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鲍尔环,阶梯环,矩鞍环填料塔在胺液除尾气中硫化

作者:user 来源:  日期:2019-10-28 21:26
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硫化氢存在于工业尾气中,为大气的主要污染物之一。MDEA(30%wt)胺溶液吸附脱除尾气中硫化氢,属于化学吸附法,为可逆放热反应,此传质传热过程通过尾气吸收塔完成。分别研究了鲍尔环阶梯环、矩鞍环三种散堆填料应用于尾气吸收塔,根据Bain-Hougen(贝恩-霍根)公式计算3种填料塔塔径,可知在液泛值相同时,采用矩鞍环填料塔,塔径较小,成本较低。

硫化氢是无色气体,有刺激性恶臭,易挥发,为大气的主要污染物之一,不仅危害人体健康,还会严重腐蚀设备。硫化氢产生于天然气脱硫、甲醇装置再生气脱硫、石油钻井、炼油厂的催化干气脱硫、液态烃脱硫、含硫污水汽提等过程中产品产生一些含有硫化氢的酸性气体。
MDEA在上世纪50年代即被证实具有选择性脱硫性能较好、抗降解性较强、腐蚀性弱、反应热低等优点,已成为目前工业脱硫脱碳中最普遍的工艺。MDEA属于叔醇胺,与伯胺、仲胺相比具有较好的溶剂稳定性[1-6],且在降解性、腐蚀性方面远远优于其它胺液。
采用模拟软件AMSIM模块模拟MDEA(30%wt)溶液脱除工业废气H2S过程,研究设计鲍尔环,阶梯环、矩鞍环三种填料塔。

1工艺过程

针对山东某炼油公司产生0.024MPa(表)含H2S的工业尾气,进行废气综合治理:经尾气急冷塔利用40℃冷水将170℃尾气洗涤降温至40~41℃,压力降为0.0117MPa(表);尾气急冷塔塔顶尾气(见表1)进入尾气吸收塔塔釜,利用尾气吸收塔塔顶MDEA溶液进料(见表2)吸收其塔釜进料中的H2S,尾气吸收塔的操作压力为116.5kPa,尾气吸收塔顶尾气出口中H2S含量保证小于90mg/L,方可排入火炬燃烧。文章主要研究MDEA(30%wt)溶液脱除工业废气H2S过程:即尾气吸收塔。

30%(wt)MDEA贫胺液来自溶液再生塔再生循环使用,一般要求再生贫胺液中(H2S+CO2)≤0.5g/L,如表2所示:

2模拟计算

采用模拟软件中AMSIM模块,模拟时采用模块中TrayColumn,NumberofActualStages设计为20块。模拟结果:塔顶净化气H2S含量为44mg/L,小于要求值,可以满足要求。

图 1 逐板气液相负荷
由表 1 可知:气相负荷和液相负荷在各层塔板上变化不大,因此设计取值可采用其中任一层 数据,本次采用数据如表 3 所示。

3 散堆填料塔设计

3.1 填料塔塔径
液泛是填料塔的极限操作状态,通过估算泛 点气速来估算塔径。由于填料种类的繁多,液泛定义的基础不同,且实验数据本身的不确定性和离散。因此,难以使用统一的关联图或者关联式表达泛点气速。
关联图中Eckert(埃克特)压降和泛点通用 
关联图(流动参数),即液体与气体动能之比为横坐标,(为纵坐标),
通过横坐标值和图上部泛点曲线,求取泛点气速。Eckert泛点通用关联图中的曲线是基于泛点压降在16.18~28.45mbar/m的散堆填料绘制,适用于早期无开槽的散堆填料和尺寸较少的新型开槽填料。
关联式中Bain-Hougen(贝恩-霍根)公式以早期的Sherwood关联式为基础并参照大量的填料塔液泛气速数据,关联公式见(1):
 (1)根据不同填料实验数据,由Bain-Hougen(贝
恩-霍根)公式回归,从而得出式(1)中参数A和B,表4给出3种散堆填料的A值和B值,由于公式计算更方便明确,本文采用了Bain-Hougen(贝恩-霍根)公式。
表4不同填料Bain-Houngen泛点关系式中A和B值
式(1)计算所得泛点气速,其误差约为15%。因此实际操作气速,一般取泛点气速的60%~80%;对易起泡的物系,则设计气速取泛点气速的40%~60%。
MDEA吸收尾气中H2S属于易起泡体系,一般采用可以满足传质性能的不锈钢填料公称尺寸38的填料:鲍尔环、阶梯环、矩鞍环3种填料的参数如表5所示。
由式(1)核算塔径。
由表6可知:在液泛值相同时,采用矩鞍环填料,设计塔径较小,成本较低。

3.2填料高度
填料高度:Z=nt×HETP (2)胺液吸收塔传质效率较低,工程中取塔效率(E)为30%~40%,本文取值为35%,理论板数为nt=N×E=7。
迄今为止,关于填料等板高度HETP尚无可靠准确的方法来计算,虽然不少研究者探索过计算方法,但误差较大。目前主要从工业应用的实际经验中选取HETP值。针对MDEA吸收尾气中H2S过程,矩鞍环填料的HETP本文取1000-1200mm,由式(2)填料高度为8000mm。

4符号说明:

L、G——液相和气相质量流量,kg/h; 
ρL、ρG——液相和气相密度,kg/m3; 
uG———空塔气速,m/s; 
uf——泛点空塔气速,m/s; 
φ——填料因子,m-1; 
ψ——液相密度校正因子,水的密度与液体
密度之比; 
"a"——填料的比表面积,m2/m3;
ε——填料的空隙率; 
μL——液体粘度,Pa·S; 
g——重力加速度,9.81m/s2; 
Z——填料高度,mm; 
HETP——等板高度,mm 
nt——理论板数; 
N——塔实际板数; 
E——塔效率

5结语

综上所述,矩鞍环在30%MDEA溶液脱除工业尾气中H2S过程中,通量较大,塔径较小,
成本较低,更适合工业应用。

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