气液撞击流洗涤器的流动特性与脱硫性能研究

来源 :中国石油大学 中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:jianjiantao456
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本文以石油催化裂化装置再生烟气SOx、粉尘等污染物排放控制为目标,仔细研究了气液撞击流洗涤器的流动特性、脱硫特性,并进行了支路热态试验,得出了洗涤器操作性能图,并初步建立了该洗涤器的脱硫模型。主要创新成果有: 1、试验研究了气液撞击流洗涤器的流动特性,得出了洗涤器轴向可以分为3个流动区段的认识:射流控制段、气液相互作用段和气流控制段;推导关联了阻力损失、含气率及泡沫柱高度的计算公式;根据实验室小型冷模试验,初步描绘了洗涤器操作性能图,据此可以预测洗涤器的气液流型,为洗涤器设计服务(见3.6)。 2、在实验室小型冷模试验装置上考察了气液撞击流洗涤器的脱硫特性,获得了不同参数对脱硫率影响的数据,回归了多因素的脱硫率经验公式,并绘制了等脱硫率图,为气液撞击流洗涤器的设计与应用提供了基础。(见4.5)。 3、建立了一套工业现场支路热态气液撞击流烟气洗涤试验装置,研究考察了喷嘴结构参数、洗涤器气液操作参数对脱硫率和洗涤器阻力的影响,得出的等脱硫率图和双参数阻力计算曲线对工程设计有更好的实用价值(见第5章)。 4、运用渗透—表面更新理论,建立了气液撞击流洗涤器内SO2吸收过程的物理和数学模型。该模型能够考虑浆液中各种离子、分子的溶解特性以及它们之间的各种有限速率反应,模型计算结果与试验结果基本吻合(见第6章)。 流化催化裂化(FCC)是现代炼油工业的核心工艺之一,在原油深度加工、提高轻质油收率及炼油厂经济效益方面具有重要作用。近年来,随着原料日益变重、变劣和进口含硫、高硫原油增多,FCC装置排放的SOx等污染物对环境的污染问题日渐受到关注。研究表明:我国FCC装置排放的SOx浓度平均达1300mg/Nm3,除加工大庆、印尼原油外,绝大部分装置都存在着SOx排放浓度超标问题,有些甚至还存在SOx排放速率超标。因此,针对催化裂化再生烟气SOx、粉尘排放问题,研究开发经济实用、拥有自主知识产权的国产化烟气脱硫技术及装备是一项重要而迫切的任务。本文对气液撞击流烟气洗涤技术进行了仔细的实验室冷态模型试验及现场支路热态试验研究,结果表明气液撞击流净化技术不但净化效率高、操作简单、性能稳定,而且操作弹性宽、处理气量大,是一种极具开发应用潜力的洗涤净化技术。 实验室冷态试验研究考察了不同操作工况下洗涤器的轴、径向压力分布及轴向压力梯度分布,发现洗涤器内可以分为3个流动区段:洗涤液射流控制段、气液相互作用段和气流控制段;同时还考察了洗涤器的结构参数、操作参数对其阻力特性的影响,回归了阻力计算公式;测定了撞击流洗涤器含气率的轴、径向分布,并拟合了含气率计算公式;另外还考察了喷嘴出口液流速度与液滴的粒径分布关系、影响泡沫柱高度的因素等,理论推导了泡沫柱高度计算公式,计算结果和试验数据吻合较好;根据试验现象及试验结果绘制了撞击流洗涤器的操作性能图,该图可以为工程设计提供参考。 理论分析了石灰石浆液吸收SO2的传质—反应过程、机理及特性,得出了不同条件下各离子浓度之间的关系;试验研究了撞击流洗涤器的脱硫特性,详细考察了pH值、液气比、入口洗涤液量和压力、入口烟气量、SO2入口浓度、CaCO3质量浓度等因素对单级、两级撞击流洗涤器脱硫率的影响,得出了单参数影响规律,试验结果表明,在常用工业条件下,单级脱硫效率达92%,双级达98%以上;分析单参数指数函数关系规律,提出并回归了多因素经验公式,运用该公式和阻力计算公式对某设计工况进行了计算;根据影响脱硫率的主要因素绘制了等脱硫率图,运用该图对某设计工况进行了核算,结果和多因素经验公式计算值相符,该图可供设计和生产操作时参考。 在热态中试装置上进一步研究了撞击流洗涤器脱硫特性,试验结果表明,各因素对脱硫率的影响与实验室小试规律相似;研究了结构参数对喷嘴性能的影响,得到了优化结构的Ⅱ型喷嘴;根据试验数据回归了阻力损失计算公式,绘制了等脱硫率图和双因素等阻力曲线图,运用等脱硫率图和双因素等阻力曲线图分析了热态装置的操作性能,得出了最佳操作工况,试验证明该工况操作稳定,各项指标符合设计要求。 用渗透—表面更新理论对撞击流洗涤器内SO2的吸收过程建立了物理和数学模型。该模型全面地考虑了浆液中各种离子、分子的溶解特性以及它们之间的各种有限速率反应,模型计算结果与试验结果基本吻合,表明所建立的模型能够反映实际脱硫反应过程,对撞击流洗涤器的设计及工业应用具有指导作用。
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