CN1274391C - 一种脱除气相中杂质的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种脱除气相中杂质的方法。本发明的方法，是将所述的气相和液相的脱除剂分别经气相进口和液相进口引入超重力旋转床反应器，脱除杂质后的气体经设置的除沫器除沫后，排出反应器，富含固体粉尘和/或硫化氢的液相经液相出口排出。本发明还在超重力旋转床反应器出口端设置了除沫段，经二级除沫除去气相中所夹带的液沫，其中第一级为旋转除沫器，第二级为固定除沫器或旋转除沫器。采用本发明的方法处理气相中的杂质，可在一台超重力旋转床反应器内同时脱除气相中的固体粉尘和硫化氢，从而达到缩短工艺流程，降低设备投资，减少能耗，节省占地面积的目的。

Description

一种脱除气相中杂质的方法
技术领域
本发明涉及一种气体净化的方法，具体地说，涉及一种利用旋转床超重力场技术脱除气相中杂质的方法。
背景技术
在工业上，气相中存在的杂质如固体粉尘、硫化氢等，不仅会在生产的中间过程中，堵塞和腐蚀管道，而且还会影响气液相产品的纯度和后序加工过程，排出后污染环境，因此必须除去。
工业上通常所用的除尘装置按其除尘机制的不同可分为以下六大类：
1、重力除尘器，只能用于分离50μm以上的尘粉，一般用于除去粗尘粒的预除尘；其特点是：压力损失小，运行费用低，但设备庞大，初期投资高。2、惯性除尘器，分为碰撞式和回转式，可以处理高温含尘气体，一般用于除去十几到数十微米的较大的尘粒或作为预除尘器。3、旋风除尘器，其结构简单，操作方便，应用最广泛，在处理含尘浓度较大、对除尘效果要求不太严格的气体和高温高压下，为良好的除尘设备。对5μm以上的粒子除尘效率很高，可达99％以上，但对5μm以下的粒子的分离效率很低。4、过滤式除尘器，其代表为袋式过滤器和纤维床除尘器，对1-5μm的细微粒的除尘效率在99％以上，还可除去1μm甚至0.1μm的尘粒。但处理量小，压降大，占地面积大。5、电除尘器，是近年来大规模应用的除尘器，具有效率高，阻力小，能适用于400℃以下高温和除去细粉尘等特点。其缺点是：初期投资大，对含腐蚀性气体的废气、比电阻过高(＞10Ωcm)和过低(＜10-4Ωcm)的粉尘往往不能满足要求。6、湿式除尘器，可分为以下几类：板式洗涤器、纤维填充床洗涤器、喷雾式洗涤器、旋转式洗涤器、冲击式洗涤器、移动床式洗涤器和组合式洗涤器。其特点是：结构简单，操作和维修方便，占地面积小。缺点是产生污水。
由于硫化氢是强腐蚀性气体，所以工业上气相脱除硫化氢的应用较为广泛，如：天然气脱硫化氢、煤气脱硫化氢、化肥厂的变换气脱硫化氢以及炼油厂的炼厂气脱硫化氢等。目前，上述脱除硫化氢的过程大都采用传统的填料塔或板式塔，用液相脱硫剂与气相中的硫化氢进行化学吸收来脱除硫化氢。现有的方法存在着传质效率低、脱后气相中的硫化氢指标不稳定、脱硫剂用量大、能耗大以及脱硫剂的再生负荷大，设备体积大等缺陷。
当气相中同时含固体粉尘和硫化氢时，由于固体粉尘进入液相后堵塞填料或塔板，因此在现有的技术中，首先采用除尘设备如使用电除尘器或喷淋塔等，除去固体粉尘，然后再利用塔脱除硫化氢，不可能在一台设备内同时完成除尘和脱除硫化氢的任务。而且现有的除尘技术中除尘效果好的，例如电除尘，一次性投资高，设备体积大，对于比电阻过高(＞10Ωcm)和过低(＜10-4Ωcm)的粉尘除尘效果差；而现有的其它除尘技术存在除尘效果差、处理量小或者气相压降大等缺陷，难以同时满足要求。
近年来旋转床超重力场技术解决了许多在常重力场下难以解决的问题，专利“油田注水脱氧的方法”(CN1064338A)成功地将超重力旋转床应用于工业规模的分离过程；“超微颗粒的制备方法”(见CN1116146A)和“超细碳酸钙的制备方法”(CN1116185A)成功地将超重力旋转床应用于工业规模的超细碳酸钙的制备过程。欧洲1983年的专利EP0084410“The removal of hydrogensulphide from gas streams”尽管公开了使用超重力旋转床脱除气体中硫化氢的方法，但对气体中含有其它杂质，如同时含有固体粉尘和硫化氢的处理没有提出解决方案。对于气一液相的传质与反应过程，通常情况下气体由超重力旋转床排出时都会夹带液沫，该发明对气体出口液沫夹带的问题也没有提出解决方案。
本发明的目的是提供一种投资少、设备体积小、占地面积小、同时脱除固体粉尘和硫化氢效率高、能耗低、适用性广的方法。利用旋转床超重力场技术，可以极大地强化传质与受传质控制的反应过程，具有良好的粒子捕集效果、气相压降小以及填料不易堵塞等特点，可在一台超重力旋转床反应器内同时脱除气相中的固体粉尘和硫化氢，从而达到缩短工艺流程，降低设备投资，减少能耗，节省占地面积的目的。
发明内容
本发明提供了一种利用超重力旋转床反应器脱除气相中杂质的方法。
本发明的脱除气相中杂质的方法，是将所述气相与液相的脱除剂在超重力旋转床反应器中逆流接触，进行杂质脱除。
优选所述气相中的杂质至少包含有以下物质之一：固体粉尘、硫化氢。具体地说，所述气相中的杂质可以同时含有固体粉尘和硫化氢，也可以只含有固体粉尘或硫化氢。
优选将所述的气相和液相的脱除剂分别经气相进口和液相进口引入超重力旋转床反应器，气、液两相在多孔填料层中逆流接触，脱除杂质后的气体经除沫器除沫后，排出反应器，富含固体粉尘和/或硫化氢的液相经液相出口排出。
优选所用的液相的脱除剂选自乙醇胺类溶液，如二乙醇胺(DEA)溶液、甲基二乙醇胺(MDEA)溶液等，水，柴油和汽油。若气相中含有硫化氢，则优选脱硫剂乙醇胺类溶液如二乙醇胺(DEA)溶液、甲基二乙醇胺(MDEA)溶液作为脱除剂；若气相中只含有固体粉尘，根据固体粉尘的性质，可以选用水、水和有机物组成的溶液或有机溶剂如汽油、柴油等作为除尘剂。
本发明的超重力旋转床反应器的转子转速为100-2500转/分钟。
本发明的超重力旋转床反应器的多孔填料层所用的填料为两种波纹丝网填料，即大波纹丝网填料和小波纹丝网填料，在转子的内缘处沿转子的径向装填5-15mm的小波纹丝网填料，其余装填大波纹填料。两种填料混装，装填小波纹填料的作用是改善液相的初始分布，增强粒子捕集效果和传质效果；装填大波纹丝网填料的作用是减小气、液相的阻力，提高抗堵塞能力。
优选超重力旋转床反应器所用填料的比表面积为200-3000m2/m3，填料的孔隙率为85％-99.5％，优选为90％-98.5％。
优选所述小波纹丝网填料的平均孔径为1-3mm，大波纹丝网填料的平均孔径为3-6mm。
优选排出的液相脱除剂经过以下至少一种步骤处理后循环使用：经过滤器过滤粉尘、经解析工序解析硫化氢。具体地说，若气相中只含有硫化氢，则液相脱除剂就不需要经过过滤器除尘步骤的处理；若气相中只含有固体粉尘，则液相脱除剂不必经过解析工序解析步骤的处理；只有气相中同时含有固体粉尘和硫化氢时，才需要经过滤器过滤粉尘、经解析工序解析硫化氢两步处理后才能循环使用。
优选的本发明的方法，具体流程如下：
如图1所示，在一台超重力旋转床反应器内同时脱除气相中的硫化氢、固体粉尘，除去气相中的液沫。将含固体粉尘和H2S的气体由超重力旋转床反应器的气相进口1沿切向引入反应器内，水溶性液相脱硫剂由超重力旋转床反应器的液相进口2引入反应器内，由液体分布器4喷洒在多孔填料层3上，气液两相在高速旋转的多孔填料层3中强烈湍动进行物理洗涤和化学吸收或物理吸收，液相脱硫剂迅速吸收气体中的H2S并与之反应，同时将气体中的固体粉尘洗涤下来，脱除硫化氢和固体粉尘后的气体进入超重力旋转床反应器的除沫段，经两级除沬后由气相出口7引出，富固体粉尘和硫化氢的液相经反应器的液相出口8引入中间储液罐9，经过滤器15过滤固体粉尘后，由泵10打入解析工序解析，解析后的脱除剂循环使用。
本发明的方法可应用于以下所述的含杂质的气相：天然气、煤气、化肥厂的变换气、炼油厂的炼厂气、油田气以及含有固体粉尘的所有气体。
本发明在超重力旋转床反应器出口端设置了除沫段，使用二级旋转除沫器，或一级为旋转除沫器，另一级为静态除沫器或旋转除沫器，除去气相中所夹带的液沫。具体的除液沫的方式有如下几种：
1、脱除杂质后的气体经设置在超重力旋转床反应器中心的旋转除沫器5和反应器上空腔的固定除沫器6，两次除沫后排出反应器。
如图1所示，在超重力旋转床反应器转子的中心处设置一随转子一起转动的旋转除沫器5，将之视为一级除沫器；在超重力旋转床反应器的上空腔，此上空腔作为超重力旋转床反应器的上部除沫段，在此段靠近气体出口处设置一静态的固定除沫器6，将之视为二级除沫器。二级除沫器是固定的，减少了转动部件，结构简单易于制造和安装。通过一级旋转除沫器和二级静态除沫器几乎可以完全除去大多数气体中夹带的液沫。
2、脱除杂质后的气体经设置在超重力旋转床反应器中心的旋转除沫器5一次除沫后排出反应器，再进入设置在反应器外部的复喷复挡11进行二次除沫。
如图2所示，在超重力旋转床反应器转子的中心处设置一随转子一起转动的旋转除沫器5，将之视为一级除沫器；在超重力旋转床反应器的外部设置复喷复挡11，将之视为二级除沫器。通过一级旋转除沫器可以除去气体中夹带的大部分液沫，然后将气体引出反应器进入二级除沫器复喷复挡11，这样可以明显降低超重力旋转床反应器的高度。
3、脱除杂质后的气体经设置在超重力旋转床反应器中心的旋转除沫器5和用轴套或轴承13固定在转子轴上端的直径大于旋转除沫器5的高效旋转除沫器14，两次除沫后排出反应器。
如图3所示，在超重力旋转床反应器转子的中心处设置一随转子一起转动的旋转除沫器5，将之视为一级除沫器；转子的轴向上延伸进入超重力旋转床反应器的上空腔，此上空腔作为超重力旋转床反应器的上部除沫段，在此设置一直径较一级除沫器5大的高效旋转除沫器14，将之视为二级除沫器。在上部轴头上安装支撑轴承或轴套13，此轴套或轴承由至少三条筋固定在除沫段的筒体上，在轴的上部增加了一个支撑点，从而增加了设备转动的稳定性。对于某些易发泡等特殊物系气体夹带的液沫通过普通的方法是难以除去的，通过本发明的利用离心力的两级旋转除沫器可以较容易地将此类气体夹带的液沫除去。
采用上述哪一种除沫方式进行除沫，可根据处理要求来确定。
本发明的有益效果：利用旋转床超重力场技术，采用本发明的方法处理气体中的杂质，可以极大地强化传质与受传质控制的反应过程，具有良好的粒子捕集效果、气相压降小以及填料不易堵塞等优点，可在一台超重力旋转床反应器内同时脱除气相中的固体粉尘和硫化氢，从而达到缩短工艺流程，降低设备投资，减少能耗，节省占地面积的目的。同时，本发明的方法很好的解决了使用超重力旋转床反应器气体出口液沫夹带的问题。
附图说明
图1是第一级为旋转除沫第二级为静止除沫的超重力旋转床反应器结构及脱除气体中杂质的流程示意图。
图2是第一级为旋转除沫第二级为在设备外采用复喷复挡除沫的超重力旋转床反应器结构及脱除气体中杂质的流程示意图。
图3是第一级和第二级都为旋转除沫的超重力旋转床反应器结构示意图。
1气相进口           2液相进口           3多孔填料层     4液体分布器
5旋转除沫器         6固定除沫器         7气相出口       8液相出口
9储液罐             10泵                11复喷复挡      12液体中间槽
13支撑轴承或轴套    14高效旋转除沫器    15过滤器
具体实施方式
下面结合具体的实施例来说明本发明的效果。
实施例1
使用本发明的方法脱除空气中的固体粉尘，其中所述的空气中固体粉尘含量：3-70mg/m3，空气流量：300m3/h，用水作脱尘剂，水量：0.5-2.5m3/h，超重力旋转床反应器转速：500-1450转/分钟，不锈钢丝网填料比表面积：300-800m2/m3，不锈钢丝网填料孔隙率：96-98％。
使用超重力旋转床反应器所采用的工艺流程示意图如附图1所示。将空气由超重力旋转床反应器的气相进口1沿切向引入反应器内，将水由超重力旋转床反应器的液相进口2引入反应器内，由液体分布器4喷洒在多孔填料层3上，在转子内缘装填比表面积685m2/m3、孔隙率96.4％、径向厚度8mm的小波纹填料，其余的装填比表面积514m2/m3、孔隙率96.4％的大波纹填料，水迅速将空气中的固体粉尘洗涤下来，脱除固体粉尘后的空气进入超重力旋转床反应器的除沫段，除沫采用方式1，即，旋转除沫器5设置在超重力旋转床反应器转子的中心处，固定除沫器6为静态的除沫器，设置在超重力旋转床反应器上部气体出口7附近。经两级除沬后，空气由气相出口7引出，富固体粉尘的液相经反应器的液相出口8引入中间储液罐9，经过滤器15过滤固体粉尘后，可循环使用。
下面是在水量1.3m3/h，空气中粉尘含量30mg/m3，旋转床除尘器转速：1100转/分钟条件下，本发明与其它除尘器的参数对比列于表1，采用本发明的方法，出口空气中粉尘含量为0.03mg/m3。
              表1  本发明的旋转床除尘器与其它工业除尘装置的参数对比
  分离设备   设备体积(m3)   耗水量(m3/h)   平均压降(Pa)   分离效率(％)   切割粒径(μm)
  高效旋风分离器   340   -   1200   84.2   2-5
  湿式旋风分离器   250   0.6   1000   91   0.5-1.5
  喷淋塔   420   3   360   94.5   1-2
  湿式电除尘器   1000   0.4   150   99   0.01-0.2
  超重力旋转床除尘器   5   1.3   110   99.9   0.02-0.3
由此可看出本发明的超重力旋转床除尘器的效果与电除尘器相当，比其它除尘器的效果都好，但比电除尘的体积小，投资少，操作费用低，是一种综合效益高的除尘设备。
实施例2
在炼油厂焦化干气中含有一定量的碳粉和硫化氢以及大量的氢气、氮气、C1、C2和少量的C3，此干气要进入后序的制氢车间制氢，因此要求碳粉、硫化氢含量和气体液沫夹带量尽可能的低，使用本发明的方法脱除焦化干气中含有的碳粉和硫化氢。其中所述的焦化干气流量：10吨/小时，H2S含量：8300-22000mg/Nm3，碳粉含量：5g/Nm3，粒径范围：0.2-20μm，压力：1MPa；脱硫剂和除尘剂均为30％MDEA(甲基二乙醇胺)溶液，液体流量：20吨/小时，H2S含量：1.56g/l；超重力旋转床反应器的转速为960转/分钟。
使用超重力旋转床反应器所采用的工艺流程示意图如附图1所示。将含固体粉尘和H2S的焦化干气由超重力旋转床反应器的气相进口1沿切向引入反应器内，30％MDEA(甲基二乙醇胺)溶液由超重力旋转床反应器的液相进口2引入反应器内，由液体分布器4喷洒在多孔填料层3上，填料装填方式与上例相同，小波纹丝网填料的径向厚度为12mm，溶液迅速吸收气体中的H2S并与之反应，同时将气体中的固体粉尘洗涤下来，脱除硫化氢和固体粉尘后的气体进入超重力旋转床反应器的除沫段，除沫采用方式1，即，旋转除沫器5设置在超重力旋转床反应器转子的中心处，二级除沫器6为静态的除沫器，设置在超重力旋转床反应器上部气体出口7附近。经两级除沬后由气相出口7引出进入下一工序，富固体粉尘和硫化氢的液相经反应器的液相出口8引入中间储液罐9，经过滤器15过滤固体粉尘后，经泵10送到解析工序解析后循环使用。使用本发明的方法的技术数据列于表2。
对比例1
使用现有工艺处理炼油厂焦化干气。其他条件与实施例2相同。现有工艺中脱碳粉和脱硫化氢是分别用两台填料塔来完成。在脱碳粉塔中用汽油洗涤来脱除碳粉，富碳粉的汽油经过滤器过滤后循环使用。脱硫塔采用MDEA脱硫。
            表2  实施例2与对比例1的技术数据对比
  实施例2   对比例1
  设备高(米)   2.4   27.6
  设备直径(米)   0.9   1.2
  填料用量(m3)   0.17   14.6
  电机耗电(KW)   10   0
  脱前硫含量mg/NM3   8500   8700
  脱后硫含量mg/NM3   ＜3   162
  脱前碳粉含量mg/NM3   4左右   4左右
  碳粉脱除率％   ＞2μm，99.8   ＞5μm，90.3
  气体液沫夹带   无   有，影响后序制氢
本发明以体积很小的一台超重力场旋转床代替了体积庞大的两台常重力场塔式设备，节省了大量的耐腐蚀材料，从而降低了设备投资；填料用量比塔少得多，降低了更换填料的费用，填料层的厚度比填料塔的填料层高度小很多，因此气体的压降比填料塔小很多；超重力旋转床反应器的高度比填料塔低，达到同样指标所需要的液量比填料塔少，因此输送液体所用泵的功率明显减小，从而降低了能耗；而且脱硫效果、碳粉脱除率都明显提高，并且解决了出口气体中液沫的夹带问题。由此可见本发明的效果是很明显的。

Claims (10)

1、一种脱除气相中杂质的方法，其特征在于，将所述气相与液相的脱除剂在超重力旋转床反应器中的多孔填料层中逆流接触，进行杂质脱除；脱除杂质后的气体经除沫器除沫后，排出反应器，富含杂质的液相经液相出口排出超重力旋转床反应器；其中，所述的超重力旋转床反应器的转子的转速为100-2500转/分钟；所述的多孔填料层中装填的填料为大波纹和小波纹两种丝网填料，小波纹填料沿转子的径向装填5～15mm，其余装填大波纹填料。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气相中的杂质至少包含有以下物质之一：固体粉尘、硫化氢。
3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述的气相和液相的脱除剂分别经气相进口和液相进口引入超重力旋转床反应器，气液两相在所述的旋转床反应器中的多孔填料层中逆流接触，脱除杂质后的气体经除沫器除沫后，排出反应器，富含固体粉尘和/或硫化氢的液相经液相出口排出。
4、根据权利要求1～3之任一项所述的方法，其特征在于，所用的液相的脱除剂选自乙醇胺类溶液、水、柴油和汽油。
5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，超重力旋转床反应器所用填料的比表面积为200m2/m3-3000m2/m3，填料的孔隙率为85％-99.5％。
6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述大波纹丝网填料的平均孔径为3～6mm，小波纹丝网填料的平均孔径为1～3mm。
7、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，排出的液相脱除剂经过以下至少一种步骤处理后循环使用：经过滤器过滤粉尘、经过解析工序解析硫化氢。
8、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，脱除杂质后的气体经设置在超重力旋转床反应器中心的旋转除沫器[5]和反应器上空腔的固定除沫器[6]，两次除沫后排出反应器。
9、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，脱除杂质后的气体经设置在超重力旋转床反应器中心的旋转除沫器[5]一次除沫后排出反应器，再进入设置在反应器外部的复喷复挡[11]进行二次除沫。
10、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，脱除杂质后的气体经设置在超重力旋转床反应器中心的旋转除沫器[5]和用支撑轴承[13]固定在转子轴上端的直径大于旋转除沫器[5]的高效旋转除沫器[14]，两次除沫后排出反应器。
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