一种双回流喷射强化预混型液态烃脱硫反应器、反应系统及方法 |
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| 申请号 | CN202310176764.5 | 申请日 | 2023-02-28 | 公开(公告)号 | CN116272825A | 公开(公告)日 | 2023-06-23 |
| 申请人 | 中国石油化工股份有限公司; 中石化炼化工程(集团)股份有限公司; | 发明人 | 陈强; 盛维武; 程永攀; 李小婷; 魏嘉; 李琳鸽; | ||||
| 摘要 | 一种双回流喷射强化预混型液态 烃 脱硫 反应器、反应系统及方法，涉及液态烃处理领域，该脱硫反应器的流道内设置有相互连通的预混合段和充分混合段，预混合段内设置有双层预混合套筒；内层套筒的出口设置为文丘里型缩口，内层套筒的筒壁上还设置有多个能够供内层套筒和外层套筒之间的预 混合液 回流至内层套筒的第一回流孔；外层套筒的出口为喇叭形扩口，喇叭形扩口与脱硫反应器壳体之间形成有第二回流孔，充分混合段的起始端设置有微孔分散结构，预混合段流出的一部分预混合液进入充分混合段再次分散、混合，另一部分预混合液被微孔分散结构阻挡后通过第二回流孔回流至预混流段。本 发明 用于解决液态烃和吸收剂两相 接触 不够充分的技术问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种双回流喷射强化预混型液态烃脱硫反应器，其特征在于，该脱硫反应器的流道内设置有相互连通的预混合段和充分混合段，脱硫反应器的液态烃入口和吸收剂入口均位于预混合段的起始端，脱硫反应器的混合液出口设置在充分混合段的末端； |
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| 说明书全文 | 一种双回流喷射强化预混型液态烃脱硫反应器、反应系统及方法 技术领域[0001] 本发明涉及液态烃处理领域，具体的说是一种双回流喷射强化预混型液态烃脱硫反应器、反应系统及方法。 背景技术[0002] 随着环保标准不断升级，国家和地方政府对于SO2的排放要求越来越严格。《石油炼制工业污染物排放标准》GB31570‑2015规定：现有企业硫磺回收装置自2017年7月1日执3 3 行烟气SO2浓度排放限值为400mg/m ，重点地区100mg/m。地方政府对于SO2控制要求更高，例如根据《山东省区域性大气污染物综合排放标准》DB37/2376‑2013，要求自2020年1月1日 3 起，山东省内重点控制区企业必须执行尾气排放标准为二氧化硫限值为50mg/m 。由此可见，SO2控制要求将会越来越严格。因此控制SO2排放刻不容缓。为了降低SO2浓度，各种措施层出不穷，例如：液硫脱气工艺，两级吸收两级再生，优化尾气吸收操作条件及高效脱硫剂 3 3 等。但这些措施难以使得烟气中的SO2控制在100mg/m以下，而小于50mg/m更难以达到。 [0003] 申请号为201811025464.2的中国发明专利，公开了一种内循环生物脱硫反应器及方法，反应器主体为圆筒形外壁，由下向上依次分为集硫区、进水区和循环反应区，沉淀区设在圆筒形外壁上部外围。集硫区设有排硫管、螺旋口、集泥槽和环形斜板；进水区设有进水管、曝气头、导气管和限位杆；循环反应区设有内圆筒和喇叭口；沉淀区设有沉淀斜面、冲泥管、汇水口、斜板和出水管。本发明将硫化物氧化与单质硫分离融为一体，装置结构紧凑，占地面积较小；通过带有喇叭口的内圆筒的优化组合，利用气提作用与文丘里效应可实现反应液的高效内循环；由曝气头提供的空气自下而上穿过圆筒形外壁内各区，并带动内圆筒中的反应液向上运动，内圆筒与圆筒形外壁之间的反应液向下运动，产生内循环。在对液体烃进行脱硫反应的过程中，利用这种内循环生物脱硫反应器的反应方式能够使液态烃和吸收剂两相的接触有了一定的改善，可为了使液态烃的脱硫更加彻底，液态烃和吸收剂两相的接触依然有待提高。 发明内容[0004] 本发明旨在提供一种双回流喷射强化预混型液态烃脱硫反应器、反应系统及方法，以解决液态烃和吸收剂两相接触不够充分的技术问题。 [0005] 为了解决以上技术问题，本发明采用的具体方案为：一种双回流喷射强化预混型液态烃脱硫反应器，该脱硫反应器的流道内设置有相互连通的预混合段和充分混合段，脱硫反应器的液态烃入口和吸收剂入口均位于预混合段的起始端，脱硫反应器的混合液出口设置在充分混合段的末端；预混合段内设置有内层套筒和外层套筒构成的双层预混合套筒，且双层预混合套筒与脱硫反应器的壳体同轴分布；内层套筒的出口设置为文丘里型缩口，内层套筒的筒壁上还设置有多个能够供内层套筒和外层套筒之间的预混合液回流至内层套筒的第一回流孔；外层套筒的出口为喇叭形扩口，喇叭形扩口与脱硫反应器壳体之间形成有第二回流孔，充分混合段的起始端设置有微孔分散结构，预混合段流出的一部分预混合液进入充分混合段再次分散、混合，另一部分预混合液被微孔分散结构阻挡后通过第二回流孔回流至预混流段。 [0006] 作为上述技术方案的进一步优化，内层套筒的入口为带有节流孔的圆形口。 [0007] 作为上述技术方案的进一步优化，吸收剂入口通过管路与设置在内层套筒中的吸收剂喷头连接，吸收剂喷头的喷射方向朝向内层套筒的出口。 [0008] 作为上述技术方案的进一步优化，第一回流孔围绕吸收剂喷头设置。 [0009] 作为上述技术方案的进一步优化，微孔分散结构为多孔介质和/或约翰逊网，多孔介质为鲍尔环、阶梯环、矩鞍或金属环矩鞍中的一种或多种。 [0010] 作为上述技术方案的进一步优化，充分混合段包括多个分散混合单元，分散混合单元由分散段和混合段组成。 [0011] 作为上述技术方案的进一步优化，充分混合段包括初分散混合单元和再分散混合单元，初分散混合单元包括初分散段和初混合段，所述微孔分散结构设置在初分散段，再分散混合单元包括再分散段和再混合段，再分散段内部填充有交叉混合体，交叉混合体包括垂直交叉设置的多个第一连接网和多个第二连接网，多个第一连接网之间平行间隔设置，多个第二连接网间之间平行间隔设置。 [0012] 作为上述技术方案的进一步优化，第一连接网包括多个间隔设置的第一连接板，多个第一连接板间通过第一连接元件进行连接，第二连接网包括多个间隔设置的第二连接板，多个所述第二连接板间通过第二连接元件进行连接。 [0013] 作为上述技术方案的进一步优化，初分散段、再分散段、初混合段和再混合段均为变径结构，初分散段和再分散段均为收缩流道，初混合段和再混合段均为扩径流道。 [0014] 作为上述技术方案的进一步优化，变径结构中小径和大径的比值不小于0.7。 [0016] 一种双回流喷射强化预混型液态烃脱硫反应系统，包括依次连接的初步脱硫单元和深度脱硫单元，初步脱硫单元和深度脱硫单元均包括分离器和上述的脱硫反应器，脱硫反应器的混合液出口与同一脱硫单元的分离器连接，初步脱硫单元的分离器与深度脱硫单元的脱硫反应器连接。 [0017] 作为上述技术方案的进一步优化，初步脱硫单元和深度脱硫单元的脱硫反应器均竖直设置，且初步脱硫单元和深度脱硫单元的脱硫反应器中，预混合段均位于充分混合段的下方。 [0018] 作为上述技术方案的进一步优化，初步脱硫单元和深度脱硫单元的脱硫反应器均竖直设置，初步脱硫单元的脱硫反应器中，预混合段位于充分混合段的下方；深度脱硫单元的脱硫反应器中，预混合段位于充分混合段的上方。 [0019] 一种双回流喷射强化预混型液态烃脱硫反应方法，该方法采用上述的双回流喷射强化预混型液态烃脱硫反应系统，首先向初步脱硫单元的脱硫反应器内通入液态烃及胺液进行初步脱硫反应，反应后的混合液流入初步脱硫单元的分离器进行分离，分离后的脱硫液态烃流入深度脱硫单元的脱硫反应器，并向深度脱硫单元的脱硫反应器通入碱液，深度脱硫反应后的混合液流入深度脱硫单元的分离器进行分离，完成一次脱硫作业。 [0020] 与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明提供的一种双回流喷射强化预混型液态烃脱硫反应系统，从强化物系混合、传质的角度入手，在脱硫反应器内设置有双层预混合套筒，起到对液态烃与吸收剂预混合的作用，经过液态烃和吸收剂的双回流作用，延长液态烃与吸收剂的接触时间，加强了预混合段的湍动程度，提高传质效率。 [0021] 在脱硫反应器内设置有初分散段、初混合段、再分散段和再混合段，可使混合物流反复的分散和混合，提高了混合物流的湍流程度，增大了液态烃与吸收剂的接触面积，强化了传质过程，加深了反应程度，提高了脱硫效率和吸收剂的利用率，减少了吸收剂的损耗，具有明显的经济效益。 [0022] 本发明提供的一种双回流喷射强化预混型液态烃脱硫反应系统中，脱硫反应器内的再分散段内设置有特制的交叉混合体，增大了吸收剂与液态烃的接触面积，可使液态烃和吸收剂在反应器内充分混合，充分强化了传质过程。附图说明 [0023] 图1为实施例1的结构示意图； [0024] 图2为实施例2的结构示意图； [0025] 图3为实施例3的结构示意图； [0026] 图4为交叉混合体的结构示意图； [0027] 附图标记：1、初步脱硫反应器，2、节流孔，3、双层预混合套筒，4、吸收剂喷头，5、第一回流孔，6、第二回流孔，7、初分散段，8、初混合段，9、交叉混合体，91、第一连接网，911、第一连接板，912、第一连接元件，92、第二连接网，921、第二连接板，922、第二连接元件，10、再分散段，11、再混合段，12、初步分离器，13、金属丝网，14、深度脱硫反应器，15、深度分离器。 具体实施方式[0028] 下面结合附图及具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细阐述，本发明以下实施例中未详细记载和公开的部分，均应理解为本领域技术人员所知晓或应当知晓的现有技术。 [0029] 实施例1 [0030] 如图1所示，本实施例为一种双回流喷射强化预混型液态烃脱硫反应器，该脱硫反应器的流道内由下向上依次设置有相互连通的预混合段和充分混合段，脱硫反应器的液态烃入口和吸收剂入口均位于预混合段的起始端，即预混合段的下端，脱硫反应器的混合液出口设置在充分混合段的末端，即充分混合段的上端。 [0031] 预混合段内设置有内层套筒和外层套筒构成的双层预混合套筒3，且双层预混合套筒3与脱硫反应器的壳体同轴分布；双层预混合套筒3在预混合段的固定方式为本领域常规技术，可通过连接架、连接杆等固定在脱硫反应器的壳体内壁(图中未示出)。 [0032] 内层套筒的出口设置在其上端，且出口设置为文丘里型缩口，内层套筒的筒壁上还设置有多个第一回流孔5，第一回流孔5能够供内层套筒和外层套筒之间的预混合液回流至内层套筒内，第一回流孔5可以为圆形，三角形或方形孔。内层套筒的入口端设置为带有节流孔2的圆形口。 [0033] 外层套筒的出口为喇叭形扩口，喇叭形扩口与脱硫反应器壳体之间形成有第二回流孔6，充分混合段的起始端位于其下端，充分混合段的起始端设置有微孔分散结构，预混合段流出的一部分预混合液进入充分混合段再次分散、混合，另一部分预混合液被微孔分散结构阻挡后通过第二回流孔6回流至预混流段。 [0034] 通过第一回流孔5使内层套筒和外层套筒之间的预混合液回流至内层套筒内，通过第二回流孔6使被微孔分散结构阻挡后的预混合液回流至预混流段，由此形成的预混合段内混合液的双回流作用，能够增强混合物流的湍流程度，强化传质过程。 [0035] 吸收剂入口通过管路与设置在内层套筒中的吸收剂喷头4连接，吸收剂喷头4的喷射方向朝向内层套筒的出口。第一回流孔5围绕吸收剂喷头4设置。吸收剂喷头4喷洒出的吸收液进一步提高内层套筒内液体的流速，并产生负压，从而使混合液经第一回流孔5回流至内层套筒内，提高了内层套筒和外层套筒之间混合液向内层套筒内回流的速度，进一步增强了内层套筒中心区域的湍动程度。 [0036] 微孔分散结构为一种多孔介质或约翰逊网，可将从预混合段并流而来的液态烃与吸收剂分散为小液滴；其中多孔介质为鲍尔环、阶梯环、矩鞍或金属环矩鞍中的一种或多种。 [0037] 充分混合段包括多个分散混合单元，分散混合单元由分散段和混合段组成。充分混合段中分散混合单元的具体数量根据对液态烃的脱硫程度的要求不同而进行设定。 [0038] 本实施例中充分混合段包括一个初分散混合单元和一个再分散混合单元。初分散混合单元包括初分散段7和初混合段8，初分散段7为一个具有收缩流道的变径结构，收缩流道的直径由下向上逐渐收缩。微孔分散结构设置在初分散段7内，可将从预混合段并流而来的液态烃与吸收剂分散为小液滴，初混合段8为一扩径后的流道，其直径由下向上逐渐扩大，初混合段8可减缓混合物流的流速，使混合物流初步混合，为再分散混合单元的再分散段10提供初始条件。 [0039] 再分散混合单元包括再分散段10和再混合段11，再分散段10和再混合段11同样为变径结构，再分散段10为一缩径后的流道，再分散段10内部填充有交叉混合体9，交叉混合体9的材质为不锈钢；优选地，选自304L、316L中的一种或两种。交叉混合体9可加速混合物流并强制分散混合物流，使液态烃小液滴破碎为微液滴分散于吸收剂中。再混合段11为一扩径后的流道，可减缓混合物流的流速，延长混合物流在脱硫反应器流道内的停留时间，使液态烃与吸收剂的混合更充分，反应更彻底，减小脱硫后的液态烃硫含量。 [0040] 如图4所示，交叉混合体9包括垂直交叉设置的多个第一连接网91和多个第二连接网92，多个第一连接网91之间平行间隔设置，多个第二连接网92之间平行间隔设置。本实施例中，多个第一连接网91的间隔为0.5～1mm；多个第二连接网92的间隔为0.5～1mm。可以理解的是，第一连接网91和第二连接网92之间的间隔可以根据实际的使用需求进行设置和选择。 [0041] 第一连接网91包括多个间隔设置的第一连接板911，多个第一连接板911间通过第一连接元件912进行连接，第二连接网92包括多个间隔设置的第二连接板921，多个第二连接板921间通过第二连接元件922进行连接。第一连接元件912和第二连接元件922均为圆柱形，长度均为50～100μm。可以理解的是，第一连接元件912和第二连接元件922的规格可以根据实际的使用需求进行设置和选择。 [0042] 第一连接板911和第二连接板921的长度为0.5～2m。可以理解的是，第一连接板911和第二连接板921的长度可以根据实际的使用需求进行设置和选择。 [0043] 通过脱硫反应器内结构的简单变化，使得混合物流的混合、传质更加充分，有效提高脱硫效果。可以理解的是，上述变径结构中的具体规格可以实际需要进行灵活选择，但是为了保证变径结构的稳定性和安装牢固性，所述变径结构(包括初分散段7、初混合段8、再分散段10、再混合段11)中小径和大径的比值通常不小于0.7，变径处圆锥母线与水平线夹角(即变径结构中的小的内角)为α，45°≤α≤75°。同时，可以理解的是，上述变径结构中可以含有变径前和后的等径段，也可以不设置等径段，其是本领域技术人员根据需要进行灵活选择设置的。 [0044] 本实施例的脱硫反应器在使用时，来自轻烃回收的液态烃由脱硫反应器的底部先送至双层预混合套筒3，一部分液态烃经内层套筒中心处的液态烃节流孔2加速后向上流动，另一部分液态烃由内层套筒和外层套筒之间的环隙向上流动，由于内层套筒内的流速高，因此环隙中的一部分液态烃由第一回流孔5进入内层套筒中心，加强了中心区域的湍动，液态烃向上流动至双层预混合套筒3的上部时，由于初分散段7的阻挡，一部分液态烃又经双层预混合套筒3与脱硫反应器壳体之间的第二回流孔6向下回流至脱硫反应器的底部，进行充分混合。自溶剂再生装置的吸收剂经管道由脱硫反应器的侧下部进入喷头4，经喷头4后以小液滴的形式扩散至双层预混合套筒3中与双层预混合套筒3内的液态烃进行预混合，而后向上流动至初分散段7，液态烃在微孔分散结构内被分散成小液滴，而后经收缩流道加速，进入初混合段8，由于流道扩大，混合物流流速降低，此时液态烃小液滴与吸收剂大致混合接触进行初步脱硫，然后大致混合均匀的混合物流继续向上流动至再分散段10，混合物流再次经过收缩流道进行加速，猛烈撞击交叉混合体9，吸收剂中携带的液态烃被强制分散为微液滴状态，而后加速的混合物流经再次扩径减速后进入再混合段11，此时液态烃微液滴与吸收剂进行充分接触并进行深度脱硫，混合流体最终由脱硫反应器的顶部流出，进入后续环节。 [0045] 需要说明的是，本实施例的脱硫反应器在使用过程中，采用的吸收剂为多功能强化剂，多功能强化剂对液态烃脱硫，既能够消除泡沫，同时也有利于形成小液滴。 [0046] 实施例2 [0047] 如图2所示，本实施例为一种双回流喷射强化预混型液态烃脱硫反应系统，包括依次连接的初步脱硫单元和深度脱硫单元，初步脱硫单元和深度脱硫单元均包括分离器和上述的脱硫反应器，脱硫反应器的混合液出口与同一脱硫单元的分离器连接，初步脱硫单元的分离器与深度脱硫单元的脱硫反应器连接。 [0048] 本实施例中初步脱硫单元和深度脱硫单元的数量均为一组，在实际应用过程中，若排放要求较高，也可增加初步脱硫单元和深度脱硫单元的连接数量。 [0049] 初步脱硫单元包括初步脱硫反应器1和初步分离器12，深度脱硫单元包括深度脱硫反应器14和深度分离器15。初步脱硫反应器1和深度脱硫反应器14均竖直设置，且初步脱硫反应器1和深度脱硫反应器14的预混合段均位于充分混合段的下方。 [0050] 初步脱硫反应器1的混合液出口通过输送管路连接在初步分离器12的中部，初步分离器12用于将混合液中脱硫化氢后的液态烃和吸附有硫化氢的富胺液分离，初步分离器12内的上部和下部均设置有金属丝网13。金属丝网13的作用主要是用于提高分离效率，本发明中并不对初步分离器12及金属丝网13的具体结构及材质做具体描述和限定，以其能够分离脱硫液态烃和所用吸收剂即可，其为本领域技术人员所掌握的常规技术手段。初步分离器12和深度分离器15分离出来的吸收剂进入后续溶剂再生装置。 [0051] 本实施例的深度脱硫反应器14和深度分离器15中，交叉混合体9均如图4所示，多个第一连接件网91的间隔为1mm；多个第二连接网92的间隔为1mm。第一连接元件912和第二连接元件922均为圆柱形，长度均为100μm。第一连接板911和第二连接板921的长度为2m。交叉混合棒的材质为316L。 [0052] 初分散段7为上窄下宽的变径结构；初混合段8为上宽下窄的变径结构；再分散段10为上窄下宽的变径结构；再混合段11为上宽下窄的变径结构。上述变径结构的小径和大径比均为0.75，变径处圆锥母线与水平线夹角α为60°。 [0053] 初分散段7内填充的微孔分散结构为鲍尔环，初步分离器12的内上部和内下部均设置有金属丝网13。 [0054] 从初步分离器12中分离出的脱硫化氢后的液态烃通过管道输送至深度脱硫反应器14，在深度脱硫反应器14内进行进一步脱硫反应并流入深度分离器15进行分离，初步脱硫反应器1与深度脱硫反应器14的结构相同，初步分离器12和深度分离器15的结构也相同。因此深度脱硫单元的具体结构在此不再赘述。 [0055] 实施例3 [0056] 本实施例与实施例2的主体结构相同，区别之处在于实施例3中，深度脱硫反应器14的预混合段位于其充分混合段的上方，深度脱硫反应器14的液态烃入口和吸收剂入口均位于其上端，混合液出口位于其下端。通过这种连接方式，可将本发明的脱硫反应器应用于下流式脱硫反应中，应用范围广泛。 [0057] 实施例4 [0058] 一种双回流喷射强化预混型液态烃脱硫反应方法，该方法采用实施例2或3的双回流喷射强化预混型液态烃脱硫反应系统，在初步脱硫单元中采用醇胺法脱除硫化氢，深度脱硫单元中采用湿法碱洗脱除硫醇。 [0059] 先向初步脱硫反应器1内通入液态烃及吸收剂，吸收剂为胺液，初步脱硫反应后的混合液流入初步分离器12进行分离，分离后的脱硫液态烃流入深度脱硫反应器14，向深度脱硫反应器14通入吸收剂，吸收剂为碱液，深度脱硫反应后的混合液流入深度分离器15进行分离，完成一次脱硫作业。 |
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