旋转床反应器在干气脱硫装置上的应用.doc

旋转床反应器在干气脱硫装置上的应用吴志伟 王庆元 福建炼油化工有限公司 摘要 旋转床反应器是利用超重力场强化三传一反化工过程的新型设备。本文结合福建炼化公司干气脱硫装置存在的问题，认真阐述了干气旋转床反应器的原理、构造以及在福建炼化公司的干气脱硫系统应用的实际情况。关键词 干气脱硫装置 旋转床反应器 福建炼油化工有限公司气体脱硫装置目前承担着催化干气、焦化干气、加氢低分气、催化液态烃等炼厂气体脱硫任务。气体脱硫装置采用胺法脱硫工艺脱除催化干气中的硫化氢，催化干气脱硫设计处理能力为103.0kt/a。催化干气与胺液（主要成分为MDEA）在填料塔内逆流接触，达到脱硫目的。由于胺法脱硫工艺存在着溶剂降解问题，随着开工周期的延长，填料塔内的填料表面易被降解物堵塞，形成沟流，影响传质效率，严重时整个流通通道被降解物覆盖，造成胺液沉降不下来；同时公司加工进口原油含硫量高、干气负荷大，使得净化干气的质量难以控制。为解决净化干气硫化氢超标的问题，公司于2002年2月与北京化工学院合作共同开发了旋转床反应器脱硫工艺并在气体脱硫装置实现了工业应用。1干气旋转床的工作原理 旋转床是70年代在国际上发展起来的一项新兴的工程技术，是利用超重力场强化三传一反化工过程的新型设备。对普通的气相为连续相的气液逆流接触旋转床的基本结构如图1所示。 图1. 旋转床基本结构示意图气相经气体进口管1沿切向引入旋转床外腔，在气体压力作用下由转子3的外缘处进入填料层2，液体由液体进口管6引入转子内腔经喷头7喷洒在转子内缘上，进入转子3的液体受到高速旋转的填料的作用周向速度迅速增加，所产生的离心力将其甩向转子3的外缘。在此过程中，液体被填料分散破碎形成极大的不断更新的表面积，曲折的流道更加速了表面更新，增大了气液相的湍流程度。这样在转子内部形成了极好的传质与反应条件，而后液体被转子甩出，由外壳4汇集后经液体出口管8离开旋转床，气体与液体逆流接触后自转子中心引出由气体出口管5离开旋转床。完成了整个传质或反应过程。2工艺流程改造在原C-5001脱硫塔前加入旋转床反应器，含硫干气首先进入旋转床反应器，与贫胺液逆流接触，脱除气相中的大部分H2S，然后进入C-5001，与塔顶喷下的贫胺液逆流接触，脱除剩余的H2S，使之达到设计指标20mg/Nm3。塔底出来的胺液引至旋转床反应器液相入口与旋转床反应器入口的贫液混合后一起进入旋转床反应器，与气相传质后，从旋转床反应器的出口进入液相缓冲罐，然后引至再生系统。旋转床反应器设计干气最大处理能力为16 t/h ；胺液最大流量为30t/h；气相出口净化气中硫化氢50mg/nm3。 图2 旋转床反应器系统工艺流程示意图3 干气旋转床脱硫反应器运行效果3.1 硫化氢脱除效率高2002年3月开始旋转床反应器试运行，干气经J5001a、C-5001脱除硫化氢后，进入系统瓦斯管网；胺液进入干气脱硫塔C-5001后，经泵P5012打入旋转床反应器J5001a，进一步脱除干气中的硫化氢，富液进行再生。试运过程中表明，净化干气H2S明显下降，胺液浓度平均只有21.5，H2S脱除率却达99.79（见表1中投用旋转床后a数据）。试运行期间干气处理量增大，干气脱硫塔C-5001胺液沉降不下来，后部D5024胺液回收罐常常带液。为此在试运两个月后流程进行了变动：干气仍然走串联，胺液不进脱硫塔，用泵P 5002经流控阀FV5001后，进入旋转床反应器，干气脱硫塔作沉降之用。从运行的结果可以看出，虽然干气中硫化氢含量达到了25906 mg/m3，但硫化氢的脱除率仍然保持在99.2的水平，并且解决了胺液沉降不下的问题（见表1中投用旋转床后b数据）。从一周统计数据可以看出旋转床反应器脱硫效率高，传质效果好，通常不论是与塔C-5001串联还是单独使用脱硫率都在97 以上，特别在再生塔超负荷，贫液的H2S高达5 以上时脱硫率也能保持在一个较高水平。从干气硫化氢脱除率的一个月生产统计来看，干气平均脱除率为99.82 ，而且脱硫率能够保持相对的稳定，满足生产要求。表1 旋转床反应器投用前后干气脱硫操作参数及产品质量对比项目胺量/(th-1)干气量/(th-1)干气H2S/(mgm-3)脱除率,胺液C5001J5001a脱前脱后H2S浓度%投用旋转床前20926696140594.132.1827.8投用旋转床后a24338.51724336.699.791.1021.5投用旋转床后b209.62590620099.21.3223.0表2 旋转床反应器投用后干气硫化氢脱除率一周统计数据序号干气量/(th-1)脱前H2S/ (mgm-3)脱后H2S/ (mgm-3)脱除率,胺量/(th-1)胺液H2SCO2浓度,%19.64544028499.38201.024.1419.6729.63692056898.46201.193.6720.9939.63266028499.13201.193.7619.7949.62840035598.75201.535.0420.9959.6225607199.68201.195.5820.3969.6113601499.88201.195.3520.6979.63408021399.38201.095.0920.99图3 旋转床反应器投用后干气硫化氢脱除率一个月生产统计 表3 旋转床反应器后干气脱硫操作参数一个月生产统计胺量/(th-1)干气量/(th-1)胺液J5001aH2S浓度，%16209111.5620.154.2 流程灵活，操作弹性大旋转反应器流程可根据处理量及脱前干气硫化氢含量的情况进行变化。干气流程：可走反应器J5001a、干气脱硫塔C-5001的串联，也可单独走反应器或干气脱硫塔；胺液流程：可走串联，降低系统总循环量，也可与干气流程配套，单独走反应器或干气脱硫塔。因此大大提高了操作的灵活性，可根据生产实际情况来确定操作方案。旋转床反应器的在干气处理量812t/h时均可保持质量合格，因此有很大的操作弹性。同时反应器运行时不易堵塞，胺液不易发泡，因此传质效率高，操作稳定。旋转床反应器解决了胺液热降解物堵塞填料造成液体分布不均、传质效果降低而停车进行干气脱硫塔清洗的问题。4.3投资少，占地面积小 旋转床反应器与脱硫塔的技术参数见表4。表4旋转床反应器J5001与脱硫塔C5001的技术参数对比项目超重力脱硫反应器脱硫塔J5001/C5001高/ m1.45324.4%直径/m0.91.275%空塔体积/m30.5727.812%填料体积/m30.0905140.6%填料更换费用(周期35a)0.5万元42万元1.2%电机功率/kW150材料与物料接触全部为不锈钢壳体为碳钢，填料为不锈钢投资万元458751.7%从表4可见，旋转床反应器的投资仅是塔C-5001的51.7%，体积是塔C-5001的2%，填料体积是塔C-5001的0.6%。旋转床反应较干气脱硫塔具有明显的投资少占地面积少的特点。5 存在的问题及对策从旋转床反应器运行情况来看，存在的主要问题是从旋转床反应器出来的干气雾沫夹带量较大。雾沫夹带量大对旋转床反应器脱硫效果有一定不利影响，严重时还加剧系统胺液的损耗。造成雾沫夹带量大的主要原因是旋转床设计干气气相流速过高，胺液出喷嘴的流速过低等。为此，可从旋转床反应器旋转床反应器转子的气体出口与设备的气体出口之间设置雾沫捕集器或脱硫工艺流程进行改进两个方面来解决雾沫加大严重的问题。车间准备在本周期停工检修期间在旋转床反应器的外部设置汽液沉降罐，内部设置破沫填料，增强汽液沉降分离效果，解决干气的雾沫夹带问题。6 结论a)旋转床反应器具有投资少，占地面积小，开停工容易等特点。b)旋转床反应器脱硫效率高，且流程灵活、操作弹性大，能够满足生产要求。c)解决了胺液热降解物堵塞填料造