CN2865831Y - 内循环式吸收反应器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种内循环式吸收反应器，其喷嘴由内管和套管组成，套管套设于内管外，上部与内管外壁间呈封闭，下部则与外界导通，套管与内管之间形成环隙，且该套管侧壁还设有与环隙相通的气体入口，该喷嘴从反应管上部插入反应管；而反应管内套设有两端口均与反应管相导通的内导管，且该内导管与反应管间形成夹层；操作时，气体被吸收液携带通过喷嘴的环隙进入反应器内导管，沿其内壁下行后从夹层返回，在反应器内实现循环，有利于气液充分接触而提高反应效率，同时更可达到避免反应生成的固体颗粒堵塞气体喷嘴的效果。

Description

内循环式吸收反应器
技术领域
本实用新型涉及一种吸收反应器，具体是指一种有利于气液充分接触发生反应而脱除气体中不利成分的内循环式吸收反应器，该吸收反应器尤其适用于例如处理含硫化氢酸性气，回收硫磺的工艺。
背景技术
在含硫原油的二次加工时，原油中的硫化物大部分转化成硫化氢，存在于炼厂尾气中。如果不对这些硫化氢加以处理而直接将炼厂尾气(酸性气)排放到大气中，会造成严重的环境污染。如何高效脱除尾气中的硫化氢，对于原油加工业的发展具有重要影响。脱除硫化氢的方法多种多样，研究较多的是吸收氧化法，是利用适当的吸收液作为氧化剂，将硫化氢氧化为单质硫，在净化了酸性气(尾气)中硫化氢的同时也可回收利用硫化氢中的硫制取硫磺。
所述吸收氧化法也称间接电解法，是利用一种中间循环剂(或称吸收剂)将硫化氢吸收、氧化，产生硫磺，通常情况下，对分离硫磺后的吸收液实施电解还可制取氢气，同时中间循环剂可被还原，加以循环利用。其中，利用吸收剂将硫化氢吸收产生硫磺的过程一般是在吸收反应器中进行的，为使含硫化氢气体能与吸收液充分接触发生反应，多采用鼓泡方式将气体从吸收器下部通入吸收液。例如，美国专利US4436712采用多孔鼓泡的方式将含酸性气体从吸收器下部通入吸收液。日本学者Fuji，Mizuta，Kondo在1991年曾报道了一种适合于处理大量的高浓度的硫化氢的方法[Ind.Eng.Chem.Res.，1991，30，1601-1608]，这种方法采用鼓泡塔装置，硫化氢由一旋转的杯状导气装置导入吸收液。刘常青等[中南工业大学学报，1998，29(4)]在氧化吸收硫化氢过程的研究中，采用间歇式吸收反应器，以多孔鼓泡的方式将含硫化氢的混合气通入吸收液。
现有研究报道中的各种间接电解法的具体工艺有一定差别，相应的吸收反应器具体结构也不同，但为达到鼓泡吸收的效果，这些吸收反应器的设计都是基于将含硫化氢的混合气(酸性气)通过进气装置(例如一个喷嘴)通入吸收液中发生氧化的工艺需求。如图1所示示意了一种常见的吸收反应器10，由反应管11和插入该反应管中的喷嘴12构成，反应管11的上部设置有液体入口111，下部设置液体出口112；喷嘴12用于将气体导入反应管内，所以上端为气体入口121，下端为气体出口，该喷嘴从反应管11上部插入，使喷嘴的大部分都被置于反应管11内，并使出口端与反应管的最底部保持一段距离。
操作时先从液体入口111向反应管11内加入吸收液，然后通过喷嘴12向反应管中通入含硫化氢的气体，气体在反应管11下部与吸收液接触而发生反应，硫化氢被吸收生成硫磺。反应后的液体及硫磺从出口112放出，多余的尾气可从反应器上部排出。
在利用上述结构的反应器进行操作时，气液在喷嘴的气体出口端接触而快速反应，硫磺的沉淀析出会在气体喷嘴附近聚集，由于反应中生成的硫磺颗粒非常细小而粘稠，经过一段时间的反应就容易出现硫磺颗粒堵塞气体喷嘴的现象，需要随时清理。所以目前的操作都是间歇式，而且研究结果显示这样的吸收操作中气液接触不够充分，硫化氢的吸收率难以达到100％，尾气中仍会含有较高的硫化氢。
另一方面，这种间歇式的吸收操作也难以真正实现连续高效吸收硫化氢回收硫磺并同时制取氢气。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种内循环式吸收反应器，对现有技术的吸收器结构进行改进，使气体被吸收液携带进入反应器并可在反应器内实现循环，有利于气液充分接触而提高反应效率，同时更可达到避免反应生成的固体颗粒堵塞气体喷嘴的效果。
为达到上述目的，本实用新型提供了一种吸收反应器，其是一种内循环式吸收反应器，主要是由反应管和插设于该反应管的喷嘴组成，其中，
所述喷嘴由内管和套管组成，内管为中空管体，上端为液体入口，下端为液体出口，套管套设于内管外，上部与内管外壁间呈封闭，下部则与外界导通，套管与内管之间形成环隙，且该套管侧壁还设有与环隙相通的气体入口；
所述反应管上部和底部分别设有第一液体排放口和第二液体排放口，反应管内套设有两端口均与反应管相导通的内导管，且该内导管设置于反应管的两个液体排放口之间，反应管与内导管间形成夹层；
所述喷嘴插设于反应管上部，且喷嘴下端的液体出口位于内导管上端口的上方。
根据本实用新型提供的内循环式吸收反应器，待处理气体从喷嘴套管的气体入口导入，作为吸收剂的液体(吸收剂液体，简称吸收液)从喷嘴的内管输入，由内管下管口(液体出口)喷出时将气体由套管的环隙吸出并携带进入内导管，气液在内导管中接触发生反应的同时沿内导管下行，并从反应管与内导管的间隙上行，再次从内导管上端进入，形成内循环，从而可使气液在循环过程中充分接触，有利于提高反应效率(吸收率)。另外，气液反应生成的固体颗粒由于循环作用而远离了喷嘴的液体出口，可有效避免堵塞喷嘴的情形产生。本实用新型的吸收反应器适用于通过吸收氧化法脱除气体中不利成分，并且反应产生固体沉淀的处理过程。
本实用新型所述的内循环式吸收反应器，内导管的上端口形成开口扩大的杯口，所述喷嘴下端的液体出口恰位于该杯口处，有利于推动气液的内循环。
上述内循环式吸收反应器中，所述喷嘴的内管下端优选为渐缩的液体出口，液体可以喷射方式进入内导管。
根据本实用新型的优选实施方案，所述反应管上部的液体排放口可设置为缩颈；而内导管下端距反应管底部缩颈优选保留有一定距离。
所述反应管的上部可进一步形成有截面积增大的扩大段，反应管上部的第一液体排放口设于该扩大段的底部；喷嘴的下端则插设于该扩大段中。更进一步的，该扩大段顶部或侧壁还可视需要设有尾气出口。
综上所述，本实用新型的内循环式喷射吸收反应器有别于传统的填料塔、板式塔和鼓泡塔式吸收器，结构简单，气体通过吸收液携带进入反应器，利用液流的循环使气液充分接触和反应，从而有效提高反应效率。
本实用新型的内循环式喷射吸收反应器尤其适用于对于硫化氢气体的处理，硫化氢的吸收效率可达到99％以上，更克服了硫磺颗粒堵塞喷嘴的难题，不需要经常清理喷嘴，配合吸收液的输入和排出，使吸收反应可以连续进行。经验证，利用本实用新型的吸收反应器处理的气体中硫化氢气体浓度范围较宽，对压力要求不高，处理硫化氢气体浓度范围可以为2％-100％，可以是高压气体或低压气体，同时制得的硫磺纯度也在99.8％以上。该吸收反应器与电解反应器联合使用，可以实现吸收硫化氢回收硫磺同时制取氢气的连续过程。
附图说明
图1为现有技术采用的吸收反应器示意图。
图2是本实用新型的内循环式喷射式吸收反应器结构示意图。
图3为图2的内循环式喷射式吸收反应器中喷嘴的结构图。
具体实施方式
以下结合具体实施例详细说明本实用新型方案的实现，旨在帮助阅读者更好地理解本实用新型的技术实质和所能产生的有益效果，不能理解为对本实用新型实施范围的任何限定。
请结合参见图2和图3所示，本实用新型提供了一种结构简单实用的内循环式吸收反应器20，其主要是由喷嘴21和反应管22构成。
其中，所述喷嘴21主要由内管211和套管212组成，内管211基本为中空管体，其上端为液体入口2111，下端为渐缩的液体出口2112，套管212套设于内管211外，上部与内管外壁间呈封闭，下部则与外界导通，套管212与内管211之间具有环隙213，且套管212的侧壁设有气体入口2121与环隙213相通；如图3所示，内管211的长度略长于套管212，下端的液体出口2112伸出套管212一段距离。
该吸收反应器20的反应管22内设有两端口均与反应管相通的内导管221，二者间形成夹层222。反应管上部和底部分别设有第一液体排放口223和第二液体排放口224，第二液体排放口224形成缩颈；内导管221固定设置于反应管22内，且位于液体排放口223和224之间，上端口2211形成一开口扩大的杯口(敞口)，下端口距反应管22底部缩颈保留有一定距离。
如图2所示，本实施例中，反应管22的上部形成一个截面积增大的扩大段226，可利于吸收液的循环，该扩大段226的具体形状和尺寸没有特别要求。喷嘴21从扩大段226的上端插入反应管22，液体出口2112恰靠近内导管221的上端口2211(杯口)上方。内导管的上端口2211(杯口)可处于反应管22上部扩大段形成处，且与反应管22导通。扩大段226的上端适当处还开设有尾气出口225(该尾气出口也可设于侧壁)。扩大段的上端在操作中可为封闭，通过喷嘴出口与外界导通，如果需要，反应管侧壁还可设置液位控制槽，用以监控反应管内的吸收液量。
以吸收硫化氢气为例，本实施例的吸收反应器工作过程为，吸收液(例如Fe3+溶液)从喷嘴21的液体入口2111输入内管211，含硫化氢气从喷嘴21的气体入口2121输入环隙213，吸收液通过渐缩的液体出口2112呈喷射进入反应管22的内导管221，将环隙213中的含硫化氢气体也同时吸入，这样，吸收液和含硫化氢气在内导管221中接触而开始发生反应，反应同时气液流也在沿内导管221下行，此时反应管的第二液体排放口224封闭，而上端的气液流不断下行构成推动力，反应管下部的气液混合流又从夹层222上行到扩大段226内，再次从内导管221的上端口2211进入内导管221，如此可以形成内循环(如图中箭头标示)。
上述循环吸收过程中，硫化氢气由于氧化而被吸收，不断生成的单质硫从液流中沉积出来，而吸收液同时被还原，Fe3+转化成Fe2+，从第一液体排放口223放出，其中含有单质硫，经过滤分离后的吸收液可送入电解反应器中再生后返回反应器循环利用。反应器底部的少量的硫磺浓度较高的吸收液可随时经第二液体排放口224放出，分离出的单质硫合并后送精制装置加工处理成为高纯度精制硫磺。
与现有技术相比，采用本实用新型的上述内循环式吸收反应器处理含硫化氢气，由于液流在反应器中的内循环使气液充分接触和反应，并且延长了气液两相接触时间，从而有效提高吸收效率；同时，吸收反应主要是在循环过程中发生，生成的硫磺随时从流动的液流中沉淀出来，不会出现硫磺颗粒堵塞喷嘴的现象。
本实用新型的吸收反应器可用于硫化氢间接电解制取硫磺和氢气过程中，吸收剂液体吸收硫化氢气体产生硫磺的工艺，此时反应条件可以选择为：压力为常压，温度在30-80℃，液气比大于1.0(体积比)，吸收液组成为0.3-0.6M Fe2+、0.3-0.8M Fe3+、2-10M H+(HCl体系和H2SO4体系)溶液；可测得H2S吸收率大于99％，所制得硫磺纯度大于99.8％。
应当理解，以上所述仅为示例性说明，本实用新型的吸收反应器的应用范畴不局限于对硫化氢气的吸收，而本实用新型的保护范围也不应受到上述实施例的限制，凡依本实用新型内容所作的等同变化与修饰，皆应仍属于本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1、一种内循环式吸收反应器，由反应管和喷嘴组成，喷嘴从反应管上部插入，其特征在于，
所述喷嘴由内管和套管组成，内管为中空管体，上端为液体入口，下端为液体出口，套管套设于内管外，上部与内管外壁间呈封闭，下部则与外界导通，套管与内管之间形成环隙，且该套管侧壁还设有与环隙相通的气体入口；
所述反应管上部和底部分别设有第一液体排放口和第二液体排放口，反应管内套设有两端口均与反应管相导通的内导管，且该内导管设置于反应管的两个液体排放口之间，反应管与内导管间形成夹层；
所述喷嘴插设于反应管上部，且喷嘴下端的液体出口位于内导管上端口的上方。
2、根据权利要求1所述的内循环式吸收反应器，其特征在于，内导管的上端口形成开口扩大的杯口，所述喷嘴下端的液体出口恰位于该杯口处。
3、根据权利要求1所述的内循环式吸收反应器，其特征在于，所述喷嘴的内管下端为渐缩的液体出口。
4、根据权利要求1所述的内循环式吸收反应器，其特征在于，所述喷嘴的内管下端伸出套管的下部。
5、根据权利要求1所述的内循环式吸收反应器，其特征在于，反应管底部的液体排放口为缩颈。
6、根据权利要求1所述的内循环式吸收反应器，其特征在于，反应管的上部形成有截面积增大的扩大段，反应管上部的第一液体排放口设于该扩大段的底部。
7、根据权利要求6所述的内循环式吸收反应器，其特征在于，该扩大段还设有尾气出口。
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