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(qiáng)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(rèn)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(shí)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(dān)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(jì)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(dá)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(yán)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(jìn)口原油含硫量高、干氣負(fù)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(biāo)的問題，公司于2002年2月與北京化工學(xué)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(shí)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(xiàng)新興的工程技術(shù)，是利用超重力場強(qiáng)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(jìn)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(jìn)入填料層2，液體由液體進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)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(jìn)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(jìn)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(jì)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(yùn)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(yùn)行，干氣經(jīng)J5001a、C-5001脫除硫化氫后，進(jìn)入系統(tǒng)瓦斯管網(wǎng)；胺液進(jìn)

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(jìn)一步脫除干氣中的硫化氫，富液進(jìn)行再生。試運(yùn)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(dá)99.79（見表1中投用旋轉(zhuǎn)床后a數(shù)據(jù)）。試運(yùn)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(yùn)兩個月后流程進(jìn)行了變動：干氣仍然走串聯(lián)，胺液不進(jìn)脫硫塔，用泵P 5002經(jīng)流控閥FV5001后，進(jìn)入旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器，干氣脫硫塔作沉降之用。從運(yùn)行的結(jié)果可以看出，雖然干氣中硫化氫含量達(dá)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(jì)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(dú)使用脫硫率都在97 以上，特別在再生塔超負(fù)荷，貧液的H2S高達(dá)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(jì)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(xiàng)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(jì)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(jì) 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(jì)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(jìn)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(dú)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(dú)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(shí)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(yùn)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(jìn)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(xiàng)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(fèi)用(周期35a)0.5萬元42萬元1.2%電機(jī)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(diǎn)。5 存在的問題及對策從旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器運(yùn)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(yán)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(jì)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(jìn)行改進(jìn)兩個方面來解決霧沫加大嚴(yán)重的問題。車間準(zhǔn)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(qiáng)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(diǎn)。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