袋除尘器效率高(实验室可达排气 1mg／m，水平)，能适应不同物料特性和生产规模的需要，如目前已有处理风量达340万m油的布袋除 尘器在工业中使用，在我国加大环境保护力度，实行污染物总量控制的需要下，袋式除尘器在治理烟 尘、粉尘、二氧化硫、二恶英等方面将得到极大的应用。功能特色功能特色O高弹性头部凸缘结掏高弹性顾部凸缘结耩9流线璎气流出人【1流缝型氯流出入口国．连续性坚韧绦褶1{|i建绩性聚朝绱1嚣断O底部钢性定性结构底部钳性定挫结耩Q多用途各式特殊滤料多用途各式特殊漶料囝密封边条稳定支撑密封边条稳定支撑图4CFE精致过滤器2．1．3滤芯式过滤器由于燃煤联合循环技术，煤制气工艺的改进等过程，对高温气体的除尘提出了越来越高的要求， 从而促进了能用于高温下实行高精度气体过滤的过滤元件和设备的开发。

常见的滤芯有高温陶瓷过 滤器、烧结不锈钢网滤芯和烧结不锈钢纤维毡滤芯。烧结不锈钢丝网滤芯材料结构精度高、刚性好、孔 径均匀，允许使用和反吹压差高，等效孑L径为2～20蛳n，孔隙率为20叫0％。烧结不锈钢纤维毡滤芯结 构均匀，透气性能和耐温性能好，可用于高温、高工作压差和反吹压差，等效孔径0．5“呲n，孔隙率达 35～85％。上述二种滤芯均已在高温中得到应用。国内如新乡北方滤器有限公司、新乡东风过滤技术有 限公司和河北华联过滤器材有限公司等，均能提供各种规格和技术特性的滤芯。然而，目前烧结不锈 钢纤维毡材料的制造技术主要掌握在比利时的贝卡特公司，故这类滤芯价格较贵。陶瓷过滤器可分为陶瓷纤维过滤器、陶瓷织状过滤器、棒式陶瓷过滤器、长管式陶瓷过滤器等多house公司生产的滤芯 种形式。其中滤芯式陶型过滤器工业应用前景**，图5所示为美国wes血g 式陶瓷过滤器。陶瓷过滤器的发展还是取决于材料的发展。从上世纪80年代基本上为si—Al矿物质发 展到目前的多种复合材料，如sic．NB，硅酸铝，多硅红柱石等。为了改善陶瓷滤芯的机械强度，．已从过Lall)【ide公司生产的PRD．66型陶型管，其 去单一的多孔陶瓷到目前的陶瓷纤维编织法。

美国 外表有sic砂粒强化的尼布纤维的缠绕，而内表面为透气性较高的Sic刚性骨架。它的机械强度提高 了50％，而其压降为原来的15％。我国虽然生产陶瓷历史悠久。但是目前在高性能的陶瓷滤芯生产方 面与国外公司尚存在一定的差距。r出口清洁气体厂一箍气箱 l_，●●_辫蹙捧缀、、、ll嚣灰避薅嚣茉绽图5美国曲ouse公司的棒式陶瓷过滤器高温滤芯式过滤器，目前应用日益广泛。但是尚需解决高温条件下滤芯的密封，如何去选择耐高 温的密封材料；脉冲反吹机理和如何优化；提高陶瓷材料的强度和耐温度性等方面的技术关键，以及 满足高温操作条件下的过滤器结构设计等问题。此外，上海化工研究院也进行过高温条件下全滤饼式过滤器研究【131，取得了在620。～630℃进口浓 这种形式的高温过滤器至今未见工业规模应用的报导。 2．2液，固二相分离液／固二相分离按分离机理可分为在离心力作用下利用液／固二相密度差的方法实现的二相分 离和利用重力、离心力、压力差使用过滤介质，实现固／液两相的分离，按设备形成又可分为离心机 (沉降式离心机，过滤式离心机)水力旋流器和加压或真空过滤机。现按设备形式，简述其国内外现状。

2．2．1离心机目前常用的离心机有：三足式离心机、上悬式离心机、卧式刮刀卸料离心机、离心力卸料和振动卸 料离心机，进动卸料离心机，立式螺旋卸料离心机和卧式螺旋卸料离心机、碟片式离心机和管式离心 机等。上述各类设备国内均有产品，且在一定程度上也已形成系列产品【14】。这类设备目前发展的趋势 是向大型化、高技术参数和专业化方向发展。如目前国外螺旋卸料沉降式离心机直径为 的技术参数和制造水平达到先进工业化国家的上世纪的80～90年代水平，与发达国家尚存在相当差 距。主要表现在：(1)缺乏自主的、独立的设计体系，主要产品系列基本上属于消化吸收引进的基础上进行的改良 或改型设计。缺少完整的**产品体系、专业化的设计。(2)大型的高参数的设备、与先进工业国家存在相当差距。如螺旋卸料沉降式离心机，国外直径已 达或以上，长径比可达5或以上。而国内产品的直径一般均为妒800n蚰以内，很少有 妒的产品·，而且长径比基本

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