CN105107356B - 一种含硫气体脱硫用旋流反应分离一体化系统及工艺 - Google Patents

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一种含硫气体脱硫用旋流反应分离一体化系统及工艺,属于气体脱硫净化工艺领域。包括旋流反应器(4),其特征在于:所述的旋流反应器(4)的下部通过富液排液管线(6)连接胺液储罐(7)一侧,胺液储罐(7)另一侧通过吸收液循环管线(14)连接旋流反应器(4)上部进液端,旋流反应器(4)上部通过排气装置连接气液旋流分离器(15)。本发明实现了气液混合、反应、分离一体化,解决传统脱硫吸收塔存在的占用空间大、总压降大的问题。旋流反应器总体高度不超过8m,与板式塔和填料塔的几十米的高度相比,极大节省了装置所占空间和装置初始投资;旋流反应器内部适应性强、操作灵活、无动部件,操作不宜发生故障,相对体积较小,检修方便。

Description

一种含硫气体脱硫用旋流反应分离一体化系统及工艺
技术领域
[0001] —种含硫气体脱硫用旋流反应分离一体化系统及工艺,属于气体脱硫净化工艺领 域。
背景技术
[0002]胺法脱硫工艺是含硫气体脱硫中应用最广泛的一种,传统胺法脱硫吸收塔多采用 板式塔或填料塔,这两种塔结构装置总高度往往在数十米以上,占用空间和设备初始投资 都较大,且检修维护不方便,气体经过塔体的压降也较大。为增加气液两相间溶质的传质推 动力,操作压力通常在1 _ OMPa以上,而再生塔操作压力一般选取0 • iMPa〜〇 • 2MPa,这就需要 对吸收液不断升压再减压,增加了能耗损失。
发明内容
[0003]本发明所要解决的技术问题是:克服现有技术的不足,提供一种结构简单、节省能 源、系统稳定、占用空间小、总压降小的含硫气体脱硫用旋流反应分离一体化系统及工艺。 [0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:该含硫气体脱硫用旋流反应分离系 统,包括旋流反应器,其特征在于:所述的旋流反应器的下部通过富液排液管线连接胺液储 罐一侧,胺液储罐另一侧通过吸收液循环管线连接旋流反应器上部进液端,旋流反应器上 部通过排气装置连接气液旋流分离器;
[0005]所述的旋流反应器包括主体和切向进气管口,主体的上部设有切向进气管口,切 向进气管口设有一个或数个,多个切向进气管口绕旋流反应器外侧呈轴对称设置;
[0006]所述主体内设有连通外界的排气芯管,在所述的切向进气管口内和/或排气芯管 的管体内插入雾化喷嘴,切向进气管口内的雾化喷嘴的喷雾方向与切向进气管口内气体来 流方向相对设置。
[0007]使用旋流反应器代替传统吸收塔进行的含硫气体脱硫工艺,采用结构简单、无动 部件的旋流反应器代替板式塔和填料塔,极大程度的简化了吸收装置的结构复杂性;旋流 反应器通过提高湍流度和气液接触面积提高气液传质速率,释放了吸收塔内高压力的操作 要求,有利于节省能源和系统稳定性。
[0008]气液混合、反应、分离一体化,解决传统脱硫吸收塔存在的占用空间大、总压降大 的问题。旋流反应器总体高度不超过8m,与板式塔和填料塔的十几米或者几十米的高度相 比,极大T•省了装置所占空间和装置初始投资;旋流反应器适应性强、操作灵活、内部无动 部件,不易发生故障,相对体积较小,检修方便。
[0009]含硫气体所含硫化氢的吸收过程从切向进口管口内气体与雾化喷嘴喷出的雾滴 相遇开始反应,进入旋流反应器主体内再次与其内部锥形结构喷出的雾滴反应,充分的吸 收反应保证了气体净化度,整个反应过程所需时间小于丨秒,有效提高了含硫气体处理能 力。
[0010]旋流反应器分离出的净化气体从顶部排气芯管排出,排气芯管上部设置雾化喷 嘴,气液继续混合反应后在后续气液旋流式分离器分离作用下,绝大部分液体得以分离,少 部分液体被气流夹带至后续分离器,由后续分离器继续进行分离。充分的吸收反应、高效的 气液分离过程,保证了气体脱硫效果;整个反应过程所需时间小于1秒,有效提高了含硫气 体净化效率。
[0011]所述的主体分为上下连接为一体的两部分,上部为圆柱形筒体,下部为内径逐渐 缩小的锥形筒体。
[0012]所述的主体上部外侧套装有暂存吸收液的外筒体,主体上部环形均布有进液孔, 所述的外筒体上部切向设有进液口。
[0013] 吸收液循环管线端部分成三路,三路管线分别连接插入两组切向进气管口和排气 芯管内的雾化喷嘴。
[0014] 吸收液循环管线端部分成两路,两路管线分别连接插入进液口和排气芯管内的雾 化喷嘴。
[0015]所述的旋流反应器通过排气芯管串联多个旋流反应器和/或气液旋流分离器,或 串联间隔设置的多个旋流反应器和气液旋流分离器。
[0016]溢出气流可根据净化程度选择继续串联一级或多级旋流反应器,或直接外接气液 旋流分离器,将夹带出的液体进行气液分离,分离后的气体从上部出口溢出,可根据情况选 择继续串联一级或多级气液分离器或外接下一级含硫气体处理工艺装置,分离出的液体 从底流口排出循环回胺液储罐。
[0017]所述的胺液储罐内设有相隔离的贫酸液空间和富酸液空间两个空间,富酸液空间 内的液体经排液管连接再生系统,贫酸液空间内的液体经吸收液循环管线进入循环系统。
[0018] —种含硫气体脱硫用旋流反应分离系统的处理工艺,其特征在于:包括如下步骤:
[0019] 含有硫化氢的含硫气体切向进入旋流反应器,同时向旋流反应器内喷入吸收液; [0020]吸收液雾化后与含硫气体接触混合,气液两相流在切向力作用下旋转流动,气体 和液体借助高湍流度迅速传质进行硫化氢的吸收反应,吸收硫化氢后的富酸胺液在离心力 作用下甩向旋流反应器器壁并沿器壁流出;
[0021]由富液排液管线排出,进入富酸胺液储罐,形成贫酸胺液和富酸胺液,贫酸胺液再 次回流至进入富酸胺液储罐,完成吸收液的循环;
[0022]经过初步净化后的含硫气体进入内旋流反应器与雾化喷嘴喷出的吸收液再次接 触进行吸收反应,一部分液体经旋流反应器分离后排出,另一部分液体被气流夹带至后续 气液分离器进行气液分离,含硫气体和吸收液分别单独排出。
[0023]与现有技术相比,本发明所具有的有益效果是:
[0024] 1、首先,使用旋流反应器代替传统吸收塔进行的含硫气体脱硫工艺,采用结构简 单、无动部件的旋流反应器代替板式塔和填料塔,极大程度的简化了吸收装置的结构复杂 性;旋流反应器通过提高湍流度和气液接触面积提高气液传质速率,释放了吸收塔内高压 力的操作要求,有利于节省能源和系统稳定性。
[0025] 2、气液混合、反应、分离一体化,解决传统脱硫吸收塔存在的占用空间大、总压降 大的问题。旋流反应器总体高度不超过8m,与板式塔和填料塔的几十米高度相比,极大节省 了装置所占空间和装置初始投资;旋流反应器内部适应性强、操作灵活、无动部件,操作不 宜发生故障,相对体积较小,检修方便。
[0026] 3、含硫气体所含硫化氢的吸收过程从切向进口管口内气体与雾化喷嘴喷出的雾 滴相遇开始反应,进入旋流反应器主体内再次与其内部锥形结构喷出的雾滴反应,充分的 吸收反应保证了气体净化度,整个反应过程所需时间小于1秒,有效提高了含硫气体净化效 率。
[0027] 4、通过提高气液湍流度增大接触面积提高气液相际传质速率,可适应不同压力的 原料气,与传统吸收塔装置必须高压操作相比,压降较小,且有效节省了反复对吸收液升压 和减压造成的能源;而且结构简单,易于维修,同时解决了现有技术中维修困难和不断对吸 收液升压减压造成能源浪费的问题。
[0028] 5、适应于不同的含硫气体处理量需求,成套工艺装置可以进行撬装化设计,可以 自由移动或任意拼装。
附图说明
[0029]图1为实施例1主视图示意图。
[0030]图2为实施例2主视图示意图。
[0031]图3为实施例3主视图不意图。
[0032]图4为实施例4主视图示意图。
[0033]图5为实施例5主视图示意图。
[0034]其中,1、切向进气管口 2、雾化喷嘴3、进液口 4、旋流反应器5、底流比调节 阀6、富液排液管线7、胺液储罐8、逃逸气排空管9、压力控制阀10、排液管11、 再生液回流管I2、泵I3、流量控制阀14、吸收液循环管线15、气液旋流分离器16、 外筒体17、排气芯管18、进液孔。
具体实施方式
[0035]图1是本发明的最佳实施例,下面结合附图1〜5对本发明做进一步说明。
[0036] 实施例1
[0037]参照附图1: 一种含硫气体脱硫用旋流反应分离一体化系统,包括旋流反应器4、底 流比调节阀5、富液排液管线6、胺液储罐7和气液旋流分离器15,旋流反应器4的下部通过富 液排液管线6连接胺液储罐7—侧,胺液储罐7另一侧通过吸收液循环管线14连接旋流反应 器4上部进液端,旋流反应器4上部通过排气装置连接气液旋流分离器15。
[0038]旋流反应器4包括主体和切向进气管口 1,主体的上部设有切向进气管口丨,切向进 气管口 1设有一个或数个,多个切向进气管口 1绕旋流反应器4外侧呈轴对称设置。主体分为 上下连接为一体的两部分,上部为圆柱形筒体,下部为内径逐渐缩小的锥形筒体。旋流反应 器4底部的液体出口处设有底流比调节阀5,通过底流比调节阀5连接富液排液管线6。主体 的上部设有切向进气管口 1,如图1所示,切向进气管口丨设有对称设置的两组,两组切向进 气管口 1切向设置在旋流反应器4上部的外侧。
[0039]主体内设有连通外界的排气芯管I7,在两组切向进气管口丨内和排气芯管17的管 体内各插入一个雾化喷嘴2,雾化喷嘴2的喷雾方向与切向进气管口 1内气体来流方向相对 设置。吸收液循环管线14端部分成三路,三路管线分别连接插入两组切向进气管口丨和排气 芯管17内的雾化喷嘴2。两组切向进气管口 1上插入的雾化喷嘴2出液端设有弯头,弯头朝向 外侧,与切向进气管口 1的进气方向相对设置,排气芯管17内插入的雾化喷嘴2出液端也设 有弯头,弯头朝下设置。
[0040]吸收液循环管线14上按照液体流向依次设有泵12、流量控制阀13。
[0041]胺液储罐7的上部一侧还设有逃逸气排空管8,并在逃逸气排空管8上设置压力控 制阀9,用于排出随分离出的液体进入胺液储罐7的含硫气体,并将之送回进气管线,在胺液 储罐7的顶部设有再生液回流管11。
[0042] 含硫气体脱硫用旋流反应分离系统的处理工艺,包括如下步骤:
[0043] 含有硫化氢的含硫气体切向进入旋流反应器4,同时向旋流反应器4内喷入吸收 液;在旋流反应器4上部设有两个切向进气管口 1,并在每个切向进气管口 1进气管道上都设 置一个雾化喷嘴2,要求雾化喷嘴2的喷雾方向与气体来流方向轴向相对,气液充分混合后 在旋流反应器4借助其高度湍流度流场进行快速传质反应;
[0044]吸收液雾化后与含硫气体接触混合,气液两相流在切向力作用下旋转流动,气体 和液体借助高湍流度迅速传质进行硫化氢的吸收反应,吸收硫化氢后的富酸胺液在离心力 作用下甩向旋流反应器器壁并沿器壁流出;反应后在旋流反应器4的锥段完成分离,液体从 底流口经过底流比调节阀5和富液排液管线6进入胺液储罐7,
[0045]由富液排液管线6排出,进入胺液储罐7,形成贫酸胺液和富酸胺液,贫酸胺液再次 回流至进入胺液储罐7,完成吸收液的循环;底流比调节阀5可以改变底流比大小调节分离 效率;在图1中的胺液储罐7内,胺液中硫化氢浓度逐渐向底层扩散,上层胺液硫化氢浓度降 低,进入吸收液循环管线14,底层胺液经排液管10去再生系统,再生后的吸收液经再生液回 流管11注回胺液储罐7,储罐上部设置有逃逸气排空管8和压力控制阀9,用于排出随分离出 的液体进入储罐的含硫气体,并将之送回进气管线。
[0046] 经过初步净化后的含硫气体进入旋流反应器4与雾化喷嘴3喷出的吸收液再次接 触进行吸收反应,绝大部分液体受重力作用向下排出旋流反应器旋流反应器4,少部分被气 流夹带至气液旋流分离器15,进行气液分离后,含硫气体和吸收液分别单独排出;
[0047] 旋流反应器4锥段分离出的净化气体从顶部排气芯管17排出,排气芯管17上部设 置雾化喷嘴2,气液再次混合反应,之后在重力作用下,一部分液体沿排气芯管17流下,进入 富液排出管6,一部分被气流夹带溢出;溢出气流可直接外接气液旋流分离器15,将夹带出 的液体进行气液分离,分离后的气体从上部出口溢出,分离出的液体从底流口排出循环回 胺液储罐7。
[0048] 本发明所述的吸收液可以选择乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、二异丙醇胺(DIPA)、 甲基二乙醇胺(MDEA)等常用胺溶液或按一定配比组成的混合胺液。
[0049] 实施例2
[0050] 参照附图2:旋流反应器4主体上部外侧套装有暂存吸收液的外筒体16,主体上部 环形均布有进液孔18,外筒体16上部切向设有进液口 3。吸收液循环管线14端部分成两路, 两路管线分别连接插入进液口 3和排气芯管17内的雾化喷嘴2。进液孔18可为环形均布的多 个圆形小孔。其他设置与工作原理与实施例1相同。
[0051] 实施例3
[0052]参照附图3:旋流反应器4主体上部外侧套装有暂存吸收液的外筒体16,主体上部 环形均布有进液孔18,外筒体17上部切向设有进液口 3。进液孔18可为环形均布的多个长条 孔。/、他设置与工作原理与实施例2相同 [0053] 实施例4
[00M]参照附图4:旋流反应器4通过排气芯管17串联多个旋流反应器4和/或气液旋流分 离器15,或串联间隔设置的多个旋流反应器4和气液旋流分离器15。
[0055]气液再次混合反应,之后在重力作用下,一部分液体沿排气芯管17流下,进入富液 排液管线6,一部分被气流夹带溢出,溢出气流可根据净化程度选择继续串联一级或多级旋 流反应器4,可根据情况选择继续串联一级或多级气液分离器或外接下一级含硫气体处理 工艺装置。其他设置与工作原理与实施例1相同。
[0056] 实施例5
[0057]参照附图5:胺液储罐7内设有相隔离的贫酸液空间和富酸液空间两个空间,富酸 液空间内的液体经排液管10连接再生系统,贫酸液空间内的液体经吸收液循环管线14进入 循环系统。
[0058]胺液储罐7罐体内部分为贫酸液空间和富酸液空间,富酸液经排液管10进行再生, 之后经再生液回流管11进入胺液储罐7,贫酸液经吸收液循环管线14进入循环,逃逸气排空 管8设置在富酸液空间的上部;进入吸收液循环管线14的吸收液在泵12的作用下,并有流量 控制阀13控制流量进入切向进气管口 1上的雾化喷嘴2或外筒体16和排气芯管17内插入的 雾化喷嘴2。其他设置与工作原理与实施例1相同。
[0059]以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非是对本发明作其它形式的限制,任 何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等 效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所 作的任何简单修改、等同变化与改型,仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

  1. 、1 •了种含硫气体脱硫用旋流反应分离一体化系统,包括旋流反应器(4),其特征在于: 所述的旋流反应器⑷的下部通过富液排液管线⑹连接胺液储罐⑺一侧,胺液储罐⑺另 一侧通过吸收液循环管^(14)连接旋流反应器(4)上部进液端,旋流反应器(4)上部通过排 气装置连接气液旋流分离器(I5);胺液储罐(7)的上部一侧还设有逃逸气排空管,并在 逃逸气排空管(8)上设置压力控制阀(9),用于排出随分离出的液体进入胺液储罐(7)的含 硫气体,并将之送回进气管线,在胺液储罐(7)的顶部设有再生液回流管(11); 所述的旋流反应器(4)包括主体和切向进气管口(1),主体的上部设有切向进气管口 a),切向进气管口 a)设有数个,多个切向进气管口 a)绕旋流反应器(4)外侧呈轴对称设 置; 所述主体内设有连通外界的排气芯管(17),在所述的切向进气管口(1)内和排气芯管 (17) 的管体内插入雾化喷嘴(2),切向进气管口(1)内的雾化喷嘴(2)的喷雾方向与切向进 气管口(1)内气体来流方向相对设置; 所述的主体上部外侧套装有暂存吸收液的外筒体(16),主体上部环形均布有进液孔 (18) ,所述的外筒体(17)上部切向设有进液口(19);吸收液循环管线(14)端部分成两路,两 路管线分别连接插入进液口(19)和排气芯管(17)内的雾化喷嘴(2); 所述的胺液储罐(7)内设有相隔离的贫酸液空间和富酸液空间两个空间,富酸液空间 内的液体经排液管连接再生系统,贫酸液空间内的液体经吸收液循环管线(14)进入循环系 统。
  2. 2.根据权利要求1所述的一种含硫气体脱硫用旋流反应分离一体化系统,其特征在于: 所述的主体分为上下连接为一体的两部分,上部为圆柱形筒体,下部为内径逐渐缩小的锥 形筒体。
  3. 3. 根据权利要求1所述的一种含硫气体脱硫用旋流反应分离一体化系统,其特征在于: 所述的旋流反应器(4)通过排气芯管(17)串联多个旋流反应器(4)和/或气液旋流分离器 (15),或串联间隔设置的多个旋流反应器(4)和气液旋流分离器(15)。
  4. 4. 根据权利要求1〜3任一项所述的一种含硫气体脱硫用旋流反应分离一体化系统的处 理工艺,其特征在于:包括如下步骤: 含有硫化氢的含硫气体切向进入旋流反应器(4),同时向旋流反应器(4)内喷入吸收 液; 吸收液雾化后与含硫气体接触混合,气液两相流在切向力作用下旋转流动,气体和液 体借助高湍流度迅速传质进行硫化氢的吸收反应,吸收硫化氢后的富酸胺液在离心力作用 下甩向旋流反应器器壁并沿器壁流出; 由富液排液管线(6)排出,进入富酸胺液储罐(7),形成贫酸胺液和富酸胺液,贫酸胺液 再次回流至进入富酸胺液储罐(7),完成吸收液的循环; 经过初步净化后的含硫气体进入旋流反应器(4)入口管与雾化喷嘴(2)喷出的吸收液 再次接触进行吸收反应,一部分液体在旋流反应器(4)内得到分离,另一部分液滴被气流夹 带至气液旋流分离器(15)继续进行气液离心分离,含硫气体和吸收液分别单独排出。
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