CN116726683B - 一种燃料气湿法脱硫单元、装置和系统 - Google Patents

Abstract

一种燃料气湿法脱硫单元、装置和系统，属于未发生燃烧的燃料气的脱硫处理领域，在壳体的中心设有中心蓄液管，环绕该中心蓄液管依次交替设置气液混合区和外围蓄液区；气液混合区内设置有与环形隔板，将其内部空间分为吸液混合腔和溢流吸收腔，吸液混合腔的顶部与环形布气管连通，吸液混合腔的中上部设置有与中心蓄液管或外围蓄液区连通的吸液区，环形布气管内的燃料气高速进入到吸液混合腔内并产生负压，并通过吸液孔吸入吸收剂与燃料气充分混合反应，并沿底部与溢流吸收腔连通的通道进入到溢流吸收腔内，且在溢流吸收腔顶部实现气液分离。本发明通过改善液体吸附剂与燃料气的接触方式，从而提高脱硫效率，同时有效脱除有机硫。

Description

一种燃料气湿法脱硫单元、装置和系统

技术领域

本发明涉及到燃料气在未燃烧之前的脱硫领域，具体的说是一种燃料气湿法脱硫单元、装置和系统。

背景技术

随着环保政策的越来越严格，天然气、沼气以及石油炼化产生的干气等燃料气的应用越来越广泛，对燃料气的脱硫提出了更高的要求。

目前，燃料气的脱硫基本上分为物理法（膜分离技术和变压吸附技术）、化学法（干法脱硫和湿法脱硫）以及生物脱硫法，应用最为普遍的是湿法脱硫。

湿法脱硫不管是催化氧化法脱硫，还是醇氨法脱硫，其本质都是在于使燃料气与吸收液发生反应，去除燃料气中的硫，但是经过研究发现，燃料气与吸收液的接触充分与否，关系到湿法脱硫的脱硫效率。

燃料气与吸收液的接触方式一般是两种，一种是将燃料气通入吸收液内充分反应，另一种是将吸收液雾化后与燃料气发生接触反应；而现有湿法脱硫的反应器中，一般是将两者吸收方式结合起来，即先将吸收液通过雾化喷头向下喷出，在反应器底部形成吸收液蓄积区，燃料气先通入吸收液蓄积区内，发生一次脱硫反应，之后逸出蓄积区向上与雾化的吸收液二次反应；

另外，由于燃料气来源不同，其内硫的存在形式也不相同，不但有常规的无机硫（主要是硫化氢），在石油炼化产生的干气以及高炉煤气中还存在一定的有机硫（比如二硫化碳、羟基硫、以及含有硫的醇和醚等），采用湿法脱硫可以很好的脱除燃料气中的无机硫，但是对于有机硫的脱除效果并不理想。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃料气湿法脱硫单元、装置和系统，通过改善液体吸附剂与燃料气的接触方式，从而提高脱硫效率，同时有效脱除有机硫。

本发明为实现上述技术目的所采用的技术方案为：一种燃料气湿法脱硫单元，包括一封闭的壳体，壳体的中心区域设置有中心蓄液管，环绕该中心蓄液管依次交替设置环形的气液混合区和外围蓄液区，所述中心蓄液管和外围蓄液区的顶部封闭，且设置有环形布气管，中心蓄液管和外围蓄液区的底部具有吸收剂注入孔道；所述气液混合区内设置有与其侧壁平行的环形隔板，且环形隔板将其内部空间分为靠近中心蓄液管的吸液混合腔和远离中心蓄液管的溢流吸收腔，其中，吸液混合腔的顶部与环形布气管连通，吸液混合腔的中上部设置有与中心蓄液管或外围蓄液区连通的吸液区，该吸液区由密布的吸液孔构成，环形布气管内的燃料气高速进入到吸液混合腔内并产生负压，并通过吸液孔吸入吸收剂与燃料气充分混合反应，并沿底部与溢流吸收腔连通的通道进入到溢流吸收腔内，且在溢流吸收腔顶部实现气液分离。

作为上述燃料气湿法脱硫单元的一种优化方案，所述吸液孔为锥形孔，且其直径小的一端与吸液混合腔连通。

作为上述燃料气湿法脱硫单元的另一种优化方案，所述吸液区为沿高度方向间隔分布的多段布孔区，相邻布孔区之间形成实体部。

作为上述燃料气湿法脱硫单元的另一种优化方案，所述吸液混合腔内水平设置有至少一块碎流板，且碎流板的边缘与吸液混合腔的内壁之间形成流体通道。

作为上述燃料气湿法脱硫单元的另一种优化方案，所述碎流板表面密布贯穿孔，且贯穿孔自上而下直径逐渐缩小，底部直径：顶部直径：孔深=1:4-10:3-6。

作为上述燃料气湿法脱硫单元的另一种优化方案，所述碎流板的两侧通过若干根拉簧固定在吸液混合腔的两侧壁上，以使碎流板在高速气液混合物冲击下做高频振动。

一种燃料气湿法脱硫装置，包括一级脱硫区，所述一级脱硫区内设有上述的燃料气湿法脱硫单元，在一级脱硫区底部和顶部分别设置有吸收液缓存区和吸收液汇聚区，所述燃料气湿法脱硫单元中的环形布气管与燃料气管道连通，中心蓄液管和外围蓄液区底部的吸收剂注入孔道均与吸收液缓存区连通；所述燃料气湿法脱硫单元中溢流吸收腔的顶部与吸收液汇聚区连通，吸收液汇聚区的一侧设置一级吸收液排出管，顶部与燃料气汇聚盘管连通，从而实现气液分离。

一种燃料气湿法脱硫系统，包括上述的燃料气湿法脱硫装置，且该燃料气湿法脱硫装置的燃料气汇聚盘管与二级脱硫区连通，从而使燃料气在二级脱硫区内进行二次脱硫，二级脱硫区的底部、中部和顶部分别设有二级吸收液注入管、二级吸收液排出管和净化气排出管。

作为上述燃料气湿法脱硫系统的一种优化方案，所述燃料气汇聚盘管处于二级脱硫区底部，并通过若干处于二级脱硫区内底部的微气泡发生器将燃料气以直径不超过1mm的微气泡形式送入到二级脱硫区内，并与二级脱硫区内的吸收液发生反应后，通过顶部的净化气排出管排出。

作为上述燃料气湿法脱硫系统的另一种优化方案，所述二级脱硫区内设置有若干超声波发生器。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1）本发明通过在封闭壳体内部的中心设置中心蓄液管，之后围绕中心蓄液管依次交替设置环形的气液混合区和外围蓄液区，在中心蓄液管和外围蓄液区内自上而下注入吸收液，再将气液混合区分隔成靠近中心蓄液管的吸液混合腔和远离中心蓄液管的溢流吸收腔，两个腔底部连通，再使燃料气高速进入到吸液混合腔顶部从而在吸液混合腔内产生负压，进而通过其侧壁中上部密布的吸液孔吸入吸收液进行充分混合，而且由于吸液孔是锥形孔，且直径小的一端与吸液混合腔连通，这样吸收液在通过吸液孔进入吸液混合腔的过程中，吸收液通过追捕逐渐缩小的吸液孔孔壁，流速逐渐增加，当进入到吸液混合腔内时，由于空间突然变大，会发生破碎雾化现象，从而与燃料气充分混合，增大了燃料气与液体的混合接触效果，便于燃料气内的含硫成分与吸收液充分接触发生反应；相比于现有的喷头喷洒雾化吸收液与燃料气发生接触反应，具有更好的接触效果和更好的脱硫效率；相对于现有的直接将燃料气通入吸收液内的方式，节省了吸收液的用量，提高了吸收液的使用效率；

2）为了进一步提升吸收液的破碎雾化的效果，本发明在吸液混合腔内水平设置碎流板，这样高速混合的气液混合物冲击在碎流板上之后，吸收液会再次发生进一步的破碎雾化，并且发生折流向两侧扩散，再次强化了与燃料气的混合效果；而且碎流板表面可以设置贯穿孔，贯穿孔也是顶部大、底部小的圆锥孔，气液混合物在通过这些贯穿孔时，就类似通过一种文丘里结构，液相会进一步雾化成更小的液滴与燃料气接触反应；另外，碎流板可以固定连接，优选可以通过拉簧连接，这样在气液混合物的高速冲击下，碎流板本身能够发生高频的振动，从而将撞击在其上的液滴进一步破碎并折流到不同位置，使其更好的与燃料气发生混合接触反应；

3）为了进一步提升对于燃料气中硫的脱除效果，特别是有机硫的脱除，经过上述脱硫的燃料气以直径小于1mm的微气泡形式通入到二级脱硫区的吸收液内，并且辅以超声波发生器，超声波空化的高能与燃料气的微气泡耦合，在物理和化学的组合作用下强化吸收液的脱硫效果，有效的脱除了燃料气中的有机硫。

附图说明

图1为本发明湿法脱硫系统的整体结构示意图；

图2为湿法脱硫单元的一种实施方式示意图；

图3为图2中的中心蓄液管以及环绕设置的气液混合区的示意图；

图4为图3中A处的放大示意图；

图5为图2中的气液混合区和外围蓄液区的示意图；

图6为湿法脱硫单元的另一种实施方式示意图；

图7为图6中的中心蓄液管以及环绕设置的气液混合区的示意图；

图8为图7中B处的放大示意图；

图9为图8中C处的放大示意图（碎流板的结构示意图）；

图10为图6中的气液混合区和外围蓄液区的示意图；

附图标记：1、一级脱硫区，101、一级吸收液注入管，102、一级吸收液排出管，2、二级脱硫区，201、二级吸收液注入管，202、二级吸收液排出管，203、净化气排出管，3、中心蓄液管，4、气液混合区，401、环形隔板，402、溢流吸收腔，403、吸液混合腔，404、碎流板，5、外围蓄液区，501、吸液区，502、吸液孔，503、实体部，6、吸收液缓存区，7、吸收液汇聚区，8、燃料气管道，801、环形布气管，9、微气泡发生器，10、燃料气汇聚盘管，11、超声波发生器。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细阐述，本发明以下各实施例中未做阐述的部分，比如吸收液的成分，吸收液的回收处理，吸收硫后的回收处理，是否需要加入催化剂及催化剂的加入种类，反应的压力、时间条件，燃料气的流速和流量，以及用于催化氧化法脱硫或者醇氨法脱硫时，对设备进行的适应性调整等，均应理解为本领域技术人员知晓，或应当知晓的现有技术。

实施例1

一种燃料气湿法脱硫单元，如图2所示，包括一封闭的壳体，壳体一般采用金属制成，其形状为长方体或者圆柱或者是多棱柱形状，壳体的中心区域设置有中心蓄液管3，如图3所示，中心蓄液管3的形状为空心圆柱，且其材质一般选用陶瓷材质，或者金属材质表面覆盖陶瓷涂层，当然也可以选用其他耐腐蚀且不与吸收液发生反应的其它材质，环绕该中心蓄液管3依次交替设置环形的气液混合区4和外围蓄液区5，而且最外侧的一层为气液混合区4，所述中心蓄液管3和外围蓄液区5的顶部封闭，且在封闭端内部设置有环形布气管801，环形布气管801的截面一般贴合中心蓄液管3的内壁，中心蓄液管3和外围蓄液区5的底部具有吸收剂注入孔道，使吸收剂自下而上同步进入到气液混合区4和外围蓄液区5内，吸收剂为具有消除无机硫和有机硫作用的液体；如图5所示，所述气液混合区4内设置有与其侧壁平行的环形隔板401，且环形隔板401将其内部空间分为靠近中心蓄液管3的吸液混合腔403和远离中心蓄液管3的溢流吸收腔402，环形隔板401的材质也选用陶瓷材质，当然也可以选用其他耐腐蚀且不与吸收液发生反应的其它材质，其中，吸液混合腔403的顶部与环形布气管801连通，吸液混合腔403侧壁的中上部设置有与中心蓄液管3或外围蓄液区5连通的吸液区501，该吸液区501由密布的吸液孔502构成，吸液区501的高度为吸液混合腔403高度的30-70%，环形布气管801内的燃料气高速进入到吸液混合腔403内并产生负压，并通过吸液孔502吸入吸收剂与燃料气充分混合反应，并沿底部与溢流吸收腔402连通的通道进入到溢流吸收腔402内，且在溢流吸收腔402顶部实现气液分离。

在本实施例中，燃料气高速进入到吸液混合腔403内并产生负压，其目的是为了产生负压，从而吸入吸收液，多高的流速产生多大的负压才能吸入吸收液，影响的因素除了设备的尺寸、吸液孔的尺寸之外，还会受到吸收液的成分、密度等参数影响，因此，在本实施例中不做限定，在实际应用时，需要本领域技术人员结合设备的具体情况进行实验来获取最优选的运行参数。

在本实施例中，所述吸液孔502优选为锥形孔，如图4所示，且其直径小的一端与吸液混合腔403连通，一般情况下，吸液孔502小端直径：大端直径：孔深度=1:3-5:2-5，当然也可以选用其他的比例。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上做的一种优化方案，其主体结构与实施例1相同，改进点在于：如图6、图8、图9和图10所示，所述吸液区501为沿高度方向间隔分布的多段布孔区，相邻布孔区之间没有孔的形成实体部503，且实体部503的高度不超过布孔区高度的1/5。

实施例3

本实施例是在实施例2的基础上做的一种优化方案，其主体结构与实施例2相同，改进点在于：如图6、图8、图9和图10所示，所述吸液混合腔403内水平设置有至少一块碎流板404，碎流板404为环形，碎流板404处于吸液混合腔403宽度方向的中间位置，且其宽度占吸液混合腔403宽度的60-80%，且碎流板404的边缘与吸液混合腔403的内壁之间形成流体通道；

当然，本实施例也可以在实施例1的基础上进行改进，其改进内容与其在实施例2的基础上所做的改进内容相同，该方案未在附图中示出。

实施例4

本实施例是在实施例3的基础上做的一种优化方案，其主体结构与实施例3相同，改进点在于：如图9所示，所述碎流板404表面密布贯穿孔，贯穿孔的方向与气液混合物流向一致；

在本实施例中，贯穿孔可以是等径的直孔，如图9所示，优选为，贯穿孔自上而下直径逐渐缩小，且贯穿孔的底部直径：顶部直径：孔深=1:4-10:3-6。

实施例5

本实施例是在实施例3的基础上做的另一种优化方案，其主体结构与实施例3相同，改进点在于：如图9所示，所述碎流板404的两侧通过若干根拉簧固定在吸液混合腔403的两侧壁上，以使碎流板404在高速气液混合物冲击下做高频振动，拉簧的安装位置处于实体部503上。

实施例6

一种燃料气湿法脱硫装置，如图1、图2和图6所示，包括一级脱硫区1，所述一级脱硫区1内设有实施例1-5中的燃料气湿法脱硫单元，在一级脱硫区1底部和顶部分别设置有吸收液缓存区6和吸收液汇聚区7，吸收液缓存区6的一侧设置有一级吸收液注入管101，所述燃料气湿法脱硫单元中的环形布气管801与燃料气管道8连通，燃料气管道8设置在吸收液汇聚区7内，并延伸至一级脱硫区1外部，燃料气经过加压后高速进入到燃料气管道8内，进而分别进入到环形布气管801，中心蓄液管3和外围蓄液区5底部的吸收剂注入孔道均与吸收液缓存区6连通，使吸收液自下而上同步进入到气液混合区4和外围蓄液区5内；所述燃料气湿法脱硫单元中溢流吸收腔402的顶部与吸收液汇聚区7连通，吸收液汇聚区7的一侧设置一级吸收液排出管102，顶部与燃料气汇聚盘管10连通，从而实现气液分离。

实施例7

一种燃料气湿法脱硫系统，如图1所示，包括实施例6的燃料气湿法脱硫装置，且该燃料气湿法脱硫装置的燃料气汇聚盘管10与二级脱硫区2连通，从而使燃料气在二级脱硫区2内进行二次脱硫，二级脱硫区2的底部、中部和顶部分别设有二级吸收液注入管201、二级吸收液排出管202和净化气排出管203。

除此之外，本实施例中的二级脱硫区2也可以不采用图1的二级吸收液注入管201、二级吸收液排出管202，而是采用在中部位置设置吸收液雾化喷头，向下喷射雾化的吸收液，并在二级脱硫区2底部形成吸收液蓄积区，燃料气汇聚盘管10将燃料气先通入到吸收液蓄积区内，使其先与蓄积区的吸收液发生反应，向上逸出的过程中再与雾化喷头喷出的雾化吸收液再次发生反应，最后再从顶部的净化气排出管203排出，此时，在二级脱硫区2的底部设置吸收液排出管，以维持吸收液蓄积区内的吸收液高度始终处于二级脱硫区2内部高度的1/3-1/2，该方案属于现有的常规设置，因此未进行示出。

在本实施例中，一级脱硫区1和二级脱硫区2可以设计成分体式的，也可以设置成一体式结构。

实施例8

本实施例是在实施例7的基础上做的一种优化方案，其主体结构与实施例7相同，改进点在于：如图1所示，所述燃料气汇聚盘管10处于二级脱硫区2底部，并通过若干处于二级脱硫区2内底部的微气泡发生器9将燃料气以直径不超过1mm的微气泡形式送入到二级脱硫区2内，并与二级脱硫区2内的吸收液发生反应后，通过顶部的净化气排出管203排出；微气泡的通入量需要本领域技术人员依据具体的应用场合以及吸收液的种类、催化剂的种类、反应的温度和参数等进行调整，从而获得最优化的参数。

在本实施例中，可以采用外接的增压设备，对燃料气汇聚盘管10的燃料气进行加压，从而便于产生直径更小的微气泡。

实施例9

本实施例是在实施例7的基础上做的另一种优化方案，其主体结构与实施例7相同，改进点在于：如图1所示，所述二级脱硫区2内设置有若干超声波发生器11，这些超声波发生器11被液体吸收剂所完全浸没，并且在不同高度上均有分布，另外视反应器的整体尺寸决定在同一高度上超声波发生器11的数量，若尺寸较大，在同一高度可以环绕设置两到4个发生器，超声波发生器11的功率也需要本领域技术人员依据具体的应用场合以及吸收液的种类、催化剂的种类、反应的温度和参数等进行调整，从而获得最优化的参数。

Claims (10)

1.一种燃料气湿法脱硫单元，包括一封闭的壳体，其特征在于：壳体的中心区域设置有中心蓄液管（3），环绕该中心蓄液管（3）依次交替设置环形的气液混合区（4）和外围蓄液区（5），所述中心蓄液管（3）和外围蓄液区（5）的顶部封闭，且设置有环形布气管（801），中心蓄液管（3）和外围蓄液区（5）的底部具有吸收剂注入孔道；所述气液混合区（4）内设置有与其侧壁平行的环形隔板（401），且环形隔板（401）将其内部空间分为靠近中心蓄液管（3）的吸液混合腔（403）和远离中心蓄液管（3）的溢流吸收腔（402），其中，吸液混合腔（403）的顶部与环形布气管（801）连通，吸液混合腔（403）的中上部设置有与中心蓄液管（3）或外围蓄液区（5）连通的吸液区（501），该吸液区（501）由密布的吸液孔（502）构成，环形布气管（801）内的燃料气高速进入到吸液混合腔（403）内并产生负压，并通过吸液孔（502）吸入吸收剂与燃料气充分混合反应，并沿底部与溢流吸收腔（402）连通的通道进入到溢流吸收腔（402）内，且在溢流吸收腔（402）顶部实现气液分离。

2.根据权利要求1所述的一种燃料气湿法脱硫单元，其特征在于：所述吸液孔（502）为锥形孔，且其直径小的一端与吸液混合腔（403）连通。

3.根据权利要求1所述的一种燃料气湿法脱硫单元，其特征在于：所述吸液区（501）为沿高度方向间隔分布的多段布孔区，相邻布孔区之间形成实体部（503）。

4.根据权利要求1所述的一种燃料气湿法脱硫单元，其特征在于：所述吸液混合腔（403）内水平设置有至少一块碎流板（404），且碎流板（404）的边缘与吸液混合腔（403）的内壁之间形成流体通道。

5.根据权利要求4所述的一种燃料气湿法脱硫单元，其特征在于：所述碎流板（404）表面密布贯穿孔。

6.根据权利要求4或5所述的一种燃料气湿法脱硫单元，其特征在于：所述碎流板（404）的两侧通过若干根拉簧固定在吸液混合腔（403）的两侧壁上，以使碎流板（404）在高速气液混合物冲击下做高频振动。

7.一种燃料气湿法脱硫装置，包括一级脱硫区（1），其特征在于：所述一级脱硫区（1）内设有权利要求1-6中任意一项所述的燃料气湿法脱硫单元，在一级脱硫区（1）底部和顶部分别设置有吸收液缓存区（6）和吸收液汇聚区（7），所述燃料气湿法脱硫单元中的环形布气管（801）与燃料气管道（8）连通，中心蓄液管（3）和外围蓄液区（5）底部的吸收剂注入孔道均与吸收液缓存区（6）连通；所述燃料气湿法脱硫单元中溢流吸收腔（402）的顶部与吸收液汇聚区（7）连通，吸收液汇聚区（7）的一侧设置一级吸收液排出管（102），顶部与燃料气汇聚盘管（10）连通，从而实现气液分离。

8.一种燃料气湿法脱硫系统，其特征在于：包括权利要求7所述的燃料气湿法脱硫装置，且该燃料气湿法脱硫装置的燃料气汇聚盘管（10）与二级脱硫区（2）连通，从而使燃料气在二级脱硫区（2）内进行二次脱硫，二级脱硫区（2）的底部、中部和顶部分别设有二级吸收液注入管（201）、二级吸收液排出管（202）和净化气排出管（203）。

9.根据权利要求8所述的一种燃料气湿法脱硫系统，其特征在于：所述燃料气汇聚盘管（10）处于二级脱硫区（2）底部，并通过若干处于二级脱硫区（2）内底部的微气泡发生器（9）将燃料气以直径不超过1mm的微气泡形式送入到二级脱硫区（2）内，并与二级脱硫区（2）内的吸收液发生反应后，通过顶部的净化气排出管（203）排出。

10.根据权利要求8所述的一种燃料气湿法脱硫系统，其特征在于：所述二级脱硫区（2）内设置有若干超声波发生器（11）。