旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器在干氣脫硫裝置上的應(yīng)用

1、旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器在干氣脫硫裝置上的應(yīng)用吳志偉 王慶元 福建煉油化工有限公司 摘要 旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器是利用超重力場強化三傳一反化工過程的新型設(shè)備。本文結(jié)合福建煉化公司干氣脫硫裝置存在的問題，認真闡述了干氣旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器的原理、構(gòu)造以及在福建煉化公司的干氣脫硫系統(tǒng)應(yīng)用的實際情況。關(guān)鍵詞 干氣脫硫裝置 旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器 福建煉油化工有限公司氣體脫硫裝置目前承擔著催化干氣、焦化干氣、加氫低分氣、催化液態(tài)烴等煉廠氣體脫硫任務(wù)。氣體脫硫裝置采用胺法脫硫工藝脫除催化干氣中的硫化氫，催化干氣脫硫設(shè)計處理能力為103.0kt/a。催化干氣與胺液（主要成分為MDEA）在填料塔內(nèi)逆流接觸，達到脫硫目的。由于胺法脫硫工藝存在著溶劑

2、降解問題，隨著開工周期的延長，填料塔內(nèi)的填料表面易被降解物堵塞，形成溝流，影響傳質(zhì)效率，嚴重時整個流通通道被降解物覆蓋，造成胺液沉降不下來；同時公司加工進口原油含硫量高、干氣負荷大，使得凈化干氣的質(zhì)量難以控制。為解決凈化干氣硫化氫超標的問題，公司于2002年2月與北京化工學院合作共同開發(fā)了旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器脫硫工藝并在氣體脫硫裝置實現(xiàn)了工業(yè)應(yīng)用。1干氣旋轉(zhuǎn)床的工作原理 旋轉(zhuǎn)床是70年代在國際上發(fā)展起來的一項新興的工程技術(shù)，是利用超重力場強化三傳一反化工過程的新型設(shè)備。對普通的氣相為連續(xù)相的氣液逆流接觸旋轉(zhuǎn)床的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。 圖1. 旋轉(zhuǎn)床基本結(jié)構(gòu)示意圖氣相經(jīng)氣體進口管1沿切向引入旋轉(zhuǎn)床外腔，在

3、氣體壓力作用下由轉(zhuǎn)子3的外緣處進入填料層2，液體由液體進口管6引入轉(zhuǎn)子內(nèi)腔經(jīng)噴頭7噴灑在轉(zhuǎn)子內(nèi)緣上，進入轉(zhuǎn)子3的液體受到高速旋轉(zhuǎn)的填料的作用周向速度迅速增加，所產(chǎn)生的離心力將其甩向轉(zhuǎn)子3的外緣。在此過程中，液體被填料分散破碎形成極大的不斷更新的表面積，曲折的流道更加速了表面更新，增大了氣液相的湍流程度。這樣在轉(zhuǎn)子內(nèi)部形成了極好的傳質(zhì)與反應(yīng)條件，而后液體被轉(zhuǎn)子甩出，由外殼4匯集后經(jīng)液體出口管8離開旋轉(zhuǎn)床，氣體與液體逆流接觸后自轉(zhuǎn)子中心引出由氣體出口管5離開旋轉(zhuǎn)床。完成了整個傳質(zhì)或反應(yīng)過程。2工藝流程改造在原C-5001脫硫塔前加入旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器，含硫干氣首先進入旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器，與貧胺液逆流接觸，脫除

4、氣相中的大部分H2S，然后進入C-5001，與塔頂噴下的貧胺液逆流接觸，脫除剩余的H2S，使之達到設(shè)計指標20mg/Nm3。塔底出來的胺液引至旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器液相入口與旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器入口的貧液混合后一起進入旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器，與氣相傳質(zhì)后，從旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器的出口進入液相緩沖罐，然后引至再生系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器設(shè)計干氣最大處理能力為16 t/h ；胺液最大流量為30t/h；氣相出口凈化氣中硫化氫50mg/nm3。 圖2 旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器系統(tǒng)工藝流程示意圖3 干氣旋轉(zhuǎn)床脫硫反應(yīng)器運行效果3.1 硫化氫脫除效率高2002年3月開始旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器試運行，干氣經(jīng)J5001a、C-5001脫除硫化氫后，進入系統(tǒng)瓦斯管網(wǎng)；胺液進

5、入干氣脫硫塔C-5001后，經(jīng)泵P5012打入旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器J5001a，進一步脫除干氣中的硫化氫，富液進行再生。試運過程中表明，凈化干氣H2S明顯下降，胺液濃度平均只有21.5，H2S脫除率卻達99.79（見表1中投用旋轉(zhuǎn)床后a數(shù)據(jù)）。試運行期間干氣處理量增大，干氣脫硫塔C-5001胺液沉降不下來，后部D5024胺液回收罐常常帶液。為此在試運兩個月后流程進行了變動：干氣仍然走串聯(lián)，胺液不進脫硫塔，用泵P 5002經(jīng)流控閥FV5001后，進入旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器，干氣脫硫塔作沉降之用。從運行的結(jié)果可以看出，雖然干氣中硫化氫含量達到了25906 mg/m3，但硫化氫的脫除率仍然保持在99.2的水平，并且解

6、決了胺液沉降不下的問題（見表1中投用旋轉(zhuǎn)床后b數(shù)據(jù)）。從一周統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器脫硫效率高，傳質(zhì)效果好，通常不論是與塔C-5001串聯(lián)還是單獨使用脫硫率都在97 以上，特別在再生塔超負荷，貧液的H2S高達5 以上時脫硫率也能保持在一個較高水平。從干氣硫化氫脫除率的一個月生產(chǎn)統(tǒng)計來看，干氣平均脫除率為99.82 ，而且脫硫率能夠保持相對的穩(wěn)定，滿足生產(chǎn)要求。表1 旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器投用前后干氣脫硫操作參數(shù)及產(chǎn)品質(zhì)量對比項目胺量/(th-1)干氣量/(th-1)干氣H2S/(mgm-3)脫除率,胺液C5001J5001a脫前脫后H2S濃度%投用旋轉(zhuǎn)床前20926696140594.132.182

7、7.8投用旋轉(zhuǎn)床后a24338.51724336.699.791.1021.5投用旋轉(zhuǎn)床后b209.62590620099.21.3223.0表2 旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器投用后干氣硫化氫脫除率一周統(tǒng)計數(shù)據(jù)序號干氣量/(th-1)脫前H2S/ (mgm-3)脫后H2S/ (mgm-3)脫除率,胺量/(th-1)胺液H2SCO2濃度,%19.64544028499.38201.024.1419.6729.63692056898.46201.193.6720.9939.63266028499.13201.193.7619.7949.62840035598.75201.535.0420.9959.6225607

8、199.68201.195.5820.3969.6113601499.88201.195.3520.6979.63408021399.38201.095.0920.99圖3 旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器投用后干氣硫化氫脫除率一個月生產(chǎn)統(tǒng)計 表3 旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器后干氣脫硫操作參數(shù)一個月生產(chǎn)統(tǒng)計胺量/(th-1)干氣量/(th-1)胺液J5001aH2S濃度，%16209111.5620.154.2 流程靈活，操作彈性大旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器流程可根據(jù)處理量及脫前干氣硫化氫含量的情況進行變化。干氣流程：可走反應(yīng)器J5001a、干氣脫硫塔C-5001的串聯(lián)，也可單獨走反應(yīng)器或干氣脫硫塔；胺液流程：可走串聯(lián)，降低系統(tǒng)總循環(huán)量，也可

9、與干氣流程配套，單獨走反應(yīng)器或干氣脫硫塔。因此大大提高了操作的靈活性，可根據(jù)生產(chǎn)實際情況來確定操作方案。旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器的在干氣處理量812t/h時均可保持質(zhì)量合格，因此有很大的操作彈性。同時反應(yīng)器運行時不易堵塞，胺液不易發(fā)泡，因此傳質(zhì)效率高，操作穩(wěn)定。旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器解決了胺液熱降解物堵塞填料造成液體分布不均、傳質(zhì)效果降低而停車進行干氣脫硫塔清洗的問題。4.3投資少，占地面積小 旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器與脫硫塔的技術(shù)參數(shù)見表4。表4旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器J5001與脫硫塔C5001的技術(shù)參數(shù)對比項目超重力脫硫反應(yīng)器脫硫塔J5001/C5001高/ m1.45324.4%直徑/m0.91.275%空塔體積/m30.5727

10、.812%填料體積/m30.0905140.6%填料更換費用(周期35a)0.5萬元42萬元1.2%電機功率/kW150材料與物料接觸全部為不銹鋼殼體為碳鋼，填料為不銹鋼投資萬元458751.7%從表4可見，旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器的投資僅是塔C-5001的51.7%，體積是塔C-5001的2%，填料體積是塔C-5001的0.6%。旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)較干氣脫硫塔具有明顯的投資少占地面積少的特點。5 存在的問題及對策從旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器運行情況來看，存在的主要問題是從旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器出來的干氣霧沫夾帶量較大。霧沫夾帶量大對旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器脫硫效果有一定不利影響，嚴重時還加劇系統(tǒng)胺液的損耗。造成霧沫夾帶量大的主要原因是旋轉(zhuǎn)床設(shè)計干氣氣相流速過高，胺液出噴嘴的流速過低等。為此，可從旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器轉(zhuǎn)子的氣體出口與設(shè)備的氣體出口之間設(shè)置霧沫捕集器或脫硫工藝流程進行改進兩個方面來解決霧沫加大嚴重的問題。車間準備在本周期停工檢修期間在旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器的外部設(shè)置汽液沉降罐，內(nèi)部設(shè)置破沫填料，增強汽液沉降分離效果，解決干氣的霧沫夾帶問題。6 結(jié)論a)旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器具有投資少，占地面積小，開停工容易等特點。b)旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器脫硫效率高，且流程靈活、操作彈性大，能夠滿足生產(chǎn)要求。c)解決了胺液熱降解物堵塞填料造