本文關(guān)鍵詞：基于旋流反應(yīng)的天然氣脫硫脫碳模擬實(shí)驗(yàn)研究

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【摘要】：隨著天然氣需求的增長(zhǎng),天然氣凈化工藝也得到了迅速的發(fā)展。醇胺法脫硫脫碳工藝是天然氣凈化工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的技術(shù),但是在工業(yè)應(yīng)用過(guò)程中溶液容易發(fā)泡,從而引起霧沫夾帶,導(dǎo)致胺液流失,裝置處理能力下降。溶液發(fā)泡一直以來(lái)都是天然氣凈化廠面臨的難題之一。針對(duì)這一難題,本文提出旋流脫硫脫碳的方法,利用微旋流反應(yīng)器內(nèi)強(qiáng)湍流特性強(qiáng)化傳質(zhì),減少胺液用量,提高胺液濃度,達(dá)到抑制胺液發(fā)泡,提高胺液利用效率,延長(zhǎng)裝置連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)周期的目的。具體地,本文考察了公稱直徑為25mm、35mm、50mm、75mm的微旋流反應(yīng)器在不同操作條件和結(jié)構(gòu)參數(shù)下的n值和壓降變化規(guī)律,定量分析了不同公稱直徑下的流場(chǎng)剪切強(qiáng)度分布,用實(shí)驗(yàn)研究了不同工況對(duì)脫除效率和選擇性脫硫的影響,同時(shí)采用組分輸運(yùn)模型考察了旋流反應(yīng)器內(nèi)各組分的濃度分布。主要結(jié)論如下:(1)旋流分離器內(nèi)準(zhǔn)自由渦區(qū)域的切向速度指數(shù)n值與徑向位置無(wú)關(guān),隨著軸向位置的變化也很小。隨著旋流分離器直徑的增加,升氣管直徑的增大以及插入深度的減小,n值都會(huì)增加,也表現(xiàn)為旋流分離器內(nèi)部壓降的降低。旋流剪切三維流場(chǎng)中切向剪切強(qiáng)度比徑向剪切強(qiáng)度和軸向剪切強(qiáng)度對(duì)液滴的剪切影響更大;剪切破壞主要作用于旋流器的中心和邊壁位置,約占旋流器總體積的22%左右,平緩區(qū)域占到約78%左右;在中心強(qiáng)剪切區(qū)域,剪切強(qiáng)度隨旋流直徑的大小變化依次為DN25DN35DN50DN75;進(jìn)口流量的變化對(duì)切向剪切的分布規(guī)律沒(méi)有明顯影響,但是進(jìn)口速度的增加卻會(huì)增大強(qiáng)剪切區(qū)域的峰值。(2)75mn旋流反應(yīng)器在相同進(jìn)口濃度下,壓降與進(jìn)口流量的二次方成比例。存在最佳的進(jìn)口流速36-39m3/h,既能保證旋流強(qiáng)化吸收反應(yīng)的進(jìn)行,又能保證旋流氣液的分離。旋流反應(yīng)器內(nèi)C02的脫除率隨著MDEA濃度的增大先增大后保持不變,隨著進(jìn)口 C02濃度的增大而脫除效率變化不大,但當(dāng)混合氣體中存在H_2S氣體時(shí),因?yàn)镸DEA對(duì)H_2S具有高吸收率,選擇性吸收H_2S的同時(shí),CO_2的脫除效率反而降低。(3)在旋流反應(yīng)器內(nèi)部,切向速度的分布同樣符合組合渦的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,靠近升氣管的管徑處切向速度最大;徑向速度的主要方向?yàn)橛善鞅谥赶蜉S心,部分區(qū)域指向器壁;錐段的軸向速度基本向下,在升氣管與器壁之間的環(huán)隙內(nèi),外側(cè)速度向下,內(nèi)側(cè)向上。氣相C02濃度和胺液濃度經(jīng)過(guò)切向進(jìn)口到環(huán)繞旋流器半圈的距離濃度快速的減少,濃度的變化呈現(xiàn)旋轉(zhuǎn)渦流的形態(tài);隨著進(jìn)口 CO_2濃度的增大,胺溶液吸收CO_2的速度有所減弱。存在C02和胺液的最佳的摩爾比0.25使得CO_2脫除效率最高。旋流脫硫脫碳工藝能耗低、具有經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。本次研究為旋流器應(yīng)用于天然氣脫硫脫碳提供了理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TE644

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本文編號(hào)：1290693