对冲式管道反应器在湿式氧化法脱硫的开发与应用

对冲式管道反应器是我公司近几年来推出的新产品，自2014年开始研发推广以来，至2016年已经有十几套装置用于工业装置中，大多都在安装调试期。2016年8月13日有两套常压脱硫装置中的对冲式管道反应器正式投入运行，到目前为止，取得了令人满意的结果。

首先，把对冲式管道反应器的工作原理简单介绍一下。大家知道湿法脱硫工艺是通过气液两相接触来实现的，气液接触面越大，脱硫反应就越好，脱硫效率就越高。而气液为分散相时，分散相被连续相包括，接触就大，在单位时间反应就好。目前，在所有的脱硫反应中，只存在气液两相均为连续相或气液两相只有一相为分散相，另一相为连续相的状态。就单位时间内的反应效率而言，以上三种状态远远不如气液两相均为分散相接触时的效率高。如果有一种办法能够使得气液两相均为分散相同时存在，这样气液两相的接触面就无限大。而对冲式管道反应器的研发推出就使得气液两相均为分散相同时存在成为一种可能。

对冲式管道反应器就是利用气相与液相相对方向高速流动时产生的巨大冲击力，使得气体变为气泡液体变为液滴而相互包括，均匀地混合在一起，形成一个泡沫区，这时的气液接触面非常大，所以短时间内脱硫效率非常高。由于气液连续流动不断补充，所以泡沫区内气液的界面不断更新变化，泡沫区内气液两相呈湍流状态，并且连续存在。由于脱硫反应是在瞬间完成的，脱硫效率可以在短时间内很高，而这一切都是在管道中完成的，不需要其它任何设备。

下面介绍一下近期开车使用的对冲式管道反应器的运行情况。该公司并联两套脱硫装置，气源为两段式煤气发生炉产生的煤气，压力在20KPa左右，气量单套装置在35000Nm³/h，对冲式管道反应器后串∮4500脱硫塔一台，进口H₂S为4500mg/Nm³，出口要求小于100mg/Nm³，循环量单塔1050m³/h，两套均为新上装置，8月11日原始开车。生产调试正常后，13日下午开对冲式管道反应器，使用脱硫塔底部的半富液作为脱硫液。调试正常后测得对冲式管道反应器压差为0.4KPa（两套相同），脱硫结果因为取样点不对，带液较严重，影响分析结果，后来做一取样分离器，15日开始正常取样分析，其结果如下：

由上述表的分析数据可以看出，从8月15日至8月29日停车，一共开车14天的时间里，两套反应器共取样28个，每套装置每天取样分析一次。结果显示，硫化氢入口最高为4134mg/Nm³，最低为1067mg/Nm³，反应器出口最高为1189mg/Nm³，最低为87.2mg/Nm³，脱硫效率最高为94.1%，最低为38.4%，平均脱硫效率一线装置为77.5%，二线装置为72.6%，脱硫液出口硫容最高为0.45kg/m³。

关于脱硫效率分析，取样28个，脱硫效率90%以上的3个，80-90%的11个，70-80%的5个，60-70%的2个，50-60%的3个，40-50%的0个，30-40%的3个，无效取样一个（反应器出口比入口H₂S还要高）。脱硫效率大部分在80-90%之间，其次在70-80%和90%，共计19个样。低效率的8 个样中，进口H₂S高于2000mg/Nm³的样只有3个，5个样均低于2000mg/Nm³，没有一个样高于3000mg/Nm³，可见不是进口硫化氢高的影响，应该与取样分析有关，或者脱硫液偏少不能形成有效的泡沫区有关。因为开车后不久，流量计失灵，电机电流又显示偏高，而调节流量没有依据（事后检测电流表偏大，流量计不准确），由于刚开车，分析人员初次操作分析，可能有误差，特别是取样环节。

关于硫容，分析以上样品后得出进口硫高时硫容高，进口H₂S3000mg/Nm³以下时，硫容一般不会高于0.3kg/m³，进口4000mg/Nm³时，出口硫容可达0.4kg/m³以上，所以可以分析断定，当进口H₂S大于5000mg/Nm³时，对冲式管道反应器的硫容有可能更高。

关于溶液循环量，循环量低时，对于生成有效的泡沫很不利，适当提高循环量，有利于形成泡沫区，过大的循环量反而不利于泡沫区的形成，而且系统阻力还会上升。

关于系统阻力，通过对以上两套运行装置的分析，系统阻力与当初设计时的阻力值稍低一些，可见对冲式管道反应器对整个系统的阻力影响很小。

由于对冲式管道反应器良好的工作状况，使得后面的脱硫塔工作负荷大大降低，可以很大的减轻堵塔的机率，确保长周期运行，并可以适当的降低溶液循环量，以降低运行费用。

另外对冲式管道反应器使用的是半富液（脱硫塔底部溶液），另需上一台半富液泵即可，并不增加贫液和富液的循环量。

在以上两套对冲式管道反应器运行数据的基础上，我们对对冲式管道反应器有以下几点特别的总结：

1、净化效率高。对冲式管道反应器净化反应迅速、快捷、充分，单级脱硫效率可达70%以上；

2、能耗低。对冲式管道反应器利用了气液体的运动能量，用较少的脱硫液即能达到较高的脱硫效率；

3、喷嘴不堵塞，操作稳定可靠，系统阻力相对稳定且不易变化，不产生硫堵的现象；

4、应用范围广。从对冲式管道反应器的工作原理我们可以判断出相对于化学吸收的过程，对冲反应器更适合于物理过程，所以对冲式管道反应器也可以用于降温、除尘、洗气等工况，实验结果表明在以上工况下，对冲管道反应器的工作效率更高，有些可达95%以上。

5、投资低。对冲反应器通过管道吸收，省去了塔类设备。同时，脱硫液用量也大大减少，所以同样的脱硫效率，其投资只有填料塔的三分之一至五分之一，运行费用也大大低于填料塔。另外，对冲管道反应器占用空间很小，这点对于现有装置改造尤其重要。

采用该技术的脱硫装置与传统装置比较，具有操作简单、脱硫效率高、脱硫液用量少、运行阻力小、不产生硫堵、占地面积小等特点，是对现有脱硫技术的补充与发展。在湿式氧化法脱硫中非常适合作为预脱塔，而且常压和加压脱硫均可适用，对于现有装置，在塔前串一套本装置，可以大大地减轻脱硫塔的负荷，降低脱硫液用量，提高脱硫精度，两塔串联运行的有可能减少一个塔。另外还可以改烧高硫煤，以降低生产成本。在山东某公司的两套装置原来设计为两塔串联运行，增加对冲式管道反应器后，均改为单塔运行。

我公司对冲式管道反应器的成功应用，对于脱硫行业是一个利好消息，它为广大用户提供一个新的思路，其投资少、见效快、效率高、费用低的特点必然会使广大用户所青睐。我公司愿以好的技术、大的诚意，为广大用户服务，与大家一起共同推进脱硫产业的发展与进步。