CN112535936A - 一种减缓酸性气体腐蚀性的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种减缓酸性气体腐蚀性的装置及方法，涉及多相分离技术领域，该装置包括液态水分离单元和气态水分离单元，液态水分离单元的出口与气态水分离单元的入口连接；液态水分离单元的出口处设有出气管，出气管中设置有用于使气体发生流向转变的多通道填料；多通道填料中具有多个上下相通的曲线型通道或折线型通道，使气体自下而上的通过多通道填料。该装置通过对酸性气的气液混合体进行两级水分离，可实现酸性气体中水分的深度脱除，缓解下游设备及管道的湿硫化氢腐蚀，从而保证下游装置的长周期运行，具有良好的经济效益。

Description

一种减缓酸性气体腐蚀性的装置及方法
技术领域
本发明涉及多相分离技术领域，具体而言，涉及一种减缓酸性气体腐蚀性的装置及方法。
背景技术
炼厂中副产的干气和液化气在统一收集作为燃料使用之前需要进行脱硫，通常采用有机胺吸收法对干气或液化气中的H2S进行吸收处理，产生的富胺液导入胺液汽提再生塔进行溶剂再生，再生塔顶产生的富含H2S的酸性气经冷却回流后导入硫磺回收装置。然而在装置的运行过程中，胺液再生塔顶回流罐顶的酸性气在导出时会夹带部分液态水，而且酸性气的湿度呈饱和状态，在输送过程中经冷却会产生液态水，液态水加上H2S形成酸性环境，会对输送酸性气的管道和下游设备产生湿H2S腐蚀，反应式为：Fe+2H+→Fe2++H2↑，且该类腐蚀在低温下的腐蚀速率快，短时间内会导致设备及管道出现腐蚀泄露，严重影响装置的长周期运行，目前针对该问题，尚没有合适的解决方案。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种减缓酸性气体腐蚀性的装置及方法。
本发明是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种减缓酸性气体腐蚀性的装置，其包括液态水分离单元和气态水分离单元，所述液态水分离单元的出口与所述气态水分离单元的入口连接；
所述液态水分离单元的出口处设有出气管，所述出气管中设置有用于使气体发生流向转变的多通道填料；
所述多通道填料中具有多个上下相通的曲线型通道或折线型通道，以使得气体自下而上的通过所述多通道填料。
优选地，所述多通道填料中的通道为锯齿形通道或波浪形通道。
优选地，所述锯齿形通道的弯折角度为21°～50°。
优选地，所述多通道填料包括多个相互平行且间隔设置的锯齿形或波浪形折流片，相邻两个折流片之间形成所述锯齿形通道或波浪形通道。
优选地，相邻两个的折流片之间的间隙为1～10mm。
优选地，所述折流片上开设有孔。
优选地，所述孔为圆形孔。
优选地，所述圆形孔的孔径为0.1～5mm。
优选地，所述圆形孔的开孔率为27％～39％。
优选地，所述折流片的表面经过粗糙处理和/或亲水改性。
当进行亲水改性时，改性材料选自2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸和N-异丙基丙烯酰胺中的至少一种。
优选地，所述多通道填料的材料选自：聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯和聚全氟乙烯中的任意一种。
优选地，所述液态水分离单元为气液旋流分离器。
优选地，所述气液旋流分离器的底部还设有集液器。
优选地，所述气态水分离单元为除湿装置。
优选地，所述除湿装置为陶瓷膜除湿装置。
所述除湿装置为多级陶瓷膜除湿装置，级数为2～5。
优选地，所述陶瓷膜为亲水陶瓷中空纤维膜，孔径为80nm～1μm。
优选地，所述中空纤维的材料选自：氧化铝、氧化锆和氧化硅中的至少一种。
优选地，所述陶瓷膜除湿装置内设置有2根以上的陶瓷膜组件。
优选地，所述陶瓷膜组件的内壁经过表面亲水改性，改性材料选自2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸和N-异丙基丙烯酰胺中的至少一种。
第二方面，本发明实施例提供了一种减缓酸性气体腐蚀性的方法，其包括采用如前述任一实施方式所述的减缓酸性气体腐蚀性的装置对酸性气体进行处理。
本发明具有以下有益效果：
本发明实施例提供了一种减缓酸性气体腐蚀性的装置及方法，该装置包括液态水分离单元和气态水分离单元，液态水分离单元的出口与气态水分离单元的入口连接；液态水分离单元的出口处设有出气管，出气管中设置有用于使气体发生流向转变的多通道填料；多通道填料中具有多个上下相通的曲线型通道或折线型通道，使气体自下而上的通过多通道填料。该装置通过对酸性气的气液混合体进行两级水分离，可实现酸性气体中水分的深度脱除，缓解下游设备设置以及管道的湿硫化氢腐蚀，从而保证下游装置的长周期运行，具有良好的经济效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为实施例1提供的减缓酸性气体腐蚀性的装置的结构示意图；
图2为图1装置中出气管的结构示意图。
图标：100-液态水分离单元；10-减缓酸性气体腐蚀性的装置；110-气液旋流分离器；113-集液箱；120-出气管；200-气态水分离单元；201-陶瓷膜组件；210-第一陶瓷膜除湿装置；220-第二陶瓷膜除湿装置；130-多通道填料；131-锯齿形折流片。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
实施例提供了一种减缓酸性气体腐蚀性的装置10，请参照附图1，其包括液态水分离单元100和气态水分离单元200，液态水分离单元100的出口与气态水分离单元200的入口相通。
液态水分离单元100为锥形的气液旋流分离器110，气液旋流分离器110的内壁涂覆有防腐涂层，防腐涂层的材料为酚醛树脂。气液旋流分离器110的底部连接有集液箱113，集液箱113的上端设有液封结构。
气液旋流分离器110的出口处设有出气管120，出气管120中设置有用于使气体发生流向转变的多通道填料130。
在本实施例中，出气管120的内侧壁设置有多个卡槽，该多通道填料130由多个相互平行且间隔设置的波浪形或锯齿形折流片131组成，参照附图2，折流片可插入出气管120中，相邻两个锯齿形折流片131之间形成规则的锯齿形通道，以使得气体自下而上的通过多通道填料130。相邻两个的折流片之间的间隙为3.5mm，锯齿形通道的弯折角度为32°。
需要说明的是，在其他实施方式中，折流片也可以固定连接于出气管120中，或折流片可以为规则的波浪形折流片。在一些实施方式中，多通道填料130也可以由折流片和连接片组成，多个折流片通过连接件相互间隔设置，对连接件的形状和连接方式不作具体限定，例如，连接件可以为管状结构，环设于多个折流片周侧，以使多个折流片之间相互间隔设置。
在其他实施例中，相邻两个的折流片之间的间隙可以为1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm和10mm中的任意数值。锯齿形通道的弯折角度可以为21°、22°、23°、24°、25°、26°、27°、28°、29°、30°、31°、32°、33°、34°、35°、36°、37°、38°、39°、40°、41°、42°、43°、44°、45°、46°、47°、49°和50°中的任意角度。
进一步地，折流片上开设有孔，折流片上的孔能够使得气体混合体在通过多通道填料130时产生旋转，随着液滴(气体中的液滴)的动能下降，旋转半径急剧下降，液滴或雾沫由于表面张力与亲水的通道表面碰撞并聚结，随着液滴被捕集吸附的量越来越大，捕集汇流的液体在自身重力的作用下，随着填料的通道流向气液旋流分离器110底部的集液箱113中进行收集，最后排出，酸性气体从出气管120中导出时，其夹带的液态水基本被脱除干净。
本发明对折流片上开孔的形状不作具体限制，其可以为方形、菱形或其他不规则形；孔径可以选择0.1、0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm和5mm中的任意一种；孔的开孔率可以为27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％和39％中的任意数值。在本实施例中，孔为圆形孔，孔的孔径为3mm，圆形孔在折流片上的开孔率为30％，这样设置时，酸性气体中夹带的液态水的脱除效果更好。
本发明对多通道填料130的材料不作具体限定，多通道填料130的材料可以选自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯和聚全氟乙烯中的任意一种。在本实施例中，多通道填料130的材料为聚四氟乙烯。
进一步地，折流片的表面经过亲水改性，改性材料可选自2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸和N-异丙基丙烯酰胺中的至少一种。在本实施例中，改性材料为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。
气态水分离单元200为多级陶瓷膜除湿装置，主要用于对酸气气体中夹带的气态水进行脱除。
多级陶瓷膜除湿装置级数可选择2、3、4和5中的任意级数，本实施例中，气态水分离单元200为两级陶瓷膜除湿装置，具体包括第一陶瓷膜除湿装置210和第二陶瓷膜除湿装置220。
第一陶瓷膜除湿装置210和第二陶瓷膜除湿装置220的顶部均具有与出气管120的出气端相接的气体入口，第一陶瓷膜除湿装置210和第二陶瓷膜除湿装置220的底部还具有用于排出气体的气体出口，该气体出口可以与后续的处理装置(如去硫磺装置)相通。
第一陶瓷膜除湿装置210和第二陶瓷膜除湿装置220的下部均具有用于输入氮气的氮气入口，第一陶瓷膜除湿装置210和第二陶瓷膜除湿装置220的上部均具有用于输出氮气的氮气出口，第一陶瓷膜除湿装置210的氮气出口与第二陶瓷膜除湿装置220的氮气入口相通。
具体地，第一陶瓷膜除湿装置210和第二陶瓷膜除湿装置220内均设置有2根以上的陶瓷膜组件201。基于溶解-扩散机理，水蒸气在其中的透过速率比较大，其渗透系数比H2S高至少两个数量级，当湿润空气流经中空纤维膜时被膜表面吸收，从而在膜两侧表面产生浓度梯度，水蒸气在极薄的膜壁中扩散至膜丝的另一侧，并由小部分氮气反吹带出膜干燥器，得到的干燥酸性气从中空纤维膜出口流出，从而完成水-气分离，整个过程中，膜内外始终存在的水蒸气分压差保证了水分子不断向外扩散，形成一个连续不间断的干燥过程，经过该装置可以脱除酸性气60～75％的气态水含量。
进一步地，陶瓷膜组件201的内壁经过表面亲水改性，改性材料可选自2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸和N-异丙基丙烯酰胺中的至少一种。陶瓷膜为亲水陶瓷中空纤维膜，孔径可以为80nm～1μm。中空纤维的材料选自氧化铝、氧化锆和氧化硅中的至少一种。
在本实施例中，第一陶瓷膜除湿装置210和第二陶瓷膜除湿装置220内均设置有4根陶瓷膜组件201，且陶瓷膜组件201的内壁均经过表面亲水改性，改性材料为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。陶瓷膜为亲水陶瓷中空纤维膜，孔径为1000nm，中空纤维的材料为氧化铝、氧化锆和氧化硅的混合物。该两级陶瓷膜除湿装置的壳程采用碳钢制备，壳程内壁涂有防腐涂层，材料为酚醛树脂。
实施例2
一种减缓酸性气体腐蚀性的装置10，该装置大致与实施例1提供的减缓酸性气体腐蚀性的装置10相同，区别在于：
第一陶瓷膜除湿装置210和第二陶瓷膜除湿装置220内的陶瓷膜组件201内壁未经亲水改性。
实施例3
一种减缓酸性气体腐蚀性的装置10，该装置大致与实施例1提供的减缓酸性气体腐蚀性的装置10相同，区别在于：
折流片上未开设有孔。
实施例4
一种减缓酸性气体腐蚀性的装置10，该装置大致与实施例1提供的减缓酸性气体腐蚀性的装置10相同，区别在于：
多级陶瓷膜除湿装置级数为3级。
试验例1
分别采用实施例1和实施例2提供的减缓酸性气体腐蚀性的装置10，根据实施例8提供的方法，对40℃的饱和酸性气混合体进行处理。
经处理后，发现经实施例1的装置处理后的气体，无液态水夹带现象,水蒸气脱除率60％。
经实施例2的装置处理后的气体，无液态水的夹带现象，水蒸气脱除率55％。
经实施例3的装置处理后的气体，有少量液态水夹带现象，水蒸气脱除率59％。
经实施例4的装置处理后的气体，无液态水夹带现象，水蒸气脱除率66％。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种减缓酸性气体腐蚀性的装置，其特征在于，其包括液态水分离单元和气态水分离单元，所述液态水分离单元的出口与所述气态水分离单元的入口连接；
所述液态水分离单元的出口处设有出气管，所述出气管中设置有用于使气体发生流向转变的多通道填料；
所述多通道填料中具有多个上下相通的曲线型通道或折线型通道，使气体自下而上的通过所述多通道填料。
2.根据权利要求1所述的减缓酸性气体腐蚀性的装置，其特征在于，所述多通道填料中的通道为锯齿形通道或波浪形通道；
优选地，所述锯齿形通道的弯折角度为21°～50°。
3.根据权利要求2所述的减缓酸性气体腐蚀性的装置，其特征在于，所述多通道填料包括多个相互平行且间隔设置的锯齿形或波浪形折流片，相邻两个折流片之间形成所述锯齿形通道或波浪形通道；
优选地，相邻两个的折流片之间的间隙为1～10mm。
4.根据权利要求3所述的减缓酸性气体腐蚀性的装置，其特征在于，所述折流片上开设有孔。
5.根据权利要求4所述的减缓酸性气体腐蚀性的装置，其特征在于，所述孔为圆形孔；
优选地，所述圆形孔的孔径为0.1～5mm；
优选地，所述圆形孔的开孔率为27％～39％。
6.根据权利要求3所述的减缓酸性气体腐蚀性的装置，其特征在于，所述折流片的表面经过粗糙处理和/或亲水改性；
当进行亲水改性时，改性材料选自2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸和N-异丙基丙烯酰胺中的至少一种；
优选地，所述多通道填料的材料选自：聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯和聚全氟乙烯中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的减缓酸性气体腐蚀性的装置，其特征在于，所述液态水分离单元为气液旋流分离器；
优选地，所述气液旋流分离器的底部还设有集液器。
8.根据权利要求1～7任一项所述的减缓酸性气体腐蚀性的装置，其特征在于，所述气态水分离单元为除湿装置；
优选地，所述除湿装置为陶瓷膜除湿装置；
所述除湿装置为多级陶瓷膜除湿装置，级数为2～5。
9.根据权利要求8所述的减缓酸性气体腐蚀性的装置，其特征在于，所述陶瓷膜为亲水陶瓷中空纤维膜，孔径为80nm～1μm；
优选地，所述中空纤维的材料选自：氧化铝、氧化锆和氧化硅中的至少一种；
优选地，所述陶瓷膜除湿装置内设置有2根以上的陶瓷膜组件；
优选地，所述陶瓷膜组件的内壁经过表面亲水改性，改性材料选自2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸和N-异丙基丙烯酰胺中的至少一种。
10.一种减缓酸性气体腐蚀性的方法，其特征在于，其包括采用如权利要求1～9任一项所述的减缓酸性气体腐蚀性的装置对酸性气体进行处理。
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