旋轉(zhuǎn)床應(yīng)用于干氣脫硫裝置的試驗(yàn)研究

王璐瑤，齊慧敏，彭德強(qiáng)，于 洋，孟凡飛， 陳 新

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旋轉(zhuǎn)床應(yīng)用于干氣脫硫裝置的試驗(yàn)研究

王璐瑤1，齊慧敏1，彭德強(qiáng)1，于 洋2，孟凡飛1， 陳 新1

（1. 中國(guó)石化撫順石油化工研究院, 遼寧 撫順113001； 2. 中國(guó)石油撫順石化公司石油三廠, 遼寧 撫順 113001）

旋轉(zhuǎn)床是一種新型高效氣液傳質(zhì)設(shè)備，具有傳質(zhì)效率高、停留時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，本文主要闡述了采用旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器應(yīng)用于干氣脫硫裝置的試驗(yàn)情況。試驗(yàn)結(jié)果表明，在相同的操作條件下，采用旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器代替吸收塔，能夠在保證H2S脫除率的前提下，有效地降低了CO2共吸率。

旋轉(zhuǎn)床； 干氣；脫硫；MDEA

吸收液可再生并能回收H2S的醇胺吸收法廣泛應(yīng)用于煉廠干氣的凈化，且吸收劑多選用具有選擇性的N-甲基二乙醇胺（MDEA），其選擇性吸收原理為：MDEA對(duì)H2S、CO2的吸收有不同的反應(yīng)歷程，其反應(yīng)速率存在差異[1]，這種差異使MDEA具有極好的選擇吸收能力[2]。其吸收過(guò)程為：低溫吸收-高溫再生，吸收劑循環(huán)使用，再生后的酸性氣用于制備硫磺或其他化工產(chǎn)品。

干氣脫硫吸收設(shè)備一般為填料塔或板式塔，存在吸收液用量較大、傳質(zhì)效果較差、能耗大、設(shè)備體積大等缺點(diǎn)[3-5]。同時(shí)，由于吸收塔氣液接觸時(shí)間長(zhǎng)，MDEA溶劑在吸收H2S的同時(shí)，也同時(shí)吸收大量的CO2，即CO2共吸率較高，不但消耗大量的MDEA吸收劑，增加溶劑再生負(fù)荷，且由于CO2的吸收，易生成硫化碳及二硫化碳等，加重吸收塔發(fā)泡情況，影響凈化氣質(zhì)量及操作穩(wěn)定[6]。

旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器是利用離心力強(qiáng)化傳質(zhì)與混合的高效傳質(zhì)設(shè)備，在氣液吸收領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，其反應(yīng)時(shí)間可達(dá)到0.06～0.6 s，能明顯的提高H2S的選擇性吸收。

因此，開(kāi)展旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器應(yīng)用于干氣脫硫裝置的試驗(yàn)研究具有重要意義。

1 旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器的工作原理

旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器如噴淋塔、填料塔一樣，為典型的傳質(zhì)設(shè)備。旋轉(zhuǎn)床結(jié)構(gòu)示意圖如下圖1所示，由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子、殼體、氣液進(jìn)出口及支座構(gòu)成。

圖1 旋轉(zhuǎn)床結(jié)構(gòu)示意圖

轉(zhuǎn)子（填料）在轉(zhuǎn)軸的帶動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)，氣體沿徑向由填料外緣向填料內(nèi)緣流動(dòng)，液體由液體入口進(jìn)入旋轉(zhuǎn)床，經(jīng)過(guò)液相分布器被噴灑在填料內(nèi)緣上，在高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的強(qiáng)大離心力-超重力作用下，從填料內(nèi)壁沿徑向向填料外緣流動(dòng)。氣體和液體在接觸過(guò)程完成了反應(yīng)，反應(yīng)后的液體碰到反應(yīng)器內(nèi)壁后從液體出口排出。

2 旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器適配性

旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器具有高效傳質(zhì)的特性，傳質(zhì)效率比傳統(tǒng)的塔設(shè)備能提高1～3個(gè)數(shù)量級(jí)，含有H2S等酸性氣體的工藝氣與吸收液發(fā)生高效傳質(zhì)反應(yīng)，反應(yīng)效率顯著提高，旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器反應(yīng)時(shí)間非常短，可以達(dá)到0.06～0.6 s；而MDEA對(duì)H2S、CO2的吸收有不同的反應(yīng)歷程，其反應(yīng)速率相差若干個(gè)數(shù)量級(jí)，因此，在一定的條件下，控制反應(yīng)接觸時(shí)間，就能達(dá)到選擇性吸收的目的。旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器高效傳質(zhì)、反應(yīng)接觸時(shí)間短，適合應(yīng)用于MDEA選擇性脫硫技術(shù)。

3 工業(yè)側(cè)線試驗(yàn)

3.1 工藝流程

試驗(yàn)工藝流程如圖2所示。干氣由氣相管線進(jìn)入旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器中，與MDEA貧液在高速旋轉(zhuǎn)的床層中實(shí)現(xiàn)逆流接觸，完成傳質(zhì)與反應(yīng)，達(dá)到脫除H2S的目的。凈化氣由反應(yīng)器頂部流出，進(jìn)入除霧器，實(shí)現(xiàn)除霧除沫，由出口管線進(jìn)入下游裝置。MDEA富液在旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器底部匯集，進(jìn)入中間罐，隨后由富液泵輸送至再生塔進(jìn)行再生，再生后的MDEA貧液循環(huán)使用。

圖2　旋轉(zhuǎn)床脫硫工藝試驗(yàn)流程圖

3.2 試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法

4000 Nm3/h干氣脫硫工業(yè)側(cè)線試驗(yàn)在中原油田分公司石油化工總廠的催化車間干氣脫硫裝置開(kāi)展，現(xiàn)場(chǎng)如圖3所示。

圖3 旋轉(zhuǎn)床脫硫試驗(yàn)裝置圖

工業(yè)側(cè)線現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方式為旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器（圖中藍(lán)色撬裝裝置）與原MDEA干氣吸收塔串、并聯(lián)操作（MDEA吸收塔操作壓力0.6 MPa），部分干氣切入旋轉(zhuǎn)床，逐漸增加氣量，旋轉(zhuǎn)床裝置干氣入口設(shè)置流量計(jì)。

3.3 試驗(yàn)條件

干氣氣量：2 000~4 500 Nm3/h

干氣入口溫度：40~45 ℃

干氣壓力：0.5~1.0 MPa

入口干氣中H2S濃度：2 000～25 000 mg/Nm3

入口干氣中CO2濃度：2.5～4%（v）

MDEA濃度：15%～40%（w）

MDEA貧液溫度：35~40 ℃

3.4 試驗(yàn)結(jié)果條件

本次試驗(yàn)主要考察旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器應(yīng)用于干氣脫硫裝置時(shí)，操作參數(shù)對(duì)H2S選擇性、脫除率的影響及旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)性能。

試驗(yàn)結(jié)果表明：

（1）選擇性考察：經(jīng)旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器處理后，MDEA對(duì)H2S選擇性明顯提高，CO2共吸率為5%左右，而原吸收塔的CO2共吸率高達(dá)40%。

（2）脫硫率考察：旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器H2S脫硫率均高于99%，與吸收塔脫硫率基本持平。

（3）長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)考察：該撬裝裝置連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)3 000 h，裝置運(yùn)轉(zhuǎn)正常，處理效果穩(wěn)定。

4 結(jié) 論

通過(guò)工業(yè)側(cè)線試驗(yàn)，驗(yàn)證了采用旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器代替填料塔或者板式塔，能夠在保證H2S脫除率的前提下，有效地降低了CO2共吸率，提高了H2S選擇性，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗。且旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器具有裝置規(guī)模小、投資低、操作簡(jiǎn)單、操作彈性大、開(kāi)停工方便等特點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器應(yīng)用于干氣脫硫?yàn)楦咝А⒐?jié)能、集約型技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 陳建良，馬正飛，紀(jì)宏宸，等，MDEA水溶液對(duì)H2S和CO2混合氣體吸收速率的測(cè)定[J]. 天然氣化工，2007，32：74-77.

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Experimental Research on Application of Rotating Packed Bed Reactor in Dry Gas Desulfurization Device

1，1，1211

(1. Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals, Liaoning Fushun 113001, China；2. PetroChina Fushun Petrochemical Company No.3 Refinery, Liaoning Fushun 113001, China）

Rotating packed bed (RPB) as a novel gas-liquid mass transfer reactor，has the advantages of larger mass transfer efficiency and shorter residence time. In this paper, the actual situation of application of rotating packed bed reactor in dry gas desulfurization device was elaborated. The results show that：under the same operating conditions, the CO2absorption rate of PRB is lower than that of the absorption tower, while the desulfurization rate of RPB is the same as the absorption tower.

rotating packed bed; dry gas; desulfurization; MDEA

TQ 052

A

1671-0460（2016）09-2156-03

2016-07-28

王璐瑤（1986-），女，助理工程師，碩士，河南省周口市人，2011 年畢業(yè)于大連理工大學(xué)化工工程專業(yè)，現(xiàn)從事石油化工環(huán)保技術(shù)開(kāi)發(fā)工作。E-mail：wangluyao.fshy@sinopec.com，電話：024-56389580。

中國(guó)石油化工集團(tuán)公司資助項(xiàng)目,114020。