專利名稱：內(nèi)循環(huán)式吸收反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種吸收反應(yīng)器，具體是指一種有利于氣液充分接觸發(fā)生反應(yīng)而脫除氣體中不利成分的內(nèi)循環(huán)式吸收反應(yīng)器，該吸收反應(yīng)器尤其適用于例如處理含硫化氫酸性氣，回收硫磺的工藝。
背景技術(shù)：
在含硫原油的二次加工時(shí)，原油中的硫化物大部分轉(zhuǎn)化成硫化氫，存在于煉廠尾氣中。如果不對(duì)這些硫化氫加以處理而直接將煉廠尾氣(酸性氣)排放到大氣中，會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。如何高效脫除尾氣中的硫化氫，對(duì)于原油加工業(yè)的發(fā)展具有重要影響。脫除硫化氫的方法多種多樣，研究較多的是吸收氧化法，是利用適當(dāng)?shù)奈找鹤鳛檠趸瘎瑢⒘蚧瘹溲趸癁閱钨|(zhì)硫，在凈化了酸性氣(尾氣)中硫化氫的同時(shí)也可回收利用硫化氫中的硫制取硫磺。
所述吸收氧化法也稱間接電解法，是利用一種中間循環(huán)劑(或稱吸收劑)將硫化氫吸收、氧化，產(chǎn)生硫磺，通常情況下，對(duì)分離硫磺后的吸收液實(shí)施電解還可制取氫氣，同時(shí)中間循環(huán)劑可被還原，加以循環(huán)利用。其中，利用吸收劑將硫化氫吸收產(chǎn)生硫磺的過(guò)程一般是在吸收反應(yīng)器中進(jìn)行的，為使含硫化氫氣體能與吸收液充分接觸發(fā)生反應(yīng)，多采用鼓泡方式將氣體從吸收器下部通入吸收液。例如，美國(guó)專利US4436712采用多孔鼓泡的方式將含酸性氣體從吸收器下部通入吸收液。日本學(xué)者Fuji，Mizuta，Kondo在1991年曾報(bào)道了一種適合于處理大量的高濃度的硫化氫的方法[Ind.Eng.Chem.Res.，1991，30，1601-1608]，這種方法采用鼓泡塔裝置，硫化氫由一旋轉(zhuǎn)的杯狀導(dǎo)氣裝置導(dǎo)入吸收液。劉常青等[中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，29(4)]在氧化吸收硫化氫過(guò)程的研究中，采用間歇式吸收反應(yīng)器，以多孔鼓泡的方式將含硫化氫的混合氣通入吸收液。
現(xiàn)有研究報(bào)道中的各種間接電解法的具體工藝有一定差別，相應(yīng)的吸收反應(yīng)器具體結(jié)構(gòu)也不同，但為達(dá)到鼓泡吸收的效果，這些吸收反應(yīng)器的設(shè)計(jì)都是基于將含硫化氫的混合氣(酸性氣)通過(guò)進(jìn)氣裝置(例如一個(gè)噴嘴)通入吸收液中發(fā)生氧化的工藝需求。如圖1所示示意了一種常見的吸收反應(yīng)器10，由反應(yīng)管11和插入該反應(yīng)管中的噴嘴12構(gòu)成，反應(yīng)管11的上部設(shè)置有液體入口111，下部設(shè)置液體出口112；噴嘴12用于將氣體導(dǎo)入反應(yīng)管內(nèi)，所以上端為氣體入口121，下端為氣體出口，該噴嘴從反應(yīng)管11上部插入，使噴嘴的大部分都被置于反應(yīng)管11內(nèi)，并使出口端與反應(yīng)管的最底部保持一段距離。
操作時(shí)先從液體入口111向反應(yīng)管11內(nèi)加入吸收液，然后通過(guò)噴嘴12向反應(yīng)管中通入含硫化氫的氣體，氣體在反應(yīng)管11下部與吸收液接觸而發(fā)生反應(yīng)，硫化氫被吸收生成硫磺。反應(yīng)后的液體及硫磺從出口112放出，多余的尾氣可從反應(yīng)器上部排出。
在利用上述結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器進(jìn)行操作時(shí)，氣液在噴嘴的氣體出口端接觸而快速反應(yīng)，硫磺的沉淀析出會(huì)在氣體噴嘴附近聚集，由于反應(yīng)中生成的硫磺顆粒非常細(xì)小而粘稠，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的反應(yīng)就容易出現(xiàn)硫磺顆粒堵塞氣體噴嘴的現(xiàn)象，需要隨時(shí)清理。所以目前的操作都是間歇式，而且研究結(jié)果顯示這樣的吸收操作中氣液接觸不夠充分，硫化氫的吸收率難以達(dá)到100％，尾氣中仍會(huì)含有較高的硫化氫。
另一方面，這種間歇式的吸收操作也難以真正實(shí)現(xiàn)連續(xù)高效吸收硫化氫回收硫磺并同時(shí)制取氫氣。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種內(nèi)循環(huán)式吸收反應(yīng)器，對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的吸收器結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，使氣體被吸收液攜帶進(jìn)入反應(yīng)器并可在反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)循環(huán)，有利于氣液充分接觸而提高反應(yīng)效率，同時(shí)更可達(dá)到避免反應(yīng)生成的固體顆粒堵塞氣體噴嘴的效果。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供了一種吸收反應(yīng)器，其是一種內(nèi)循環(huán)式吸收反應(yīng)器，主要是由反應(yīng)管和插設(shè)于該反應(yīng)管的噴嘴組成，其中，所述噴嘴由內(nèi)管和套管組成，內(nèi)管為中空管體，上端為液體入口，下端為液體出口，套管套設(shè)于內(nèi)管外，上部與內(nèi)管外壁間呈封閉，下部則與外界導(dǎo)通，套管與內(nèi)管之間形成環(huán)隙，且該套管側(cè)壁還設(shè)有與環(huán)隙相通的氣體入口；所述反應(yīng)管上部和底部分別設(shè)有第一液體排放口和第二液體排放口，反應(yīng)管內(nèi)套設(shè)有兩端口均與反應(yīng)管相導(dǎo)通的內(nèi)導(dǎo)管，且該內(nèi)導(dǎo)管設(shè)置于反應(yīng)管的兩個(gè)液體排放口之間，反應(yīng)管與內(nèi)導(dǎo)管間形成夾層；所述噴嘴插設(shè)于反應(yīng)管上部，且噴嘴下端的液體出口位于內(nèi)導(dǎo)管上端口的上方。
根據(jù)本實(shí)用新型提供的內(nèi)循環(huán)式吸收反應(yīng)器，待處理氣體從噴嘴套管的氣體入口導(dǎo)入，作為吸收劑的液體(吸收劑液體，簡(jiǎn)稱吸收液)從噴嘴的內(nèi)管輸入，由內(nèi)管下管口(液體出口)噴出時(shí)將氣體由套管的環(huán)隙吸出并攜帶進(jìn)入內(nèi)導(dǎo)管，氣液在內(nèi)導(dǎo)管中接觸發(fā)生反應(yīng)的同時(shí)沿內(nèi)導(dǎo)管下行，并從反應(yīng)管與內(nèi)導(dǎo)管的間隙上行，再次從內(nèi)導(dǎo)管上端進(jìn)入，形成內(nèi)循環(huán)，從而可使氣液在循環(huán)過(guò)程中充分接觸，有利于提高反應(yīng)效率(吸收率)。另外，氣液反應(yīng)生成的固體顆粒由于循環(huán)作用而遠(yuǎn)離了噴嘴的液體出口，可有效避免堵塞噴嘴的情形產(chǎn)生。本實(shí)用新型的吸收反應(yīng)器適用于通過(guò)吸收氧化法脫除氣體中不利成分，并且反應(yīng)產(chǎn)生固體沉淀的處理過(guò)程。
本實(shí)用新型所述的內(nèi)循環(huán)式吸收反應(yīng)器，內(nèi)導(dǎo)管的上端口形成開口擴(kuò)大的杯口，所述噴嘴下端的液體出口恰位于該杯口處，有利于推動(dòng)氣液的內(nèi)循環(huán)。
上述內(nèi)循環(huán)式吸收反應(yīng)器中，所述噴嘴的內(nèi)管下端優(yōu)選為漸縮的液體出口，液體可以噴射方式進(jìn)入內(nèi)導(dǎo)管。
根據(jù)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方案，所述反應(yīng)管上部的液體排放口可設(shè)置為縮頸；而內(nèi)導(dǎo)管下端距反應(yīng)管底部縮頸優(yōu)選保留有一定距離。
所述反應(yīng)管的上部可進(jìn)一步形成有截面積增大的擴(kuò)大段，反應(yīng)管上部的第一液體排放口設(shè)于該擴(kuò)大段的底部；噴嘴的下端則插設(shè)于該擴(kuò)大段中。更進(jìn)一步的，該擴(kuò)大段頂部或側(cè)壁還可視需要設(shè)有尾氣出口。
綜上所述，本實(shí)用新型的內(nèi)循環(huán)式噴射吸收反應(yīng)器有別于傳統(tǒng)的填料塔、板式塔和鼓泡塔式吸收器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，氣體通過(guò)吸收液攜帶進(jìn)入反應(yīng)器，利用液流的循環(huán)使氣液充分接觸和反應(yīng)，從而有效提高反應(yīng)效率。
本實(shí)用新型的內(nèi)循環(huán)式噴射吸收反應(yīng)器尤其適用于對(duì)于硫化氫氣體的處理，硫化氫的吸收效率可達(dá)到99％以上，更克服了硫磺顆粒堵塞噴嘴的難題，不需要經(jīng)常清理噴嘴，配合吸收液的輸入和排出，使吸收反應(yīng)可以連續(xù)進(jìn)行。經(jīng)驗(yàn)證，利用本實(shí)用新型的吸收反應(yīng)器處理的氣體中硫化氫氣體濃度范圍較寬，對(duì)壓力要求不高，處理硫化氫氣體濃度范圍可以為2％-100％，可以是高壓氣體或低壓氣體，同時(shí)制得的硫磺純度也在99.8％以上。該吸收反應(yīng)器與電解反應(yīng)器聯(lián)合使用，可以實(shí)現(xiàn)吸收硫化氫回收硫磺同時(shí)制取氫氣的連續(xù)過(guò)程。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)采用的吸收反應(yīng)器示意圖。
圖2是本實(shí)用新型的內(nèi)循環(huán)式噴射式吸收反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為圖2的內(nèi)循環(huán)式噴射式吸收反應(yīng)器中噴嘴的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合具體實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型方案的實(shí)現(xiàn)，旨在幫助閱讀者更好地理解本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)和所能產(chǎn)生的有益效果，不能理解為對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施范圍的任何限定。
請(qǐng)結(jié)合參見圖2和圖3所示，本實(shí)用新型提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用的內(nèi)循環(huán)式吸收反應(yīng)器20，其主要是由噴嘴21和反應(yīng)管22構(gòu)成。
其中，所述噴嘴21主要由內(nèi)管211和套管212組成，內(nèi)管211基本為中空管體，其上端為液體入口2111，下端為漸縮的液體出口2112，套管212套設(shè)于內(nèi)管211外，上部與內(nèi)管外壁間呈封閉，下部則與外界導(dǎo)通，套管212與內(nèi)管211之間具有環(huán)隙213，且套管212的側(cè)壁設(shè)有氣體入口2121與環(huán)隙213相通；如圖3所示，內(nèi)管211的長(zhǎng)度略長(zhǎng)于套管212，下端的液體出口2112伸出套管212一段距離。
該吸收反應(yīng)器20的反應(yīng)管22內(nèi)設(shè)有兩端口均與反應(yīng)管相通的內(nèi)導(dǎo)管221，二者間形成夾層222。反應(yīng)管上部和底部分別設(shè)有第一液體排放口223和第二液體排放口224，第二液體排放口224形成縮頸；內(nèi)導(dǎo)管221固定設(shè)置于反應(yīng)管22內(nèi)，且位于液體排放口223和224之間，上端口2211形成一開口擴(kuò)大的杯口(敞口)，下端口距反應(yīng)管22底部縮頸保留有一定距離。
如圖2所示，本實(shí)施例中，反應(yīng)管22的上部形成一個(gè)截面積增大的擴(kuò)大段226，可利于吸收液的循環(huán)，該擴(kuò)大段226的具體形狀和尺寸沒(méi)有特別要求。噴嘴21從擴(kuò)大段226的上端插入反應(yīng)管22，液體出口2112恰靠近內(nèi)導(dǎo)管221的上端口2211(杯口)上方。內(nèi)導(dǎo)管的上端口2211(杯口)可處于反應(yīng)管22上部擴(kuò)大段形成處，且與反應(yīng)管22導(dǎo)通。擴(kuò)大段226的上端適當(dāng)處還開設(shè)有尾氣出口225(該尾氣出口也可設(shè)于側(cè)壁)。擴(kuò)大段的上端在操作中可為封閉，通過(guò)噴嘴出口與外界導(dǎo)通，如果需要，反應(yīng)管側(cè)壁還可設(shè)置液位控制槽，用以監(jiān)控反應(yīng)管內(nèi)的吸收液量。
以吸收硫化氫氣為例，本實(shí)施例的吸收反應(yīng)器工作過(guò)程為，吸收液(例如Fe3+溶液)從噴嘴21的液體入口2111輸入內(nèi)管211，含硫化氫氣從噴嘴21的氣體入口2121輸入環(huán)隙213，吸收液通過(guò)漸縮的液體出口2112呈噴射進(jìn)入反應(yīng)管22的內(nèi)導(dǎo)管221，將環(huán)隙213中的含硫化氫氣體也同時(shí)吸入，這樣，吸收液和含硫化氫氣在內(nèi)導(dǎo)管221中接觸而開始發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)同時(shí)氣液流也在沿內(nèi)導(dǎo)管221下行，此時(shí)反應(yīng)管的第二液體排放口224封閉，而上端的氣液流不斷下行構(gòu)成推動(dòng)力，反應(yīng)管下部的氣液混合流又從夾層222上行到擴(kuò)大段226內(nèi)，再次從內(nèi)導(dǎo)管221的上端口2211進(jìn)入內(nèi)導(dǎo)管221，如此可以形成內(nèi)循環(huán)(如圖中箭頭標(biāo)示)。
上述循環(huán)吸收過(guò)程中，硫化氫氣由于氧化而被吸收，不斷生成的單質(zhì)硫從液流中沉積出來(lái)，而吸收液同時(shí)被還原，F(xiàn)e3+轉(zhuǎn)化成Fe2+，從第一液體排放口223放出，其中含有單質(zhì)硫，經(jīng)過(guò)濾分離后的吸收液可送入電解反應(yīng)器中再生后返回反應(yīng)器循環(huán)利用。反應(yīng)器底部的少量的硫磺濃度較高的吸收液可隨時(shí)經(jīng)第二液體排放口224放出，分離出的單質(zhì)硫合并后送精制裝置加工處理成為高純度精制硫磺。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本實(shí)用新型的上述內(nèi)循環(huán)式吸收反應(yīng)器處理含硫化氫氣，由于液流在反應(yīng)器中的內(nèi)循環(huán)使氣液充分接觸和反應(yīng)，并且延長(zhǎng)了氣液兩相接觸時(shí)間，從而有效提高吸收效率；同時(shí)，吸收反應(yīng)主要是在循環(huán)過(guò)程中發(fā)生，生成的硫磺隨時(shí)從流動(dòng)的液流中沉淀出來(lái)，不會(huì)出現(xiàn)硫磺顆粒堵塞噴嘴的現(xiàn)象。
本實(shí)用新型的吸收反應(yīng)器可用于硫化氫間接電解制取硫磺和氫氣過(guò)程中，吸收劑液體吸收硫化氫氣體產(chǎn)生硫磺的工藝，此時(shí)反應(yīng)條件可以選擇為壓力為常壓，溫度在30-80℃，液氣比大于1.0(體積比)，吸收液組成為0.3-0.6M Fe2+、0.3-0.8M Fe3+、2-10M H+(HCl體系和H2SO4體系)溶液；可測(cè)得H2S吸收率大于99％，所制得硫磺純度大于99.8％。
應(yīng)當(dāng)理解，以上所述僅為示例性說(shuō)明，本實(shí)用新型的吸收反應(yīng)器的應(yīng)用范疇不局限于對(duì)硫化氫氣的吸收，而本實(shí)用新型的保護(hù)范圍也不應(yīng)受到上述實(shí)施例的限制，凡依本實(shí)用新型內(nèi)容所作的等同變化與修飾，皆應(yīng)仍屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種內(nèi)循環(huán)式吸收反應(yīng)器，由反應(yīng)管和噴嘴組成，噴嘴從反應(yīng)管上部插入，其特征在于，所述噴嘴由內(nèi)管和套管組成，內(nèi)管為中空管體，上端為液體入口，下端為液體出口，套管套設(shè)于內(nèi)管外，上部與內(nèi)管外壁間呈封閉，下部則與外界導(dǎo)通，套管與內(nèi)管之間形成環(huán)隙，且該套管側(cè)壁還設(shè)有與環(huán)隙相通的氣體入口；所述反應(yīng)管上部和底部分別設(shè)有第一液體排放口和第二液體排放口，反應(yīng)管內(nèi)套設(shè)有兩端口均與反應(yīng)管相導(dǎo)通的內(nèi)導(dǎo)管，且該內(nèi)導(dǎo)管設(shè)置于反應(yīng)管的兩個(gè)液體排放口之間，反應(yīng)管與內(nèi)導(dǎo)管間形成夾層；所述噴嘴插設(shè)于反應(yīng)管上部，且噴嘴下端的液體出口位于內(nèi)導(dǎo)管上端口的上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)循環(huán)式吸收反應(yīng)器，其特征在于，內(nèi)導(dǎo)管的上端口形成開口擴(kuò)大的杯口，所述噴嘴下端的液體出口恰位于該杯口處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)循環(huán)式吸收反應(yīng)器，其特征在于，所述噴嘴的內(nèi)管下端為漸縮的液體出口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)循環(huán)式吸收反應(yīng)器，其特征在于，所述噴嘴的內(nèi)管下端伸出套管的下部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)循環(huán)式吸收反應(yīng)器，其特征在于，反應(yīng)管底部的液體排放口為縮頸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)循環(huán)式吸收反應(yīng)器，其特征在于，反應(yīng)管的上部形成有截面積增大的擴(kuò)大段，反應(yīng)管上部的第一液體排放口設(shè)于該擴(kuò)大段的底部。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的內(nèi)循環(huán)式吸收反應(yīng)器，其特征在于，該擴(kuò)大段還設(shè)有尾氣出口。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種內(nèi)循環(huán)式吸收反應(yīng)器，其噴嘴由內(nèi)管和套管組成，套管套設(shè)于內(nèi)管外，上部與內(nèi)管外壁間呈封閉，下部則與外界導(dǎo)通，套管與內(nèi)管之間形成環(huán)隙，且該套管側(cè)壁還設(shè)有與環(huán)隙相通的氣體入口，該噴嘴從反應(yīng)管上部插入反應(yīng)管；而反應(yīng)管內(nèi)套設(shè)有兩端口均與反應(yīng)管相導(dǎo)通的內(nèi)導(dǎo)管，且該內(nèi)導(dǎo)管與反應(yīng)管間形成夾層；操作時(shí)，氣體被吸收液攜帶通過(guò)噴嘴的環(huán)隙進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)導(dǎo)管，沿其內(nèi)壁下行后從夾層返回，在反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)循環(huán)，有利于氣液充分接觸而提高反應(yīng)效率，同時(shí)更可達(dá)到避免反應(yīng)生成的固體顆粒堵塞氣體噴嘴的效果。
文檔編號(hào)B01D53/52GK2865831SQ200620004518
公開日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2006年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月28日
發(fā)明者李發(fā)永, 曹作剛, 俞英, 黃海燕, 劉相, 張海鵬, 李楊初, 趙永豐 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(北京)