CN111375366B - 一种旋转床反应器及两级吸收工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可用于两级吸收的旋转床反应器。所述反应器包括液相进料管和液相分布器；液相进料管包括第一液相进料管和第二液相进料管，第二液相进料管的上段套装于第一液相进料管内部，而第二液相进料管的下段超出第一液相进料管的下端；第一液相进料管位于转动床体中心空筒内的管壁上设置有第一液相分布器，第二液相进料管的下部管壁上设置有第二液相分布器；第二液相进料分布器。本发明的旋转床反应器结构简单、体积小、使用可靠性高，适用于强化传质的气液吸收的传质与反应过程。

Description

一种旋转床反应器及两级吸收工艺
技术领域
本发明涉及一种可用于两级吸收的旋转床反应器，属于化工设备领域，适用于气液吸收传质反应，尤其适用于强化传质的气液相传质反应过程。
背景技术
旋转床反应器是二十世纪八十年代初发展起来的一种新型化工设备，与传统传质设备相比，旋转床反应器具有传质效率高，设备体积小，物料停留时间短等特点。
通常旋转床反应器设备由壳体、床层组件和电机等部件构成，床层多采用多孔介质，物料在床层内进行传质和反应。气液相在在巨大的剪切力作用下被撕裂成微米至纳米级的的液膜、液丝和液滴。同时床层高速旋转产生的强大离心力将液滴拉伸为极薄的液膜，切割与拉伸不断交互作用，单位体积的液相获得极大的比表面积，使得气液两相间的传质作用得到极大地强化。美国专利US4382900公开了一种用于气液分离的旋转床装置；苏联专利SU127408公开了一种典型的多层旋转床结构，CN1608715A公开了一种脱除气相中杂质的方法，增加了除雾结构，同时使用两种不同规格的填料，以减少固体物质对填料层的堵塞；CN1686591A、CN2768867A公开了一种多层折流式超重力旋转床创智，由多层折流圈构成，折流圈由动折流圈和静折流圈构成。CN1116125A公开了一种错流旋转床超重力装置，在转子轴上设置叶轮，抽吸气相，旋转床层呈微负压工况，不利于气相分子在液滴表面的附着溶解。CN2581060Y公开了一种旋转床超重力多相反应器，采用了螺旋通道型旋转床，螺旋线为阿基米德螺旋线，可获得较长的气相接触路径，但阻力大，无抽吸能力。
目前，旋转床反应器分散液相效果极好，能够有效实现强化传质，但由于旋转床反应器反应速率高，反应时间短，很容易实现液相吸收平衡，导致无法实现更深层次的吸收效果，影响装置的吸收效果，这也是旋转床反应器虽然传质效率远远高于塔设备，但是总吸收效率却相当于或低于塔设备的原因，因此，如何打破液相吸收平衡，是旋转床用于气液吸收领域急需解决的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种可采用两级吸收的旋转床反应器。该旋转床反应器可实现分段进液，提高吸收率，结构简单、体积小、使用可靠性高、稳定性好的两级旋转床反应器。
为解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种可采用两级吸收的旋转床反应器。
本发明的技术方案如下：
一种两级吸收旋转床反应器，包括上封头、下封头、筒体、转动床体、分隔组件、密封组件、气相入口管、气相出口管、液相进料管、液相出料管、液相进料分布器及驱动电机；所述上封头、筒体和下封头构成反应器壳体；所述的液相进料管包括第一液相进料管和第二液相进料管，第二液相进料管的上段套装于第一液相进料管内部，而第二液相进料管的下段超出第一液相进料管的下端；第一液相进料管位于转动床体中心空筒内的管壁上设置第一液相分布器，第二液相进料管的下部（段）管壁上设置有第二液相分布器。
进一步的，所述的第一（第二）液相分布器是在第一（第二）液相进料管上设置分布孔或分布组件得到的。所述的分布孔可以为圆形、三角形或四方形等结构，分布孔的截面积为液相进料管截面积的1～8倍，优选为2～4倍。分布组件可以选择喷射组件，喷射组件的喷射角度为0～180°，优选为30°～120°。
进一步的，所述的第一液相分布器和第二液相分布器均设置在旋转床体的中心空筒内。
进一步的，所述密封组件为可转动的动密封结构。密封组件由若干环形分布、且呈一定倾角的斜槽或叶片构成，其与转动床体（床层）一起旋转。
所述的转动床体竖直设置在反应器壳体内的中部。转动床体通过下部的旋转轴与驱动装置连接。旋转床中心为空筒结构，液相进料分布器设置在旋转床中心的空筒结构内。
气相入口设置在密封构件下侧的反应器壳体上，气相出口设置在上封头上。液体进料管（液体入口）设置在密封构件上侧的反应器壳体上，液相出口设置在下封头上。
第一液相进料管通常与一级吸收液入口连通，第二液相进料管同二级吸收液入口连通。
所述反应器的筒体为圆柱形筒体，圆柱形反应器竖直设置。转动床体采用耐腐蚀框架和床层构成，床层采用耐腐蚀金属丝网或填料构成；转动床体外形为圆柱筒形，转动床体与反应器壳体之间设置适宜空隙，形成环状空间。旋转床中心为圆柱形空筒，液相分布器设置在该圆柱形空筒中，液相分布器与旋转床之间具有适宜空隙，形成环状空间。液相分布器上设置适宜的物料分布孔。第一液相分布器与第二液相分布器的长度之和与旋转床的轴向长度对应。旋转轴与旋转床一端的固定板固定连接，旋转轴竖直设置；旋转轴通过下封头与反应器外上部或下部设置的驱动装置连接。
本发明中，转动床体上部与设置在反应器壳体上的分隔组件间设置密封构件，所述密封构件为可转动的动密封结构，由若干环形分布、且呈一定倾角的斜槽或叶片构成，与转动床体（床层）一起旋转。所述动密封结构采用斜形齿槽组件时，其槽形根部直径大于或等于转动床体的外径。斜形齿槽组件与旋转床体同轴。所述的斜形齿槽组件沿周向可以设置若干数量的斜形槽；斜形齿槽组件中斜形槽倾角与旋转床转动方向相同。斜形槽的倾角一般为10º～75º，优选30º～45º；槽深一般为1～80mm，优选3～10mm；槽宽一般为2～30mm，优选3～10mm；槽的高度一般为10～200mm，优选10mm～30mm。
本发明第二方面提供了一种两级吸收工艺，其中使用了前述的两级吸收旋转床反应器。
本发明的两级吸收工艺可以应用于N-甲基二乙醇胺（简称MDEA）吸收含硫气体的工艺过程，也可应用于其他需要吸收或者多级反应的工艺过程。
以MDEA吸收含H2S气体为例，具体来说，本发明的两级吸收工艺，包括以下内容：
待脱硫或待吸收气体，如含H2S气体催化干气等，从气相入口进入旋转床反应器，气相在穿过旋转床层的过程中，首先与第二液相分布器喷出的二级吸收液如MDEA（N-甲基二乙醇胺）半贫液进行错流接触；第二液相分布器经设置的分布孔将物料分散到高速转动的转动床层组件内壁上，形成剧烈撞击，实现强化混合；物料在流过床层时，不断被床层切割，物料在此反复实现分散－聚并过程，强化了混合效果。物料在高速运转的床层作用下被甩离床层，并高速撞击在反应器筒壁上，再次强化混合效果，进一步充分反应，充分利用于物料的动能。气相中所含有的H2S大部分被MDEA吸收液所吸收；与二级吸收液即MDEA半贫液接触后的气体继续向上流动，与第一进料液相分布器喷出的一级吸收液即MDEA贫液接触，气液相在流过转动床层时，不断被床层切割，物料在此反复实现分散－聚并过程，强化了吸收混合效果。保证气体中剩余的微量H2S再次被吸收净化，吸收净化后的气体经气体出口排出旋转床反应器，反应后的MDEA吸收液经过旋转床反应器底部的液相出口排出反应器。
与现有技术相比，本发明的两级吸收旋转床反应器具有以下有益效果：
1、本发明的两级吸收旋转床反应器仅包括一级旋转床反应器，通过设置套装的第一液相进料管和第二液相进料管，使得第一液相分布器和第二液相分布器分别对应旋转床层的不同轴向高度，从而能够实现利用一级旋转结构，进行两级吸收液吸收的工艺过程。
2、本发明的两级吸收旋转床反应器为两级吸收过程，具有以下功能：采用两级吸收，旋转床层分为两部分，可以分别采用不同的吸收液进行分级吸收，实现更深层次的吸收，因而打破了单级吸收液平衡，有效地提高了吸收效果。
3、本发明的旋转床反应器具有多级吸收、吸收效率高、稳定性强、密封性能高、节省电耗及运行平稳的优点，同时还极大地降低了能耗。
附图说明
图1是本发明两级吸收旋转床反应器结构示意相对图。
其中，1为气相出口，2为斜齿槽，3为斜形齿槽组件，4为转动床体，5为筒体，6为下封头，7为下封头机械密封，8为联轴器，9为电机，10为液相出口，11为气相入口，12为转动轴，13为液相进料分布器，14为分隔组件，15为第二液相进料管，16为第一液相进料管，17为上封头。
图2为本发明的液相分布器的结构示意图。
其中，18为第二液相分布器，19为第一液相分布器。
图3是本发明旋转床反应器斜齿槽组件外形示意图。
图4是本发明旋转床反应器斜齿槽组件平面结构示意图。
具体实施方式
结合图1-4对本发明所述两级吸收旋转床反应器作进一步说明，所述反应器包括上封头17、下封头6、筒体5、转动床体4、分隔组件14、第二液相进料管15、第一液相进料管16、第二液相分布器18、第一液相分布器19、、气相入口11、气相出口1、斜齿槽2、斜形齿槽组件3、下封头机械密封7、联轴器8、驱动电机9、液相出口10、转动轴12。
所述上封头17、筒体5和下封头6构成反应器壳体，转动床体4竖直设置在壳体内中部，转动床体通过转动轴12与驱动电机9连接，转动轴与转动床体一端固定板固定连接，转动轴竖直设置；旋转轴通过下封头与反应器外下部设置的驱动电机9连接；转动床体中心为空筒结构，第二液相分布器18、第一液相分布器19设置在旋转床中心的空筒结构内，第二液相分布器18与第二液相进料管15连通，第一液相分布器19与第一液相进料管16连通，液相进料分布器上设置适宜的物料分布孔，物料分布管的总长度与旋转床的轴向长度对应；转动床体上部与设置在反应器壳体上的分隔组件间设置密封构件14，即，在转动床体上端设置斜齿槽组件3，所述斜齿槽组件3为可转动的动密封结构，由若干环形分布、且呈一定倾角的斜槽或叶片构成，并与床层一起旋转。气相入口11设置在密封构件下侧的反应器壳体上，气相出口1设置在上封头17上，第一液相进料管16和第二液相进料管15设置在密封构件上侧的反应器壳体5上，液相出口10设置在下封头6上。
本发明旋转床反应器在工作时，气相自转动床体底部向上部流动，，液相自设置在转动床体中心的液相分布管喷散到转动床体内壁上，并分为两级吸收，可以同时采用新鲜吸收液和半新鲜吸收液，也可以同时采用新鲜吸收液，在离心力的作用下，向转动床体外沿运动，气液实现多级错流接触，完成传质与反应。
旋转床反应器的分散液相效果极好，能够有效实现强化传质，但由于旋转床反应器反应速率高，反应时间短，很容易实现液相吸收平衡，导致无法实现更深层次的吸收效果，影响装置的吸收效果，这也是旋转床反应器虽然传质效率远远高于塔设备，但是总吸收效率却相当于或低于塔设备的原因。
而本发明采用两级吸收的旋转床反应器，实现了液相的分段进液，可分别进入新鲜吸收液和半新鲜吸收液，实现分级吸收，提高吸收率，保证处理效果，且结构简单、体积小、使用可靠性高、稳定性好。
与现有技术相比，本发明旋转床反应器具有多级吸收、吸收效率高、密封性能高、节省电耗及运行平稳的优点。
下面结合具体实施例说明本发明的应用效果，但并不因此限制本发明的保护范围。
实施例1
采用如图1所示结构的反应器，旋转床的床层由不锈钢丝网填料构成，不锈钢丝网填料的床层空隙率为0.95，比表面积为4000m2/m3，金属丝直径为1mm，旋转床层体积占旋转床反应器总容积的65%。以质量浓度为30%的MDEA溶液作为吸收液，吸收含硫化氢体积分数为1%的气体。
气体压力为0.6MPa，气体温度为30℃，吸收液温度为35℃，气体气速为0.7-4m/s，优选为1-2m/s，液体喷淋密度为0-45 m3/（m2·h)，优选为10-20 m3/（m2·h)，旋转床的转速一般为50～5000转/分（rpm），优选为150～2000rpm。反应物料在反应器内的反应停留时间一般为1～600秒，优选为10～100秒。
吸收液采用两级进料，分别从第二液相进料管15和第一液相进料管16进料；一级吸收液采用新鲜贫液，二级吸收液采用半贫液。反应结果见表1。
比较例1
采用普通旋转床反应器，操作条件不变，吸收液进料量相同，一级进料。进料为新鲜贫液，进料液量与实施例中的新鲜贫液、半贫液液量之和相同。反应结果见表1。
表1 反应结果。
Figure DEST_PATH_IMAGE001
从上述实施例和比较例可以看出，虽然实施例中的吸收液量与比较例中的吸收液量相同，但实施例中的吸收液部分采用半贫液（已吸收部分H2S的吸收液），不仅使得吸收液得到充分利用，且吸收效率经过两级吸收后，高于比较例中的一级吸收效果。即本发明两级吸收旋转床反应器具有吸收效率高、结构简单、节能等特点。

Claims (22)

1.一种用于含H2S气体吸收的旋转床反应器，其特征在于，包括上封头、下封头、筒体、转动床体、分隔组件、密封组件、气相入口管、气相出口管、液相进料管、液相出料管、液相进料分布器及驱动电机；所述上封头、筒体和下封头构成反应器壳体；所述的液相进料管包括第一液相进料管和第二液相进料管，第二液相进料管的上段套装于第一液相进料管内部，而第二液相进料管的下段超出第一液相进料管的下端；第一液相进料管位于转动床体中心空筒内的管壁上设置有第一液相分布器，第二液相进料管的下部管壁上设置有第二液相分布器；所述第一液相进料管与一级吸收液入口连通，所述第二液相进料管同二级吸收液入口连通。
2.按照权利要求1所述的旋转床反应器，其特征在于，所述的第一液相分布器和第二液相分布器是通过在进料管上设置分布孔得到的。
3.按照权利要求1所述的旋转床反应器，其特征在于，第一液相分布器和第二液相分布器均设置在旋转床中心的空筒结构内。
4.按照权利要求1所述的旋转床反应器，其特征在于，所述的转动床体竖直设置在反应器壳体内的中部。
5.按照权利要求1所述的旋转床反应器，其特征在于，所述转动床体通过旋转轴与驱动电机连接。
6.按照权利要求1所述的旋转床反应器，其特征在于，所述的气相入口设置在密封构件下侧的反应器壳体上，气相出口设置在上封头上。
7.按照权利要求1所述的旋转床反应器，其特征在于，所述的液相进料管贯穿密封构件上侧的反应器壳体设置，液相出口设置在下封头上。
8.按照权利要求2所述的旋转床反应器，其特征在于，所述的分布孔为圆形、三角形或四方形结构；分布孔的截面积为液相进料管截面积的1～8倍。
9.按照权利要求1所述的旋转床反应器，其特征在于，所述的密封组件设置于转动床体上部与反应器壳体上的分隔组件之间。
10.按照权利要求9所述的旋转床反应器，其特征在于，所述密封组件为可转动的动密封结构；密封组件由若干环形分布、且呈一定倾角的斜形齿槽或叶片构成，其可与转动床体一起旋转。
11.按照权利要求1所述的旋转床反应器，其特征在于，所述反应器的筒体为圆柱形筒体，圆柱形筒体竖直设置。
12.按照权利要求11所述的旋转床反应器，其特征在于，所述的转动床体采用耐腐蚀框架和床层构成，床层采用耐腐蚀金属丝网或填料构成。
13.按照权利要求1所述的旋转床反应器，其特征在于，所述的转动床体与反应器壳体之间设置适宜空隙，形成环状空间。
14.按照权利要求1所述的旋转床反应器，其特征在于，所述的液相分布器与旋转床体之间设置适宜空隙，形成环状空间。
15.按照权利要求1所述的旋转床反应器，其特征在于，所述的第一液相分布器与第二液相分布器的长度之和与旋转床的轴向长度对应。
16.按照权利要求5所述的旋转床反应器，其特征在于，所述的旋转轴与转动床体一端的固定板固定连接，旋转轴竖直设置；旋转轴通过封头与反应器外上部或下部设置的驱动装置连接。
17.按照权利要求10所述的旋转床反应器，其特征在于，所述斜形齿槽的槽形根部直径大于或等于转动床体的外径。
18.按照权利要求10所述的旋转床反应器，其特征在于，所述的斜形齿槽与转动床体同轴。
19.按照权利要求10所述的旋转床反应器，其特征在于，所述的斜形齿槽沿周向设置若干数量的斜形槽；斜形槽倾角与转动床体转动方向相同。
20.按照权利要求19所述的旋转床反应器，其特征在于，所述斜形槽的倾角为10º～75º，槽深为1～80mm，槽宽为2～30mm，高度为10～200mm。
21.一种含H2S气体两级吸收工艺，其中使用了权利要求1-20任一所述的旋转床反应器。
22.按照权利要求21所述的含H2S气体两级吸收工艺，其特征在于，包括以下内容：含H2S气体从气相入口进入旋转床反应器，气相在穿过旋转床层的过程中，首先与第二液相分布器喷出的二级吸收液MDEA半贫液进行错流接触；与二级吸收液即MDEA半贫液接触后的气体继续向上流动，与第一进料液相分布器喷出的一级吸收液MDEA贫液接触，吸收净化后的气体经气体出口排出旋转床反应器，反应后的MDEA吸收液经过旋转床反应器底部的液相出口排出反应器。
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