基于旋流反应的天然气脱硫脱碳模拟实验研究

发布时间：2017-12-15 05:05

  本文关键词：基于旋流反应的天然气脱硫脱碳模拟实验研究

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【摘要】：随着天然气需求的增长,天然气净化工艺也得到了迅速的发展。醇胺法脱硫脱碳工艺是天然气净化工业中应用最广泛的技术,但是在工业应用过程中溶液容易发泡,从而引起雾沫夹带,导致胺液流失,装置处理能力下降。溶液发泡一直以来都是天然气净化厂面临的难题之一。针对这一难题,本文提出旋流脱硫脱碳的方法,利用微旋流反应器内强湍流特性强化传质,减少胺液用量,提高胺液浓度,达到抑制胺液发泡,提高胺液利用效率,延长装置连续运转周期的目的。具体地,本文考察了公称直径为25mm、35mm、50mm、75mm的微旋流反应器在不同操作条件和结构参数下的n值和压降变化规律,定量分析了不同公称直径下的流场剪切强度分布,用实验研究了不同工况对脱除效率和选择性脱硫的影响,同时采用组分输运模型考察了旋流反应器内各组分的浓度分布。主要结论如下:(1)旋流分离器内准自由涡区域的切向速度指数n值与径向位置无关,随着轴向位置的变化也很小。随着旋流分离器直径的增加,升气管直径的增大以及插入深度的减小,n值都会增加,也表现为旋流分离器内部压降的降低。旋流剪切三维流场中切向剪切强度比径向剪切强度和轴向剪切强度对液滴的剪切影响更大;剪切破坏主要作用于旋流器的中心和边壁位置,约占旋流器总体积的22%左右,平缓区域占到约78%左右;在中心强剪切区域,剪切强度随旋流直径的大小变化依次为DN25DN35DN50DN75;进口流量的变化对切向剪切的分布规律没有明显影响,但是进口速度的增加却会增大强剪切区域的峰值。(2)75mn旋流反应器在相同进口浓度下,压降与进口流量的二次方成比例。存在最佳的进口流速36-39m3/h,既能保证旋流强化吸收反应的进行,又能保证旋流气液的分离。旋流反应器内C02的脱除率随着MDEA浓度的增大先增大后保持不变,随着进口 C02浓度的增大而脱除效率变化不大,但当混合气体中存在H_2S气体时,因为MDEA对H_2S具有高吸收率,选择性吸收H_2S的同时,CO_2的脱除效率反而降低。(3)在旋流反应器内部,切向速度的分布同样符合组合涡的运动规律,靠近升气管的管径处切向速度最大;径向速度的主要方向为由器壁指向轴心,部分区域指向器壁;锥段的轴向速度基本向下,在升气管与器壁之间的环隙内,外侧速度向下,内侧向上。气相C02浓度和胺液浓度经过切向进口到环绕旋流器半圈的距离浓度快速的减少,浓度的变化呈现旋转涡流的形态;随着进口 CO_2浓度的增大,胺溶液吸收CO_2的速度有所减弱。存在C02和胺液的最佳的摩尔比0.25使得CO_2脱除效率最高。旋流脱硫脱碳工艺能耗低、具有经济和环保效益。本次研究为旋流器应用于天然气脱硫脱碳提供了理论和实验依据。
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE644

【参考文献】

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本文编号：1290693