吸收分离一体化含硫气体脱硫旋流反应装置

摘要

吸收分离一体化含硫气体脱硫旋流反应装置，属含硫气体脱硫的旋流反应器领域。其特征在于：所述的混合腔（3）出口端按照反应顺序依次连通反应机构和分离机构，所述进气管切向设置在混合腔（3）上部，所述第一雾化喷嘴（2）插在进气管上，混合腔（3）与反应机构之间设有第一级导叶（4），反应机构与分离机构之间设有第二级导叶（8），所述混合腔（3）、反应机构和分离机构均包括一个内径渐变的腔体。本发明实现了含硫气体与吸收液脱硫反应和分离的一体化，利用旋流场的高湍流度增大气液接触面积，加快气液传质速率，使含硫气体中的硫化氢得到迅速吸收，有效提升了反应效率，节省了反应空间。

说明书

技术领域

吸收分离一体化含硫气体脱硫旋流反应装置，属含硫气体脱硫的旋流反应器领域。

背景技术

含硫炼厂气、天然气脱硫方法多种多样，如化学吸收法、物理吸收法、混合吸收法、固定床吸附法、膜分离法和直接转化法等，各种方法各有其优缺点，但工业应用中使用最多的还是化学吸收法，即胺法脱硫。

传统胺法脱硫装置有板式塔和填料塔两种，板式塔由多层塔板构成，脱硫塔一般有20~24块塔板，整体高度很大，占用空间较大且人工检修困难，为增加气液两相间溶质的传质推动力，操作压力通常在4MPa以上，而再生塔操作压力一般选取100kpa~200kpa，这就需要对吸收液不断升压再减压，增加了能耗损失。

填料塔传质传热性能与其内部填料类型密切相关，发展时间较板式塔短，但经过几十年发展，不仅开发出了拉西环、鲍尔环、阶梯环、波纹板填料等传统填料类型，且新开发出规整填料、新型乱堆填料等效率较高的填料方式。拉西环、鲍尔环、阶梯环、波纹板填料等传统的填料类型效率不高，新型乱堆和规整填料效率较高，但造价相对昂贵。填料塔整体高度较板式塔有所下降，但塔内高度要在填料高度的基础上增加人孔、分布器、收集器、再分布器等内部构件所需空间，通常脱硫用填料吸收塔高度仍然在六米以上，这也造成了填料塔内部结构复杂，安装检修更为困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种占用空间小，初始投资少和维护检修方便的吸收分离一体化含硫气体脱硫旋流反应装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该吸收分离一体化含硫气体脱硫旋流反应装置，包括进气管、第一雾化喷嘴和混合腔，其特征在于：所述的混合腔出口端按照反应顺序依次连通反应机构和分离机构，所述进气管切向设置在混合腔上部，所述第一雾化喷嘴插在进气管上，混合腔与反应机构之间设有第一级导叶，反应机构与分离机构之间设有第二级导叶，所述混合腔、反应机构和分离机构均包括一个内径渐变的腔体，所述的分离机构与外界连通有排气装置。

实现了含硫气体与吸收液脱硫反应和分离的一体化，同时混合腔、反应机构和分离机构均包括一个内径渐变的腔体，利用内径渐变的腔体形成旋流场，并利用旋流场的高湍流度增大气液接触面积，加快气液传质速率，使含硫气体中的硫化氢得到迅速吸收，有效提升了反应效率，从而节省了反应空间；旋流反应器结构简单，初始投资小，便于脱硫设备的维护检修和节省初始投资。

所述的进气管至少设有对称的两组，所述第一雾化喷嘴的出液端设有弯头，弯头朝向与进气管的进气方向相对设置。

所述的混合腔上部为圆筒形壳体，下部为内径逐渐减小的圆锥形壳体。

所述的反应机构包括反应腔体和进液结构，反应腔体分成上下两部分，上部腔体为从上到下内径逐渐增大的锥形壳体，下部腔体为从上到下内径逐渐缩小的锥形壳体，且在上部腔体的上部设有进液结构。

所述的进液结构为第二雾化喷嘴，环形插在所述的上部腔体的上部。

所述的进液结构包括外筒体、进液口和进液孔，所述的外筒体设置在所述上部腔体的上部，外径与上部腔体的最大外径相同，外筒体上端面设有进液口，上部腔体的倾斜端面上环形设有多个进液孔。

所述的分离机构包括连接为一体的上下两部分，上部为圆柱形壳体，下部为内径逐渐减小的圆锥形壳体，圆锥形壳体的底部设有底流口。

所述的第一级导叶形成的流体旋流方向与进气管形成的切向旋流反向相反，与第二级导叶形成的流体旋流方向相同。

经过初步反应的混合流体沿器壁切向流动的同时轴向流动至第一级导叶，一级导叶造旋方向和切向进气管道造旋方向相反，第一级导叶的存在影响导叶上方混合腔内的流场，增大流体湍流度；混合流体离开反应空间后进入第二级导叶，第二级导叶造旋方向与第一级导叶造旋方向相同；混合流体经过第二级导叶后切向速度得到加强，进入分离机构，分离机构由柱段和锥段组成，经过第二级导叶的切向加速，离心力增大，吸收液雾滴在离心力作用下被甩向边壁，同时与气体继续进行反应，甩向边壁的吸收液雾滴聚集成液体沿器壁流下进入导流管，得到净化后的气体进入锥段后由于密度较轻，形成旋转向上的上升流，经排气芯管排出。

所述的排气装置为排气芯管，排气芯管穿套在混合腔与反应机构内部，一端伸出混合腔顶部，另一端连通分离机构内部。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

1、首先，实现了含硫气体与吸收液脱硫反应和分离的一体化，其次，混合腔、反应机构和分离机构均包括一个内径渐变的腔体，利用旋流场的高湍流度增大气液接触面积，加快气液传质速率，使含硫气体中的硫化氢得到迅速吸收，有效提升了反应效率，从而节省了反应空间；旋流反应器结构简单，初始投资小，便于脱硫设备的维护检修和节省初始投资；含硫气体旋流脱硫反应器通过提高气液湍流度增大接触面积提高气液相际传质速率，可适应不同压力的原料气，与传统吸收塔装置必须高压操作相比，压降较小，且有效节省了传统装置中反复对吸收液升压和减压造成的能源浪费。

2、旋流反应器总体高度不超过2m，与板式塔和填料塔的十几米或者几十米的高度相比，极大节省了装置所占空间和装置初始投资；旋流反应器内部无动部件，不宜发生故障，相对体积较小，检修方便。

3、反应迅速，含硫含硫气体在旋流反应装置内停留时间小于1秒，远小于脱硫吸收塔装置一分钟甚至更长的停留时间，且借助流场内高湍流度增大气液接触面积提高传质反应速率，气体中所含硫化氢经过混合部分、主反应部分和分离部分的三级反应后得到有效脱除。

附图说明

图1为实施例1的主视图示意图。

图2为图1的A-A示意图。

图3为图1的B-B示意图。

图4为图1的C-C示意图。

图5为图1的D-D示意图。

图6为图1的Ⅰ部分的局部放大示意图。

图7为图1的Ⅱ部分的局部放大示意图。

图8为实施例2的主视图示意图。

图9为图8的E-E示意图。

图10为实施例2的反应段渐扩椎体剖视图示意图。

图11为实施例2的反应段渐扩椎体另一种结构剖视图示意图。

图12为图10的俯视图示意图。

图13为图11的俯视图示意图。

其中，1、切向进气管2、第一雾化喷嘴3、混合腔4、第一级导叶5、第二雾化喷嘴6、反应段渐扩椎体7、反应段渐缩椎体8、第二级导叶9、分离段圆柱段10、分离段圆锥段11、底流口12、排气芯管13、外筒体14、进液口15、进液孔。

具体实施方式

图1~7是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~13对本发明做进一步说明。

参照附图1~7：吸收分离一体化含硫气体脱硫旋流反应装置，包括进气管、第一雾化喷嘴2和混合腔3，混合腔3上部为圆筒形壳体，下部为内径逐渐减小的圆锥形壳体，混合腔3出口端按照反应顺序依次连通反应机构和分离机构，进气管切向设置在混合腔3上部，如图1所示，为对称设置的两个切向进气管1，第一雾化喷嘴2插在进气管上，混合腔3与反应机构之间设有第一级导叶4，反应机构与分离机构之间设有第二级导叶8，混合腔3、反应机构和分离机构均包括一个内径渐变的腔体，分离机构与外界连通有排气装置。

如图4和图5所示，第一级导叶4形成的流体旋流方向与进气管形成的切向旋流反向相反，与第二级导叶8形成的流体旋流方向相同。

切向进气管1至少设有对称的两组，如图2、3和6所示，第一雾化喷嘴2的出液端设有弯头，弯头朝向外侧，与切向进气管1的进气方向相对设置。

反应机构包括反应腔体和进液结构，反应腔体分成反应段渐扩椎体6和反应段渐缩椎体7上下两部分，上部腔体反应段渐扩椎体6为从上到下内径逐渐增大的锥形壳体，下部腔体反应段渐缩椎体7为从上到下内径逐渐缩小的锥形壳体，且在上部腔体的上部设有进液结构。

如图4所示，进液结构为第二雾化喷嘴5，环形插在所述的上部腔体的上部。如图7所示，第二雾化喷嘴5出液端口与反应段渐扩椎体6倾斜的端面垂直设置。

分离机构包括连接为一体的上下两部分，分离段圆柱段9和分离段圆锥段10，上部的分离段圆柱段9为圆柱形壳体，下部的分离段圆锥段10为内径逐渐减小的圆锥形壳体，圆锥形壳体的底部设有底流口11。

如图1所示，分离机构与外界连通有排气装置。排气装置为排气芯管12，排气芯管12穿套在混合腔3与反应机构内部，一端伸出混合腔3顶部，另一端连通分离机构的分离段圆柱段9内腔。

工作原理与工作过程：混合腔3上设置有两个切向进气管1，同时在两个切向进气管1上各设置一个第一雾化喷嘴2，第一雾化喷嘴2的喷雾方向与切向进气管1的管道气体来流方向相对，含硫含硫气体经切向进气管1进入，同时与管道中的第一雾化喷嘴2的吸收液雾滴逆流接触混合，由于胺液吸收硫化氢的反应属于瞬时反应，气液混合后便开始进行传质吸收反应。

充分混合形成气液混合流体，进入混合腔3后，在切向力作用下，气液混合流体沿器壁做高速湍流动，经过混合腔3下部的渐缩锥段，切向速度增大，气液吸收反应程度进一步提高；气体和吸收液迅速混合传质并开始发生吸收反应；在混合腔3下部的渐缩锥段被离心力甩向器壁的吸收液雾滴在导叶影响下重新分布均匀，之后混合流体经过第一级导叶4改变旋流方向，同时，通过第二雾化喷嘴5向反应段渐扩椎体6内喷入吸收液，混合流体与吸收液再次接触混合进行反应，气液混合物在反应段渐扩椎体6内一边反应一边继续向下流动，反应段渐扩椎体6使旋流直径迅速周向扩张，便于气液混合均匀，同时旋转气流与渐扩锥体上均匀分布的四个第二雾化喷嘴5喷出的吸收液雾滴接触混合，一定程度上降低了混合流体反应造成的升温，同时液相内溶质浓度的降低加快吸收速率，进一步提高了硫化氢气体的净化度，二次与吸收液雾滴混合的气流在主反应空间部分下半部反应段渐缩椎体7的约束作用下，切向速度增加，离心力增大，气液得到初步分离；之后混合流体进入第二级导叶8，第二级导叶8的造旋方向与第一级导叶4造旋方向相同，离开第二级导叶8后气液混合流体切向速度进一步增加，离心力继续增大，经过反应段渐缩椎体7、第二级导叶8后，旋流加速后进入分离段，液相和气相在分离段圆柱段9和分离段圆锥段10反应的同时受离心力影响迅速进行分离，吸收液雾滴在分离段圆柱段9得到初步分离，分离的同时，液滴与气体再次进行了吸收反应，气体净化度进一步提高，在分离段圆锥段10完成全部分离工作，液体沿器壁流下经底流口11排出，净化气体改变方向形成旋转向上的上升流，进入排气芯管12排出旋流反应器。

实施例2

参照附图8~13：如图8所示，进液结构包括外筒体13、进液口14和进液孔15，外筒体13设置在上部腔体反应段渐扩椎体6的上部，外径与反应段渐扩椎体6的最大外径相同，外筒体13上端面设有进液口14，上部腔体的倾斜端面上环形设有多个进液孔15。

进液孔15可为如图8~10、12所示的多个均布的小孔，也可为如图11和13所示的长条细孔。反应段渐扩椎体6内加入的吸收液通过外筒体13上设置的进液口14喷入，进而通过进液孔15喷入反应段渐扩椎体6内腔。其他设置和工作过程与实施例1相同。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。