旋轉床應用于干氣脫硫裝置的試驗研究

王璐瑤，齊慧敏，彭德強，于 洋，孟凡飛， 陳 新

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旋轉床應用于干氣脫硫裝置的試驗研究

王璐瑤1，齊慧敏1，彭德強1，于 洋2，孟凡飛1， 陳 新1

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

旋轉床是一種新型高效氣液傳質設備，具有傳質效率高、停留時間短等優點，本文主要闡述了采用旋轉床反應器應用于干氣脫硫裝置的試驗情況。試驗結果表明，在相同的操作條件下，采用旋轉床反應器代替吸收塔，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H2S、CO2的吸收有不同的反應歷程，其反應速率存在差異[1]，這種差異使MDEA具有極好的選擇吸收能力[2]。其吸收過程為：低溫吸收-高溫再生，吸收劑循環使用，再生后的酸性氣用于制備硫磺或其他化工產品。

干氣脫硫吸收設備一般為填料塔或板式塔，存在吸收液用量較大、傳質效果較差、能耗大、設備體積大等缺點[3-5]。同時，由于吸收塔氣液接觸時間長，MDEA溶劑在吸收H2S的同時，也同時吸收大量的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，加重吸收塔發泡情況，影響凈化氣質量及操作穩定[6]。

旋轉床反應器是利用離心力強化傳質與混合的高效傳質設備，在氣液吸收領域有著廣泛應用，其反應時間可達到0.06～0.6 s，能明顯的提高H2S的選擇性吸收。

因此，開展旋轉床反應器應用于干氣脫硫裝置的試驗研究具有重要意義。

1 旋轉床反應器的工作原理

旋轉床反應器如噴淋塔、填料塔一樣，為典型的傳質設備。旋轉床結構示意圖如下圖1所示，由驅動電機、轉軸、轉子、殼體、氣液進出口及支座構成。

圖1 旋轉床結構示意圖

轉子（填料）在轉軸的帶動下高速旋轉，氣體沿徑向由填料外緣向填料內緣流動，液體由液體入口進入旋轉床，經過液相分布器被噴灑在填料內緣上，在高速旋轉產生的強大離心力-超重力作用下，從填料內壁沿徑向向填料外緣流動。氣體和液體在接觸過程完成了反應，反應后的液體碰到反應器內壁后從液體出口排出。

2 旋轉床反應器適配性

旋轉床反應器具有高效傳質的特性，傳質效率比傳統的塔設備能提高1～3個數量級，含有H2S等酸性氣體的工藝氣與吸收液發生高效傳質反應，反應效率顯著提高，旋轉床反應器反應時間非常短，可以達到0.06～0.6 s；而MDEA對H2S、CO2的吸收有不同的反應歷程，其反應速率相差若干個數量級，因此，在一定的條件下，控制反應接觸時間，就能達到選擇性吸收的目的。旋轉床反應器高效傳質、反應接觸時間短，適合應用于MDEA選擇性脫硫技術。

3 工業側線試驗

3.1 工藝流程

試驗工藝流程如圖2所示。干氣由氣相管線進入旋轉床反應器中，與MDEA貧液在高速旋轉的床層中實現逆流接觸，完成傳質與反應，達到脫除H2S的目的。凈化氣由反應器頂部流出，進入除霧器，實現除霧除沫，由出口管線進入下游裝置。MDEA富液在旋轉床反應器底部匯集，進入中間罐，隨后由富液泵輸送至再生塔進行再生，再生后的MDEA貧液循環使用。

圖2　旋轉床脫硫工藝試驗流程圖

3.2 試驗裝置及試驗方法

4000 Nm3/h干氣脫硫工業側線試驗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展，現場如圖3所示。

圖3 旋轉床脫硫試驗裝置圖

工業側線現場試驗方式為旋轉床反應器（圖中藍色撬裝裝置）與原MDEA干氣吸收塔串、并聯操作（MDEA吸收塔操作壓力0.6 MPa），部分干氣切入旋轉床，逐漸增加氣量，旋轉床裝置干氣入口設置流量計。

3.3 試驗條件

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 試驗結果條件

本次試驗主要考察旋轉床反應器應用于干氣脫硫裝置時，操作參數對H2S選擇性、脫除率的影響及旋轉床反應器長周期運轉性能。

試驗結果表明：

（1）選擇性考察：經旋轉床反應器處理后，MDEA對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40%。

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

（3）長周期運轉考察：該撬裝裝置連續運轉3 000 h，裝置運轉正常，處理效果穩定。

4 結 論

通過工業側線試驗，驗證了采用旋轉床反應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，實現了節能降耗。且旋轉床反應器具有裝置規模小、投資低、操作簡單、操作彈性大、開停工方便等特點，旋轉床反應器應用于干氣脫硫為高效、節能、集約型技術，具有廣闊的應用前景。

參考文獻：

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

［2］ 葉啟亮，惠文明，陶軍，等. 醇胺法選擇性脫除H2S側線實驗研究[J]. 華東理工大學學報，2003，28(2)：127-130.

［3］ 李菁菁，于海霞. 煉廠氣體脫硫中影響脫硫效果因素分析[J]. 中外能源，2009，(14)3：71-76.

［4］ 胡曉應. 影響干氣脫硫效果因素分析[J]. 石油化工設計，2002，19(2)：44-47.

［5］ 黃文佼，付翔. proMax模擬MDEA配方溶液脫硫脫碳[J]. 科技創新與應用，2013，19：33-34.

［6］ 王遇冬，等. MDEA 配方溶液在天然氣脫硫脫碳中的選用[J]．石油與天然氣化工，2003，32(5)：291-294.

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 年畢業于大連理工大學化工工程專業，現從事石油化工環保技術開發工作。E-mail：wangluyao.fshy@sinopec.com，電話：024-56389580。

中國石油化工集團公司資助項目,114020。