專利名稱：超聲霧化液滴選擇性脫硫化氫的方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化工環(huán)保領(lǐng)域，涉及一種采用超聲波霧化器將甲基二乙醇胺霧化為液滴，在旋流器內(nèi)選擇性脫除硫化氫，并在旋流場內(nèi)分離出液滴，得到凈化氣的方法，適于處理包括含硫化氫、二氧化碳等酸性氣體的選擇性脫硫及氣-液非均相分離過程。具體地說，本發(fā)明提供了含硫化氫氣體脫硫工藝中選擇性脫硫、吸收液滴的旋流分離方法與裝置。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，化石燃料燃燒所導致的空氣污染和溫室效應(yīng)已嚴重地威脅著人類賴以生存的地球環(huán)境，在利用化石原料的過程中，無機硫(硫化氫、SO2等)和二氧化碳氣體的排放成為了對地球環(huán)境影響最大的因素。
根據(jù)吸收脫除過程原理，目前的脫硫脫碳分離方法主要有吸收法、吸附法、膜分離法等。其中化學吸收法中醇胺法和熱鉀堿法成為了石油化工、煤化工、電廠等主要能源類生產(chǎn)廠家排放大量含硫含碳混合氣的主要吸收方法。通常采用的設(shè)備為填料塔、噴淋塔或板式塔等設(shè)備，脫硫脫碳劑多以較大量的溶液態(tài)與氣體接觸反應(yīng)，造成接觸面積少，溶劑使用量大，效率不高等缺點。并且由于通過塔設(shè)備吸收酸性氣體，存在著傳質(zhì)效果差、能耗大、設(shè)備體積龐大、一次性投資成本高，操作不穩(wěn)定等問題。因此，目前的含硫氣體凈化技術(shù)手段針對含硫化氫及二氧化碳等酸性氣體的選擇性脫硫效果并不理想，并不能在多種酸性氣體中有效地、選擇性地脫除硫化氫氣體，這也是目前天然氣生產(chǎn)等領(lǐng)域氣體凈化中急需要解決的問題。中國專利申請CN 200710020017. 3公開了一種氣體吸收凈化裝置，設(shè)備為一個立式筒體，通過讓待處理氣體進入塔器后，一面沿螺旋片旋轉(zhuǎn)一面上升，與吸收液逆向接觸；吸收液在旋流場的湍流剪切作用下形成液膜、液絲和液滴，使得氣液充分接觸吸收。但是，僅僅依靠氣液碰撞破碎完全無法使吸收液充分破碎，而且液滴粒徑很大，接觸反應(yīng)面積有限，無法達到良好的吸收效果。中國專利申請CN 01242489. 7公開了一種有毒有害氣體吸收凈化裝置，在吸收塔內(nèi)布置了上下兩層的吸收液噴頭，噴成液滴吸收有毒害氣體。但是，該裝置依然沒有擺脫塔設(shè)備，體積大投資大，且噴頭噴出的液滴依然存在液滴粒徑過大的因素，造成吸收液浪費。中國專利申請200910051410. 8公開了一種氣體脫硫化氫的旋流強化方法及裝置，該方法對燃料氣混合氣先進行旋流分離，以脫除其中夾帶的重烴組分，再對脫除了重烴組分的混合氣進行脫硫，以脫除其中夾帶的硫化氫組分，得到凈化氣。但是，該脫硫化氫的方法還是傳統(tǒng)的脫硫塔內(nèi)吸收，吸收液使用量大，并且對酸性氣體吸收無選擇性。因此，為滿足環(huán)保要求，減少溶劑使用量及提高吸收效率，有必要針對天然氣、煉廠氣等含硫化氫酸性氣體可進行選擇性吸收的特點，開發(fā)出一種新穎、有效、經(jīng)濟性好的選擇性脫硫方法
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種新穎的超聲霧化液滴選擇性脫硫化氫的方法與裝置，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。本發(fā)明的目的在于，提出一種利用超聲波霧化或噴霧等方法，產(chǎn)生甲基二乙醇胺液滴，強化氣體選擇性脫硫化氫過程，提高分離效率，降低設(shè)備體積，節(jié)約甲基二乙醇胺使用量，從而解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。本發(fā)明所要解決的首要技術(shù)問題是，解決現(xiàn)有的含硫化氫氣體脫除工藝中脫硫選擇性不強，吸收效率低，造成甲基二乙醇胺浪費的問題，提高了吸收效率和吸收精度。本發(fā)明同時還解決的另一個技術(shù)問題是，提供了一種具有上述高效選擇性脫硫方法的脫硫裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，容易實施，符合脫硫設(shè)備設(shè)計規(guī)范，可以穩(wěn)定高效運轉(zhuǎn)，尤其適合含硫化氫氣體脫離工藝中處理量大、氣體成分復雜的特點。一方面，本發(fā)明提供了一種超聲霧化液滴選擇性脫硫化氫的方法，該方法包括以下步驟 (i)利用超聲波霧化將甲基二乙醇胺溶液霧化為粒徑為10-50 μ m的液滴；(ii)將所得的甲基二乙醇胺液滴與含硫化氫的氣體均勻混合，并在不超過I秒的時間內(nèi)，將混合物噴入旋流器中；(iii)在旋流器中，甲基二乙醇胺液滴吸收氣體中的硫化氫，同時甲基二乙醇胺液滴在旋流器的旋流場中被分離出來，并聚集形成富含硫化氫的甲基二乙醇胺液；以及(iv)富含硫化氫的甲基二乙醇胺液再生后，再將其通過超聲波霧化霧化為液滴，并將所得的液滴循環(huán)用于上述步驟(ii)中。在一個優(yōu)選的實施方式中，所述含硫化氫的氣體含有硫化氫和二氧化碳，其中硫化氫的濃度在100-10000ppm之間。在另一個優(yōu)選的實施方式中，在旋流器中，含硫化氫的氣體與甲基二乙醇胺液滴充分接觸反應(yīng)，硫化氫被甲基二乙醇胺液滴充分吸收，吸收率高于99. 5%。在另一個優(yōu)選的實施方式中，在旋流器中，甲基二乙醇胺液滴與含硫化氫的氣體同時進行旋流分離，甲基二乙醇胺液滴在旋流器的旋流場中被分離出來，分離效率高于90%，最大壓力降不大于30mmH20。另一方面，本發(fā)明提供了一種超聲霧化液滴選擇性脫硫化氫的裝置，該裝置包括超聲波霧化器，用于將甲基二乙醇胺溶液霧化為粒徑為10_50μπι的液滴；在管內(nèi)下部設(shè)置超聲波霧化器的液滴分布管，用于將所得的甲基二乙醇胺液滴與含硫化氫的氣體均勻混合；與液滴分布管連接的旋流器，用于使得甲基二乙醇胺液滴吸收氣體中的硫化氫，同時甲基二乙醇胺液滴在旋流器的旋流場中被分離出來，并聚集形成富含硫化氫的甲基二乙醇胺液。在一個優(yōu)選的實施方式中，所述液滴分布管接有氣體進口，氣體在管內(nèi)夾帶著甲基二乙醇胺液滴進入旋流器內(nèi)，甲基二乙醇胺液滴與氣體中的硫化氫充分接觸吸收，脫硫后的氣體中硫化氫的濃度小于20ppm。在另一個優(yōu)選的實施方式中，甲基二乙醇胺液滴吸收硫化氫的反應(yīng)是在超重力環(huán)境下進行的，接觸反應(yīng)時間小于0. I秒。
在另一個優(yōu)選的實施方式中，所述旋流器也同時進行甲基二乙醇胺液滴與硫化氫氣體的氣-液分離，凈化氣從旋流器的溢流口排出，液滴富集進入胺液再生裝置再生后循環(huán)利用。在另一個優(yōu)選的實施方式中，所述超聲波霧化器的數(shù)量為一個或多個。在另一個優(yōu)選的實施方式中，所述旋流器的數(shù)量為一個或多個。


圖I是根據(jù)本申請的一個實施方式的超聲波霧化液滴選擇性脫硫化氫工藝的流程不意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的氣體和液滴進行接觸傳質(zhì)反應(yīng)的示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明的發(fā)明人在經(jīng)過了廣泛而深入的研究之后發(fā)現(xiàn)在目前的工藝設(shè)備中，由于氣-液兩相接觸反應(yīng)還處在一個很大的尺度下進行，吸收效率低，甲基二乙醇胺利用率低，設(shè)備體積大投資大，并且操作不穩(wěn)定，因此，如何在小尺度、甚至微米級以下尺度中來強化脫硫過程就在工業(yè)研究中越來越受關(guān)注；目前國內(nèi)外廣泛采用醇胺法等作為脫硫方法，如何將醇胺的吸收反應(yīng)變?yōu)槲⒚准墑e的，從而提高吸收效率，達到好快省的選擇性脫硫目的；從這一角度出發(fā)，本發(fā)明的發(fā)明人提出了采用液滴方法來強化選擇性脫硫過程；如圖2所示，氣-液傳質(zhì)反應(yīng)主要是克服氣液相界面間阻力，在本發(fā)明中，甲基二乙醇胺以微液滴形式與含硫含碳混合氣接觸，極大地增加了接觸表面積，混合氣可以極快的速度充分接觸微液滴，進行反應(yīng)吸收；而反應(yīng)速度和吸收效率，與其微液滴成分、氣體成分、含硫濃度、反應(yīng)溫度壓力等有關(guān)；通過超聲波霧化器將甲基二乙醇胺霧化為液滴，大大增加了氣液接觸面積和硫化氫吸收效率；同時夾帶液滴的氣體進行低壓力降的氣-液旋流分離，分離效率可達到90%以上；這樣既完成了脫硫反應(yīng)和旋流脫液的耦合，提高了甲基二乙醇胺的利用效率，節(jié)約了成本和后續(xù)再生能耗，又使得工業(yè)設(shè)備的體積減小，降低了制造成本?；谏鲜霭l(fā)現(xiàn)，本發(fā)明得以完成。在本發(fā)明的第一方面，提供了一種超聲霧化液滴選擇性脫硫化氫的方法，該方法包括利用超聲波霧化器將甲基二乙醇胺溶液霧化為粒徑為10-50 μ m的液滴；將甲基二乙醇胺液滴與含硫化氫的氣體均勻混合，在不超過I秒的時間內(nèi)，噴入旋流器中；在旋流器中，甲基二乙醇胺液滴吸收氣體中的硫化氫，同時甲基二乙醇胺液滴在旋流器的旋流場中被分離出來，并聚集形成富含硫化氫的甲基二乙醇胺液；富胺液再生后，再通過混合物超聲波霧化器霧化為液滴，并循環(huán)使用。在本發(fā)明中，設(shè)置了甲基二乙醇胺液滴發(fā)生系統(tǒng)和旋流器，選擇性地脫除了混合氣中的硫化氫，同時分離出了吸收后的液滴，從而高效、一次性地完成了吸收、分離的工藝流程。在本發(fā)明中，所述甲基二乙醇胺溶液的濃度為20-80%，操作溫度為20_120°C。
在本發(fā)明中，所述混合氣中硫化氫的濃度在100-10000ppm之間，SO2含量不大于
5%, 二氧化碳含量不大于30%。在本發(fā)明中，混合氣中的酸性氣成分為二氧化碳、CO、SO2, NOx、以及上述一種或多種氣體的混合物。在本發(fā)明中，甲基二乙醇胺液滴發(fā)生系統(tǒng)和旋流器的數(shù)量和布置方式，可以根據(jù)混合氣進氣的氣量、壓力、組成等條件合理設(shè)計。在本發(fā)明中，所述超聲波霧化器的處理量和噴霧速度可根據(jù)具體情況調(diào)整，所述超聲波霧化器也可多個進行并聯(lián)布置。在本發(fā)明中，所述旋流器可根據(jù)需要吸收凈化的氣量等選擇不同規(guī)格，或多個旋流器并聯(lián)使用在本發(fā)明的第二方面，提供了一種超聲霧化液滴選擇性脫硫化氫的裝置，該裝置
超聲波霧化器，用于將甲基二乙醇胺進行霧化，液滴均勻分散；液滴分布管，其中所述超聲波霧化器放置在液滴分布管內(nèi)下部，含硫化氫混合氣在液滴分布管中夾帶液滴迅速進入旋流器；與液滴分布管連接的旋流器，混合氣與液滴在旋流器內(nèi)瞬間進行充分接觸，同步完成反應(yīng)、選擇性吸收硫化氫和氣-液分離的過程。 在本發(fā)明中，旋流器的上部是溢流口，凈化后的混合氣由旋流器的溢流口排出；旋流器的底部是底流口，分離出的甲基二乙醇胺胺液在旋流器的底流口富集后回收再生，進行循環(huán)使用。在本發(fā)明中，超聲波霧化器將甲基二乙醇胺霧化均勻，液滴粒徑不超過50微米，從而增大了甲基二乙醇胺和硫化氫接觸面積，提高吸收效率，并縮短了反應(yīng)時間。在本發(fā)明中，氣體進入旋流器的時間縮小到了最短，在保證吸收硫化氫效率的同時，最大化地避免了甲基二乙醇胺與二氧化碳的接觸反應(yīng)，強化了對硫化氫吸收的選擇性。在本發(fā)明中，甲基二乙醇胺液滴與混合氣逆向接觸被帶入旋流器，脫硫后的混合氣中硫化氫的濃度< lOppm。在本發(fā)明中，所述氣體夾帶液滴迅速在旋流器內(nèi)進行氣-液分離，氣液分離效率不小于90%。在本發(fā)明中，所述旋流分離器在標準狀態(tài)下的額定操作壓力降為0.00015-0. 00025MPa。以下參看附圖。圖I是根據(jù)本申請的一個實施方式的超聲波霧化液滴選擇性脫硫化氫工藝的流程示意圖。如圖I所示，置于液滴分布管2內(nèi)下部的超聲波霧化器I將甲基二乙醇胺溶液霧化為液滴，所得的液滴與由液滴分布管2的入口進入液滴分布管2的含硫化氫混合氣均勻混合，并將混合物由液滴分布管2的出口噴入旋流器3中，液滴吸收混合氣中的硫化氫，凈化氣從旋流器3的溢流口排出，同時液滴在旋流器3的旋流場中被分離出來，分離出的甲基二乙醇胺胺液(富集胺液)在旋流器的底流口富集后回收再生，進行循環(huán)使用。本發(fā)明的主要優(yōu)點在于(I)本發(fā)明的方法克服了現(xiàn)有氣體脫硫化氫工藝過程中使用板式塔、填料塔等脫硫塔設(shè)備造成甲基二乙醇胺無法與氣體充分接觸，極大地增加了甲基二乙醇胺的損耗和吸收液再生系統(tǒng)的能量負荷的問題。通過將甲基二乙醇胺變?yōu)橐旱涡螒B(tài)，在旋流器內(nèi)迅速接觸反應(yīng)吸收，同時進行氣-液的旋轉(zhuǎn)流分離，減少甲基二乙醇胺損耗，減輕再生系統(tǒng)能耗，并提聞了下游硫橫廣品的生廣率。(2)本發(fā)明的液滴選擇性脫硫化氫裝置，采用旋流器為主要反應(yīng)分離設(shè)備，結(jié)構(gòu)緊湊簡單、占地面積小、運行高效穩(wěn)定，具有反應(yīng)速度快，選擇性吸收精度高，分離效率高，能耗低等明顯優(yōu)點。(3)本發(fā)明的超聲霧化液滴選擇性脫硫化氫的方法與裝置，相比較傳統(tǒng)填料塔的噴淋吸收等方法，甲基二乙醇胺循環(huán)用量更少，再生能耗降低，并且減小了設(shè)備投資，社會、經(jīng)濟和環(huán)保效益顯著。 實施例下面結(jié)合具體的實施例進一步闡述本發(fā)明。但是，應(yīng)該明白，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不構(gòu)成對本發(fā)明范圍的限制。下列實施例中未注明具體條件的試驗方法，通常按照常規(guī)條件，或按照制造廠商所建議的條件。除非另有說明，所有的百分比和份數(shù)按重量計。實施例I 在一個50000m3/h的天然氣生產(chǎn)處理工藝中，按照本發(fā)明的方法，采用液滴強化脫硫脫碳裝置，用以對含有硫化氫和二氧化碳等的天然氣混合氣進行強化分離，達到以高效率、低損耗完成對多種酸性氣體混合氣中的天然氣和酸性氣體的有效分離，其具體運作過程及效果描述如下I.混合氣體性質(zhì)及操作條件混合氣為天然氣，主要成分為96%烷烴，1%硫化氫和9%左右的二氧化碳。天然氣處理量為5000m3/h，氣相密度操作溫度為50°C，操作壓力為2. 7MPa。N-甲基乙二醇胺溶液(甲基二乙醇胺)的濃度為20-40%，通過超聲波霧化器進行霧化，平均的霧化顆粒直徑到50微米以下。2.實施方式甲基二乙醇胺液滴通過超聲波霧化器產(chǎn)生，平均的液滴顆粒直徑到50微米以下；含硫含碳的混合氣迅速進入旋流器；在旋流器中，大量甲基二乙醇胺液滴與混合氣體中的硫碳成分充分接觸并反應(yīng)；接著，脫硫脫碳后的氣體夾帶著甲基二乙醇胺液滴進入了旋流器，進行超低壓力降的氣-液旋流分離；將甲基二乙醇胺與凈化后的混合氣進行分離，壓降小于30mmH20 (300Pa);凈化氣中硫化氫的含量小于IOppm ;甲基二乙醇胺液滴富集回收再生，循環(huán)利用。3.實驗結(jié)果通過使用液滴強化脫硫脫碳方法分離后，旋流器氣相出口硫化氫含量不大于IOppm,夾帶液相含量小于50mg/m3。在本發(fā)明提及的所有文獻都在本申請中引用作為參考，就如同每一篇文獻被單獨引用作為參考那樣。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明的上述講授內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種超聲霧化液滴選擇性脫硫化氫的方法，該方法包括以下步驟 (i)利用超聲波霧化將甲基二乙醇胺溶液霧化為粒徑為10-50u m的液滴； (ii)將所得的甲基二乙醇胺液滴與含硫化氫的氣體均勻混合，并在不超過I秒的時間內(nèi)，將混合物噴入旋流器中； (iii)在旋流器中，甲基二乙醇胺液滴吸收氣體中的硫化氫，同時甲基二乙醇胺液滴在旋流器的旋流場中被分離出來，并聚集形成富含硫化氫的甲基二乙醇胺液；以及 (iv)富含硫化氫的甲基二乙醇胺液再生后，再將其通過超聲波霧化霧化為液滴，并將所得的液滴循環(huán)用于上述步驟(ii)中。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述含硫化氫的氣體含有硫化氫和二氧化碳，其中硫化氫的濃度在100-1OOOOppm之間。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在旋流器中，含硫化氫的氣體與甲基二乙醇胺液滴充分接觸反應(yīng)，硫化氫被甲基二乙醇胺液滴充分吸收，吸收率高于99. 5%。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在旋流器中，甲基二乙醇胺液滴與含硫化氫的氣體同時進行旋流分離，甲基二乙醇胺液滴在旋流器的旋流場中被分離出來，分離效率高于90%，最大壓力降不大于30mmH20。
5.一種超聲霧化液滴選擇性脫硫化氫的裝置，該裝置包括 超聲波霧化器(I)，用于將甲基二乙醇胺溶液霧化為粒徑為10-50i!m的液滴； 在管內(nèi)下部設(shè)置超聲波霧化器(I)的液滴分布管(2)，用于將所得的甲基二乙醇胺液滴與含硫化氫的氣體均勻混合； 與液滴分布管(2)連接的旋流器(3)，用于使得甲基二乙醇胺液滴吸收氣體中的硫化氫，同時甲基二乙醇胺液滴在旋流器的旋流場中被分離出來，并聚集形成富含硫化氫的甲基二乙醇胺液。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述液滴分布管(2)接有氣體進口，氣體在管內(nèi)夾帶著甲基二乙醇胺液滴進入旋流器(3)內(nèi)，甲基二乙醇胺液滴與氣體中的硫化氫充分接觸吸收，脫硫后的氣體中硫化氫的濃度小于20ppm。
7.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，甲基二乙醇胺液滴吸收硫化氫的反應(yīng)是在超重力環(huán)境下進行的，接觸反應(yīng)時間小于0. I秒。
8.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述旋流器(3)也同時進行甲基二乙醇胺液滴與硫化氫氣體的氣-液分離，凈化氣從旋流器(3)的溢流口排出，液滴富集進入胺液再生裝置再生后循環(huán)利用。
9.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述超聲波霧化器(I)的數(shù)量為一個或多個。
10.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述旋流器(3)的數(shù)量為一個或多個。
全文摘要
本發(fā)明涉及超聲霧化液滴選擇性脫硫化氫的方法與裝置，提供了一種超聲霧化液滴選擇性脫硫化氫的方法，該方法包括以下步驟(i)利用超聲波霧化將甲基二乙醇胺溶液霧化為粒徑為10-50μm的液滴；(ii)將所得的甲基二乙醇胺液滴與含硫化氫的氣體均勻混合，并在不超過1秒的時間內(nèi)，將混合物噴入旋流器中；(iii)在旋流器中，甲基二乙醇胺液滴吸收氣體中的硫化氫，同時甲基二乙醇胺液滴在旋流器的旋流場中被分離出來，并聚集形成富含硫化氫的甲基二乙醇胺液；以及(iv)富含硫化氫的甲基二乙醇胺液再生后，再將其通過超聲波霧化霧化為液滴，并將所得的液滴循環(huán)用于上述步驟(ii)中。還提供了一種超聲霧化液滴選擇性脫硫化氫的裝置。
文檔編號B01D53/52GK102806001SQ20121033943
公開日2012年12月5日 申請日期2012年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月13日
發(fā)明者錢鵬, 汪華林, 許德建, 吳精平, 邱陽, 吳文峰 申請人:上海華暢環(huán)保設(shè)備發(fā)展有限公司