CN103768892B - 变温吸附脱除硫化氢的径向错流移动床反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变温吸附脱除硫化氢的径向错流移动床反应器，所述反应器由上而下依次包括：下料段、反应段和出料段，所述下料段的下料结构保证了下料均匀；所述反应段均气隔板的结构设置，保证进气轴向与径向的均匀分布，并降低进气压降；所述出料段的环形出料管及漏斗出料结构，保证了下料均匀，克服了中心区颗粒下移速度大于器壁处颗粒下移速度的现象。本发明可用于脱除量大、浓度高的含硫化氢气体，且具有下料均匀，连续运行稳定、节省设备投资与运行费用的优点。

Description

变温吸附脱除硫化氢的径向错流移动床反应器

技术领域

本发明涉及烟道废气综合治理技术领域，尤其涉及一种变温吸附脱除硫化氢的径向错流移动床反应器。

背景技术

近年来，以煤、石油和天然气为原料生产氨、甲醇、甲烷化煤气等产品时大多使用高效催化剂或贵金属催化剂，原料气中硫化物中毒是催化剂失活的主要原因，微量的硫化物包括硫化氢（H₂S为0.1×10^-6）就可使催化剂完全失去活性；另外，含硫化氢（H₂S）的燃料气燃烧后生成SO₂，可形成酸雨，污染环境，极易腐蚀金属，堵塞管道等。因此，有效地从原料气和燃料气中脱除硫化氢（H₂S）在化学工业中占有很重要的地位。

迄今为止，脱硫工艺主要有干法脱硫、湿法脱硫和生物法脱硫三大类，其中湿法脱硫剂的开发应用已经很普遍，工艺技术也较成熟，脱硫效率高，但在废水后处理过程中存在着二次污染、有机物毒性大、设备庞大、能耗大和成本高、硫回收和塔内硫堵等问题。干法脱硫主要包括吸附法、膜分离法和低温分离法等。干法脱硫可以克服湿法脱硫的缺点，流程简化、操作方便、设备简单、成本低、负荷小，对无机硫与有机硫均有较高净化度。同时，干法吸附脱除硫化氢时还能回收我国需要进口的硫资源，实现经济与环保的双赢，目前已成为研究的热点。

工业中硫化氢（H₂S）的吸附器大多采用固定床，多个床切换保证工艺连续运行，该工艺随着烟气量的增大，设备增加，操作控制系统愈加复杂。由于工艺的限制导致吸附法一般用于量小、浓度低（H₂S含量小于0.05×10^-6）的含硫化氢（H₂S）气体。采用移动床可克服此缺陷，但目前径向移动床下料经常遇到下料不均现象、分流道均气结构扇形筒易变形损坏的问题。

因此，本申请人致力于开发一种针对上述问题的变温吸附脱除硫化氢的径向错流移动床反应器，可用于脱除量大、浓度高的含硫化氢（H₂S）气体，且下料均匀。

发明内容

鉴于上述现有技术存在的不足，本发明提出一种可用于脱除量大、浓度高的含硫化氢（H₂S）气体，且下料均匀的变温吸附脱除硫化氢的径向错流移动床反应器。

本发明为达到上述目的，本发明提供的一种变温吸附脱除硫化氢的径向错流移动床反应器，由上而下依次包括：用于输入吸附剂颗粒的下料段，用于对烟气进行处理的反应段，以及用于输出吸附饱和的吸附剂颗粒的出料段。

所述下料段包括储料罐、下料漏斗结构和进料管。

所述反应段由外而内依次设置有器壁、进气层、外约翰逊网、吸附剂颗粒层、内约翰逊网和中心管，所述器壁和外约翰逊网之间留有间隙形成所述进气层。

所述器壁面向所述外约翰逊网的内侧面上设置有若干条垂直滑槽，每条所述垂直滑槽沿所述器壁的内侧面纵向延伸布置，在每条所述垂直滑槽上插设一均气隔板，将所述进气层分隔为多个分流道，且所述均气隔板与所述外约翰逊网之间留有间隙。

所述出料段包括环形出料管和出料漏斗结构。

作为本发明的进一步改进，所述环形出料管布置在所述吸附剂颗粒层底部上，并通过所述出料漏斗结构汇集输出。

作为本发明的进一步改进，所述反应段上部还设置有氧化空气进口、增湿喷嘴和两个相向设置的烟气进口，所述氧化空气进口和所述增湿喷嘴均导通连接至所述进气层。

作为本发明的进一步改进，所述进料管数量为4-8个，均匀插设在所述吸附剂颗粒层顶部上。

作为本发明的进一步改进，所述吸附剂颗粒层内置的吸附剂颗粒为活性炭、活性半焦、改性活性炭和/或改性活性半焦。

本发明的变温吸附脱除硫化氢的径向错流移动床反应器的有益效果如下：

①有效实现硫化氢（H₂S）的脱除；

②可处理较大烟气量硫化氢（H₂S）的脱除；

③吸附剂颗粒层下料均匀，仅需一个下料口控制节点；

④分流道烟气均布结构简单，不易变形损坏，径向烟气均布效果明显，易加工和安装，还可降低反应器穿孔压降；

⑤氧化空气进口的设计与布置，烟气、氧化空气混合均匀，有效提高硫化氢（H₂S）的脱除效率；

⑥连续运行稳定、节省设备投资与运行费用。

附图说明

图1为本发明的变温吸附脱除硫化氢的径向错流移动床反应器的结构示意图。

图2为图1中的A-A剖面结构示意图。

图3为图1中的B-B剖面结构示意图。

图4为图1中的C-C剖面结构示意图。

图5为图1中的D-D剖面结构示意图。

图中主要组件符号说明：

下料段100，储料罐110，下料漏斗结构120，进料管130，反应段200，器壁210，垂直滑槽211，均气隔板212，进气层220，分流道221，外约翰逊网230，吸附剂颗粒层240，内约翰逊网250，中心管260，集流道261，烟气出口262，烟气进口270，氧化空气进口280，增湿喷嘴290，出料段300，环形出料管310，出料漏斗结构320，出料口321。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的变温吸附脱除硫化氢的径向错流移动床反应器的结构示意图。如图1所示，本实施例提出的一种变温吸附脱除硫化氢的径向错流移动床反应器，由上而下依次包括：用于输入吸附剂颗粒的下料段100，用于对烟气进行处理的反应段200，以及用于输出吸附饱和的吸附剂颗粒的出料段300；下料段100连接反应段200，反应段200连接下料段100，下料段100将吸附剂颗粒输入反应段200对经过的烟气进行吸附，最后由出料段300将吸附饱和的吸附剂颗粒进行输出。

结合图4所示，反应段200由外而内依次设置有器壁210、进气层220、外约翰逊网230、吸附剂颗粒层240、内约翰逊网250和中心管260，器壁210和外约翰逊网230之间留有间隙形成进气层220，反应段200上部设置有烟气进口270，烟气进口270导通连接至进气层220，烟气由烟气进口270进入进气层220内，依次透过外约翰逊网230、吸附剂颗粒层240和内约翰逊网250，最后进入中心管260进行输出。

如图1和图4所示，本实施例的器壁210面向外约翰逊网230的内侧面上设置有20条垂直滑槽211，每条垂直滑槽211沿器壁210的内侧面纵向延伸布置，在每条垂直滑槽211上插设一均气隔板212，将进气层220分隔为20条分流道221，且均气隔板212与外约翰逊网230之间留有间隙（参见图4所示），以便更好的平衡径向气体分布。

如图1和图3所示，本实施例的烟气进口270为两个，两烟气进口270为相向设置，呈双口对冲结构。此外，在反应段200上部还设置有氧化空气进口280和增湿喷嘴290，氧化空气进口280和增湿喷嘴290均导通连接至进气层220。示例性的，增湿喷嘴290数量为2个，呈90°间隔设置。

如图1和图2所示，本实施例的下料段100包括储料罐110、下料漏斗结构120和进料管130，储料罐110通过下料漏斗结构120和进料管130导通连接至吸附剂颗粒层240。示例性的，本实施例的进料管130数量为4个，如图2所示，均匀插设在吸附剂颗粒层240顶部上。其中，吸附剂颗粒层240内置的吸附剂颗粒可根据需要选用活性炭、活性半焦、改性活性炭和/或改性活性半焦的一种或几种组合使用，此处不再赘述。

如图1和图5所示，本实施例的出料段300包括环形出料管310和出料漏斗结构320，环形出料管310布置在吸附剂颗粒层240底部上，并通过出料漏斗结构320汇集输出，由出料漏斗结构320的出料口321进行输出，方便与后续物料输送装置的连接。

当然了，在其他具体实施例中，下料段和出料段的具体结构可根据实际需要进行调整，如下料段的进料管的数量可以为5-8根等其他数量，此处不再赘述。

具体的，工作人员可采用本实施例的变温吸附脱除硫化氢的径向错流移动床反应器进行烟气处理的变温吸附脱除硫化氢方法，包括如下步骤：

1）所述吸附剂颗粒从储料罐110内经进料管130进入吸附剂颗粒层240内，在重力作用下向下缓慢移动，脱除烟气中的硫化氢；脱硫后吸附饱和的吸附剂颗粒在重力的作用下继续向下移动，经出料段300排出，进入后续的输送系统至再生塔进行再生，吸附剂颗粒回收的高浓度硫化氢（H₂S）可用于CLAUS装置制备硫磺。

2）所述烟气通过烟气进口270进入进气层220，然后通过吸附剂颗粒层作向心运动，进行烟气脱硫，烟气脱硫净化后从中心管260汇集输出。

具体的，吸附剂颗粒可根据实际情况选用活性炭、活性半焦、改性活性炭和/或改性活性半焦。其中，改性活性炭或改性活性半焦（兰炭）可选择浸渍K₂CO₃、Na₂CO₃、KOH、NaOH、金属及金属氧化物等。

本实施例的变温吸附脱除硫化氢的径向错流移动床反应器可用于氨、甲醇、甲烷化煤气生产、燃煤锅炉、石油开采的脱硫化氢（H₂S）烟气净化领域。示例性的，设计处理烟气量5.0×10⁵m³/h，视情况采用1个反应器单塔处理或采用多反应器并联进行处理，设计烟气空速500～2000h^-1。烟气组分中硫化氢（H₂S）体积分数为10～2000×10^-6，还含有部分有毒重金属离子汞、镉等，有害烟尘。吸附温度在20～200℃；所用吸附剂颗粒为性能合格、经济实惠的活性炭、活性半焦（兰炭）或改性的活性炭和改性的活性半焦（兰炭）。通过反应器，脱除烟气中的硫化氢（H₂S），回收的高浓度硫化氢（H₂S）可用于CLAUS装置制备硫磺。

设计两种工况：工况1为烟气空速800h^-1，工况2为烟气空速1500h^-1，此时吸附温度、设计参数和吸附剂颗粒装填量均与实施例同；但是工况2反应器中吸附剂颗粒装填量增加2倍，反应器体积增加2倍，或在两个相当于原反应器体积0.9倍的反应器内联合处理。

从排放源排出的烟气，经过烟囱和引风机后，视吸附剂种类调整温度，如吸附剂颗粒为活性炭或活性半焦（兰炭），把温度经过调节控制到80～150℃的温度范围后进入反应器；还需要视情况增湿，如烟气中水蒸气体积分数低于2%，则通过增湿喷嘴将烟气中的水蒸气体积分数增大到2～10%的范围；吸附剂颗粒为改性的活性炭或改性活性半焦（兰炭），把温度经过调节控制到20～100℃的温度范围后进入反应器。

烟气通过对冲的两个烟气进口270进入反应段内，如烟气中氧气体积分数低于2%，则通过氧化空气进口280将烟气中的氧气体积分数增大到2～5%的范围；烟气氧气混合后，向下进入分流道221，均气隔板212促使烟气径直向下流动，由于均气隔板212与外约翰逊网230的间隙，又促使不同隔板间的不同烟气量进行重新均布；之后，烟气通过外约翰逊网230向心运动，进入吸附剂颗粒层240，在烟气中存在氧气的条件以及适宜的温度和空速条件下，烟气中的硫化氢（H₂S）发生催化氧化反应，生成单质硫（S）附着在吸附剂的微孔内，硫化氢（H₂S）被除去；烟气进一步经过其余内构件，进入中心管260的流道内，在中心管260的集流道261内进一步向上流动，从烟气出口262排出，经过烟气引风机（图中未示出），排入大气；脱硫化氢率与不同的工况、操作条件以及使用的吸附剂的种类有关，采用本实施例的径向错流移动床吸附反应器及方法，期望值为脱硫化氢率不低于95%。硫化氢（H₂S）排放浓度可满足国家标准规定≤0.02mg/L。

吸附剂颗粒从储料罐110内经过四个下料漏斗结构120自由下落，经过四个均布的进料管130进入吸附剂颗粒层240内，在重力作用下向下缓慢移动，脱除烟气中的硫化氢（H₂S）；脱硫后吸附饱和的吸附剂颗粒在重力的作用下继续向下移动，通过吸附剂颗粒层240底部的环形出料管310和下料漏斗结构120，经出料口321排出，进入后续的输送系统并输送到脱附再生塔进行再生，回收的高浓度硫化氢（H₂S）可用于CLAUS装置制备硫磺。

由上可见，本实施例下料段的下料结构保证了下料均匀；所述反应段均气隔板的结构设置，保证进气轴向与径向的均匀分布，并降低进气压降；所述出料段的环形出料管及漏斗出料结构，保证了下料均匀，克服了中心区颗粒下移速度大于器壁处颗粒下移速度的现象，可用于脱除量大、浓度高的含硫化氢气体，具有下料均匀，连续运行稳定、节省设备投资与运行费用的优点。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种变温吸附脱除硫化氢的径向错流移动床反应器，其特征在于：由上而下依次包括：用于输入吸附剂颗粒的下料段，用于对烟气进行处理的反应段，以及用于输出吸附饱和的吸附剂颗粒的出料段；

所述下料段包括储料罐、下料漏斗结构和进料管；

所述反应段由外而内依次设置有器壁、进气层、外约翰逊网、吸附剂颗粒层、内约翰逊网和中心管，所述器壁和外约翰逊网之间留有间隙形成所述进气层；

所述器壁面向所述外约翰逊网的内侧面上设置有若干条垂直滑槽，每条所述垂直滑槽沿所述器壁的内侧面纵向延伸布置，在每条所述垂直滑槽上插设一均气隔板，将所述进气层分隔为多个分流道，且所述均气隔板与所述外约翰逊网之间留有间隙；

所述出料段包括环形出料管和出料漏斗结构；

所述环形出料管布置在所述吸附剂颗粒层底部上，并通过所述出料漏斗结构汇集输出；

所述反应段上部还设置有氧化空气进口、增湿喷嘴和两个相向设置的烟气进口，所述氧化空气进口和所述增湿喷嘴均导通连接至所述进气层；

所述进料管数量为4-8个，均匀插设在所述吸附剂颗粒层顶部上。

2.如权利要求1所述的变温吸附脱除硫化氢的径向错流移动床反应器，其特征在于：所述吸附剂颗粒层内置的吸附剂颗粒为活性炭、活性半焦、改性活性炭和/或改性活性半焦。