本文關鍵詞：基于旋流反應的天然氣脫硫脫碳模擬實驗研究

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【摘要】：隨著天然氣需求的增長,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)中應用最廣泛的技術,但是在工業(yè)應用過程中溶液容易發(fā)泡,從而引起霧沫夾帶,導致胺液流失,裝置處理能力下降。溶液發(fā)泡一直以來都是天然氣凈化廠面臨的難題之一。針對這一難題,本文提出旋流脫硫脫碳的方法,利用微旋流反應器內(nèi)強湍流特性強化傳質(zhì),減少胺液用量,提高胺液濃度,達到抑制胺液發(fā)泡,提高胺液利用效率,延長裝置連續(xù)運轉(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剪切強度分布,用實驗研究了不同工況對脫除效率和選擇性脫硫的影響,同時采用組分輸運模型考察了旋流反應器內(nèi)各組分的濃度分布。主要結(jié)論如下:(1)旋流分離器內(nèi)準自由渦區(qū)域的切向速度指數(shù)n值與徑向位置無關,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。旋流剪切三維流場中切向剪切強度比徑向剪切強度和軸向剪切強度對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;在中心強剪切區(qū)域,剪切強度隨旋流直徑的大小變化依次為DN25DN35DN50DN75;進口流量的變化對切向剪切的分布規(guī)律沒有明顯影響,但是進口速度的增加卻會增大強剪切區(qū)域的峰值。(2)75mn旋流反應器在相同進口濃度下,壓降與進口流量的二次方成比例。存在最佳的進口流速36-39m3/h,既能保證旋流強化吸收反應的進行,又能保證旋流氣液的分離。旋流反應器內(nèi)C02的脫除率隨著MDEA濃度的增大先增大后保持不變,隨著進口 C02濃度的增大而脫除效率變化不大,但當混合氣體中存在H_2S氣體時,因為MDEA對H_2S具有高吸收率,選擇性吸收H_2S的同時,CO_2的脫除效率反而降低。(3)在旋流反應器內(nèi)部,切向速度的分布同樣符合組合渦的運動規(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為由器壁指向軸心,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)過切向進口到環(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)濟和環(huán)保效益。本次研究為旋流器應用于天然氣脫硫脫碳提供了理論和實驗依據(jù)。
【學位授予單位】：華東理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TE644

【參考文獻】

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本文編號：1290693