CN116712846A - 一种微液滴和微气泡双强化脱硫装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种微液滴和微气泡双强化脱硫装置及方法，装置包括立式的脱硫反应器，脱硫反应器上由上至下依次设有净化气体出口、压力喷嘴、微气泡发生器以及富脱硫溶剂出口；压力喷嘴与用于将富脱硫溶剂再生为贫脱硫溶剂的再生塔相连，压力喷嘴用于将贫脱硫溶剂雾化为小液滴并扩散至整个脱硫反应器的横截面，微气泡发生器与含硫气源相连，微气泡发生器用于将含硫气体通入脱硫反应器底部的液相环境中并产生微气泡，富脱硫溶剂出口与再生塔相连。本发明可简化脱硫塔内部结构的同时使气液混合更充分，反应更彻底，减小脱硫后的净化气硫含量。
Description
技术领域
本发明涉及石化尾气处理领域，具体的说是一种微液滴和微气泡双强化脱硫装置及方法。
背景技术
原始天然气及硫磺回收尾气中普遍含有高浓的H2S，H2S的存在一方面会腐蚀设备和管路，造成后续加工过程中催化剂的中毒和失活，引发恶性事故；另一方面H2S是剧毒气体，污染环境，形成酸雨等，会对人身安全造成极大的威胁，是一种必须严格控制的气体污染物。
工业上有效脱除H2S的方法很多，总体而言可分为湿法和干法两大类。湿法脱硫常用的方法有化学吸收法、物理吸收法、物理化学吸收法及湿氧化法，适用于气体处理量大、H2S含量高的场合。干法脱硫常用于低含硫气体的处理，常用的方法有膜分离法、分子筛法、变压吸附(PSA)法、不可再生的固定床吸附法、低温分离法。石油化工普遍采用化学吸收法脱除含硫气体中的H2S，常采用的吸收剂有N-甲基二乙醇胺(MDEA)溶液、NaOH溶液或氨水等。目前，脱除气体中的硫化氢(H2S)主要通过脱硫塔，其功能单一，脱硫速度慢，且常有脱硫检测不合格现象发生，不能满足日益增长的环保要求。
发明内容
本发明旨在提供一种微液滴和微气泡双强化脱硫装置及方法，以便简化脱硫塔内部结构的同时使气液混合更充分，反应更彻底，减小脱硫后的净化气硫含量。
为了解决以上技术问题，本发明采用的具体方案为：一种微液滴和微气泡双强化脱硫装置，包括立式的脱硫反应器，脱硫反应器上由上至下依次设有净化气体出口、压力喷嘴、微气泡发生器以及富脱硫溶剂出口；压力喷嘴与用于将富脱硫溶剂再生为贫脱硫溶剂的再生塔相连，压力喷嘴用于将贫脱硫溶剂雾化为小液滴并扩散至整个脱硫反应器的横截面，微气泡发生器与含硫气源相连，微气泡发生器用于将含硫气体通入脱硫反应器底部的液相环境中并产生微气泡，富脱硫溶剂出口与再生塔相连。
优选的，脱硫反应器中位于压力喷嘴上方的位置、压力喷嘴与微气泡发生器之间的位置以及微气泡发生器下方的位置均设有金属消沫器。
优选的，金属消沫器包括位于顶部的压盖格栅、位于底部的支撑格栅以及位于压盖格栅与支撑格栅之间的金属丝网。
优选的，金属丝网为钛纳米金属材质。
优选的，压力喷嘴为实心锥喷射型喷嘴。
优选的，压力喷嘴前端还设有阻泡剂添加口。
优选的，富脱硫溶剂出口经富脱硫溶剂泵与再生塔相连。
优选的，所述微气泡发生器为列管式，包括主气管、支气管以及梯级烧结微孔管，主气管与含硫气源相连，支气管的数量为多个并对称分布于主气管的两侧，任一支气管上均连接有多个所述梯级烧结微孔管，梯级烧结微孔管的一端与支气管相通，另一端封闭，梯级烧结微孔管的管壁和封闭端部均具有烧结微孔。
优选的，所有支气管的长度按照沿主气管长度方向的中部朝向两端方向逐渐缩小的方式排布。
优选的，所述微气泡发生器为超声波式，具有多棱柱框架，多棱柱框架的顶部具有顶盖，顶盖上顶设有超声波振子，超声波振子通过绝缘导线与超声波控制系统相连，多棱柱框架的周面和底部均覆盖有弹性微孔膜，弹性微孔膜上开设有微孔。
优选的，多棱柱框架的形状为正八边形条框。
一种微液滴和微气泡双强化脱硫方法，向脱硫反应器内通入贫脱硫溶剂，使贫脱硫溶剂液面至少位于微气泡发生器以上，然后由微气泡发生器将含硫气体通入脱硫反应器，含硫气体在微气泡发生器的作用下被分散为众多微米级的微气泡后进入贫脱硫溶剂的液相主体中，并在上浮过程中与向下流动的贫脱硫溶剂进行传质脱硫，而后脱除了大部分硫的微气泡从贫脱硫溶剂液面逸出进入脱硫反应器上部的气相主体，又与上方由压力喷嘴喷淋下的贫脱硫溶剂小液滴接触进行进一步传质脱硫，净化气体最终由净化气体出口排出，贫脱硫溶剂在脱硫反应器中的气相主体和液相主体中吸附硫后变为富脱硫溶剂，将富脱硫溶剂送至再生塔转化为贫脱硫溶剂后再次经压力喷嘴通入脱硫反应器内以重复利用。
优选的，贫脱硫溶剂为贫胺液。
优选的，通过设置在脱硫反应器中位于压力喷嘴上方的金属消沫器对压力喷嘴产生的贫脱硫溶剂小液滴进行拦截。
优选的，通过设置在脱硫反应器中位于压力喷嘴和微气泡发生器之间的金属消沫器来抑制脱硫反应器中部的溶剂发泡，并降低液面湍动。
优选的，通过设置在脱硫反应器中位于微气泡发生器下方的金属消沫器来抑制脱硫反应器底部的溶剂发泡。
优选的，在压力喷嘴与贫脱硫溶剂源之间添加阻泡剂。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明的脱硫反应器相比板式塔结构简单，仅设置有压力喷嘴、微气泡发生器，操作灵活，适应性强，可处理多种含硫气体。
(2)本发明优选实施方式中具有有金属消沫器，可抑制溶剂发泡，减小气液流动阻力。
(3)本发明的脱硫反应器设置有压力喷嘴和微气泡发生器，实现了传质过程的双强化，增大了贫脱硫溶剂与含硫气体的接触面积，可极大地提高传质效果，加深反应程度，提高脱硫效率，进而提高了贫脱硫溶剂的利用率，减少了溶剂的损耗，具有明显的经济效益。
(4)本发明的脱硫反应器的微气泡发生器以上至压力喷嘴以下均能进行气液传质，传质空间利用率远大于板式塔，相同处理量下可大大缩减反应器高度，反应器尺寸相同时拥有更大的气体处理量。
附图说明
图1为本发明的一种微液滴和微气泡双强化脱硫装置的实施例1的结构示意图；
图2为实施例1中的金属消沫器部分的结构示意图；
图3为实施例1中的微气泡发生器部分的结构示意图；
图4为图3的仰视图；
图5为本发明的一种微液滴和微气泡双强化脱硫装置的实施例2的结构示意图；
图6为实施例2中的微气泡发生器部分的解耦股示意图；
图7为图6的仰视图；
图中标记：1、脱硫反应器，2、净化气体出口，3、金属消沫器，301、压盖格栅，302、支撑格栅，303、金属丝网，4、压力喷嘴，5、微气泡发生器，501、主气管，502、支气管，503、梯级烧结微孔管，504、绝缘导线，505、顶盖，506、多棱柱框架，507、超声波振子，508、弹性微孔膜，6、富脱硫溶剂出口，7、富脱硫溶剂泵。
具体实施方式
以下通过两个实施例的微液滴和微气泡双强化脱硫装置对本发明的技术方案进行说明：
实施例1
如图1所示，本实施例的一种微液滴和微气泡双强化脱硫装置的主体为立式的脱硫反应器1，脱硫反应器1上由上至下依次设有净化气体出口2、压力喷嘴4、微气泡发生器5以及富脱硫溶剂出口6，并在脱硫反应器1中位于压力喷嘴4以上、压力喷嘴4与微气泡发生器5之间以及微气泡发生器5以下的位置分别设有金属消沫器3。
压力喷嘴4与再生塔相连，再生塔用于将富脱硫溶剂再生为贫脱硫溶剂，将贫脱硫溶剂经压力喷嘴4送入脱硫反应器1中。贫脱硫溶剂在脱硫反应器1中与含硫气体充分反应后变为富脱硫溶剂，由富脱硫溶剂口经富脱硫溶剂泵7重新泵入再生塔中，重新再生生成贫脱硫溶剂以重复利用。压力喷嘴4为实心锥喷射型喷嘴，用于将贫脱硫溶剂雾化为小液滴并扩散至整个脱硫反应器1的横截面。
微气泡发生器5与含硫气源相连，微气泡发生器5用于将含硫气体通入脱硫反应器1底部的液相环境中并产生微气泡。如图3及图4所示，本实施例中的微气泡发生器5为列管式并呈树枝型结构，包括主气管501、支气管502及梯级烧结微孔管503，多个支气管502对称分布设置于主气管501的两侧，且长度由中部朝两端方向逐渐减小，支气管502下方连接有用于产生微气泡的梯级烧结微孔管503。相较于常规微气泡发生器5，本实施例中的列管式微气泡发生器5具有更大的流通面积，能够极大地减少气体流经微气泡发生器5的压降。
如图2所示，所述金属消沫器3采用三明治结构，包括压盖格栅301、金属丝网303及支撑格栅302，所述金属丝网303为钛纳米金属丝网。由于雾化后的贫脱硫溶剂小液滴质量很小，有可能会被向上的气流带走，因此设置第一个金属消沫器3拦截贫脱硫溶剂小液滴。第二个金属消沫器3的作用主要是抑制溶剂发泡，降低液面湍动程度。由于微气泡发生器5产生了数量巨大的微气泡，因此设置第三个金属消沫器3用于抑制溶剂发泡。若所用吸收剂为易发泡溶剂，如胺液等，可在贫脱硫溶剂进入脱硫反应器1前添加阻泡剂进一步抑制发泡。
基于以上脱硫装置，本实施例的微液滴和微气泡双强化脱硫方法如下：
在脱硫反应器1进气之前，先通入贫脱硫溶剂，使液面至少位于微气泡发生器5以上，液位具体高度可根据含硫气体的处理量或净化气体的硫含量决定，待液位达到指定高度后，装置进气，开始运行。
装置运行时，含硫气体由微气泡发生器5进入脱硫反应器1，在微气泡发生器5的作用下含硫气体被分散为众多微米级的微气泡，而后进入液相主体中，这些微气泡在上浮过程中与向下流动的贫脱硫溶剂进行传质脱硫，而后脱出了大部分硫的微气泡从液面逸出进入气相主体，又与上方喷淋下的贫脱硫溶剂小液滴接触，进行进一步传质脱硫，净化气体最终由脱硫反应器1顶部排出。
自再生部分来的贫脱硫溶剂经压力喷嘴4进入脱硫反应器1，在压力喷嘴4的作用下，贫脱硫溶剂被雾化为小液滴进入气相主体并扩散至整个反应器截面，小液滴在向下坠落的过程中与向上流动的含硫气体进行传质，而后落至液相主体向下流动，与微气泡发生器5产生的微气泡进行逆流传质，富溶剂最终由脱硫反应器1的底部排出，经富溶剂泵送至再生塔。
实施例2
如图5所示，本实施例的主体结构与实施例1相同，区别仅在于本实施例中的微气泡发生器5为超声波式。如图6及图7所示的，超声波微气泡发生器5具有正八边形的多棱柱框架506。顶盖505为正八边形实心板并固定在多棱柱框架506的上端。超声波振子507固定于顶盖505中心位置并通过绝缘导线504与控制系统相连，超声波微气泡发生器5的周向侧面及底部均覆盖有弹性微孔膜508，弹性微孔膜508上开有微孔用于产生微气泡。
装置运行时，超声波振子507进行高频振动，对多棱柱框架506内的硫磺尾气产生超声空化效应、机械效应和热效应，气体在超声作用的影响下产生正负压区，不断收缩膨胀，使气体产生脉动，从而带动弹性微孔膜508进行高频往复振动使棱柱内空间反复变大和缩小，进而对气体做功使气体加速穿过弹性微孔膜508，当气体经弹性微孔膜508上的微孔进入液相主体形成微气泡时，又受到弹性微孔膜508的击打，使得微米级气泡被破碎为尺寸更小的微气泡，进一步强化传质脱硫过程。
Claims (17)
1.一种微液滴和微气泡双强化脱硫装置，其特征在于：包括立式的脱硫反应器(1)，脱硫反应器(1)上由上至下依次设有净化气体出口(2)、压力喷嘴(4)、微气泡发生器(5)以及富脱硫溶剂出口(6)；压力喷嘴(4)与用于将富脱硫溶剂再生为贫脱硫溶剂的再生塔相连，压力喷嘴(4)用于将贫脱硫溶剂雾化为小液滴并扩散至整个脱硫反应器(1)的横截面，微气泡发生器(5)与含硫气源相连，微气泡发生器(5)用于将含硫气体通入脱硫反应器(1)底部的液相环境中并产生微气泡，富脱硫溶剂出口(6)与再生塔相连。
2.如权利要求1所述的一种微液滴和微气泡双强化脱硫装置，其特征在于：脱硫反应器(1)中位于压力喷嘴(4)上方的位置、压力喷嘴(4)与微气泡发生器(5)之间的位置以及微气泡发生器(5)下方的位置均设有金属消沫器(3)。
3.如权利要求2所述的一种微液滴和微气泡双强化脱硫装置，其特征在于：金属消沫器(3)包括位于顶部的压盖格栅(301)、位于底部的支撑格栅(302)以及位于压盖格栅(301)与支撑格栅(302)之间的金属丝网(303)。
4.如权利要求3所述的一种微液滴和微气泡双强化脱硫装置，其特征在于：金属丝网(303)为钛纳米金属材质。
5.如权利要求1所述的一种微液滴和微气泡双强化脱硫装置，其特征在于：压力喷嘴(4)为实心锥喷射型喷嘴。
6.如权利要求1所述的一种微液滴和微气泡双强化脱硫装置，其特征在于：压力喷嘴(4)前端还设有阻泡剂添加口。
7.如权利要求1所述的一种微液滴和微气泡双强化脱硫装置，其特征在于：富脱硫溶剂出口(6)经富脱硫溶剂泵(7)与再生塔相连。
8.如权利要求1所述的一种微液滴和微气泡双强化脱硫装置，其特征在于：所述微气泡发生器(5)为列管式，包括主气管(501)、支气管(502)以及梯级烧结微孔管(503)，主气管(501)与含硫气源相连，支气管(502)的数量为多个并对称分布于主气管(501)的两侧，任一支气管(502)上均连接有多个所述梯级烧结微孔管(503)，梯级烧结微孔管(503)的一端与支气管(502)相通，另一端封闭，梯级烧结微孔管(503)的管壁和封闭端部均具有烧结微孔。
9.如权利要求8所述的一种微液滴和微气泡双强化脱硫装置，其特征在于：所有支气管(502)的长度按照沿主气管(501)长度方向的中部朝向两端方向逐渐缩小的方式排布。
10.如权利要求1所述的一种微液滴和微气泡双强化脱硫装置，其特征在于：所述微气泡发生器(5)为超声波式，具有多棱柱框架(506)，多棱柱框架(506)的顶部具有顶盖(505)，顶盖(505)上顶设有超声波振子(507)，超声波振子(507)通过绝缘导线(504)与超声波控制系统相连，多棱柱框架(506)的周面和底部均覆盖有弹性微孔膜(508)，弹性微孔膜(508)上开设有微孔。
11.如权利要求10所述的一种微液滴和微气泡双强化脱硫装置，其特征在于：多棱柱框架(506)的形状为正八边形条框。
12.如权利要求1-11所述的任一种微液滴和微气泡双强化脱硫装置进行脱硫的方法，其特征在于：向脱硫反应器(1)内通入贫脱硫溶剂，使贫脱硫溶剂液面至少位于微气泡发生器(5)以上，然后由微气泡发生器(5)将含硫气体通入脱硫反应器(1)，含硫气体在微气泡发生器(5)的作用下被分散为众多微米级的微气泡后进入贫脱硫溶剂的液相主体中，并在上浮过程中与向下流动的贫脱硫溶剂进行传质脱硫，而后脱除了大部分硫的微气泡从贫脱硫溶剂液面逸出进入脱硫反应器(1)上部的气相主体，又与上方由压力喷嘴(4)喷淋下的贫脱硫溶剂小液滴接触进行进一步传质脱硫，净化气体最终由净化气体出口(2)排出，贫脱硫溶剂在脱硫反应器(1)中的气相主体和液相主体中吸附硫后变为富脱硫溶剂，将富脱硫溶剂送至再生塔转化为贫脱硫溶剂后再次经压力喷嘴(4)通入脱硫反应器(1)内以重复利用。
13.如权利要求12所述的一种微液滴和微气泡双强化脱硫方法，其特征在于：贫脱硫溶剂为贫胺液。
14.如权利要求12所述的一种微液滴和微气泡双强化脱硫方法，其特征在于：通过设置在脱硫反应器(1)中位于压力喷嘴(4)上方的金属消沫器(3)对压力喷嘴(4)产生的贫脱硫溶剂小液滴进行拦截。
15.如权利要求12所述的一种微液滴和微气泡双强化脱硫方法，其特征在于：通过设置在脱硫反应器(1)中位于压力喷嘴(4)和微气泡发生器(5)之间的金属消沫器(3)来抑制脱硫反应器(1)中部的溶剂发泡，并降低液面湍动。
16.如权利要求12所述的一种微液滴和微气泡双强化脱硫方法，其特征在于：通过设置在脱硫反应器(1)中位于微气泡发生器(5)下方的金属消沫器(3)来抑制脱硫反应器(1)底部的溶剂发泡。
17.如权利要求12所述的一种微液滴和微气泡双强化脱硫方法，其特征在于：在压力喷嘴(4)与贫脱硫溶剂源之间添加阻泡剂。
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