无轴流体反应器与含硫气体浆液法脱硫装置的制作方法

本实用新型涉及化工设备技术领域，具体涉及一种便于流体充分接触反应的反应器，以及一种通过浆液法对气体进行脱硫的装置。

背景技术：

浆液法脱硫技术，又称sdt浆液法或浆液法，可以实现高选择性、高效率地脱除含硫气体中的硫化氢。浆液法脱硫采用的药剂为“无定型羟基氧化铁(amor-feooh)”。羟基氧化铁(feooh)脱硫及再生原理是：羟基氧化铁的硫容大，与硫化氢h2s反应生成的硫铁化合物为巯基硫化铁(fessh)，生成的巯基硫化铁经过氧气氧化再生，转化为羟基氧化铁，同时析出单质硫。再生后的羟基氧化铁循环使用，羟基氧化铁经过反复脱硫再生，其颗粒度逐渐变得更小，更有利于提高脱硫效率。

具体反应机理为：(1)硫化氢溶解在水中并离解为hs^-、h⁺离子：h2s+a[碱或水]＝hs^-+ha⁺。(2)hs^-、h⁺离子同羟基氧化铁的晶格离子oh^-、o^2-置换，生成巯基硫化铁fessh和水：feooh+2h2s→fessh+2h2o。(3)巯基硫化铁在有氧条件下发生氧化还原反应，生成羟基氧化铁并析出硫磺：fessh+o2→feooh+2s↓。将上述反应机理的三个反应式合并，得到2h2s+o2→2h2o+2s↓。整个过程只是h2s被氧化为单质硫的反应，羟基氧化铁只是起着催化剂的作用，本身没有消耗。羟基氧化铁脱硫有一重要的特点：h2s并非以分子形态被羟基氧化铁脱除，而是先在羟基氧化铁表面的水膜中离解为hs^-、h⁺离子，再与羟基氧化铁中的晶格氧o^2-及晶格羟基oh^-进行离子交换，故反应过程迅速。

浆液法脱硫技术采用的装置为双塔装置，分别为吸收塔和再生塔，一塔吸附、一塔再生，吸收塔为空塔，避免硫堵。由于含硫气体中硫化氢含量存在波动，现有吸收塔的反应路径短，容易出现含硫气体与脱硫药剂没有充分反应的问题，不便于根据含硫气体中的硫化氢的含量对脱硫过程进行调整，从而出现脱硫不达标的问题。

技术实现要素：

本实用新型首先要解决的技术问题是提供一种可实现流体自动混合，利于流体充分反应的无轴流体反应器。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是：无轴流体反应器，包括外壳和旋转体，外壳的两端分别为入口端和出口端，入口端和出口端分别设置连接结构，外壳的内部为截面呈圆形的空腔，外壳的内部设置至少一个旋转体，旋转体的外轮廓呈圆形，并且旋转体可相对外壳旋转，旋转体的内部沿轴线方向设置流体通道，流体通道内设置至少一圈螺旋体。

进一步的是：所述旋转体的两端分别设置一圈螺旋体。

进一步的是：所述外壳呈圆筒状，外壳两端的连接结构均为法兰。

进一步的是：所述外壳和旋转体之间设置至少一个轴承。

具体的：所述外壳的两端的内侧分别设置内环台，旋转体的两端外侧分别设置台阶，台阶内安装轴承，装有轴承的旋转体安装于外壳的内环台内，内环台的高度大于旋转体的长度,内环台的直径与轴承的外径一致。

具体的：所述旋转体靠近外壳的两端的轴承外侧还设置垫圈，垫圈与轴承的外圈接触。

本实用新型无轴流体反应器的有益效果是：流体从外壳的入口端进入，流体从旋转体内的流体通道经过时，推动螺旋体使旋转体相对外壳旋转，搅动流体混合，使流体充分接触并反应，加快反应速度，提高反应效率。旋转体的两端设置螺旋体，利于旋转体受力后旋转。外壳和旋转体之间设置轴承，降低推动螺旋体使旋转所需要的力。

本实用新型还提供一种含硫气体浆液法脱硫装置，解决现有脱硫装置反应不充分以及不便于对对脱硫过程进行调整的问题。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是：含硫气体浆液法脱硫装置，包括上述任一无轴流体反应器，以及原料气分离罐、浆液气分离罐和管道，原料气分离罐上连接进气管道、排液管道和排气管道，排气管道连接至加料器，各加料器分别设置进料管道，加料器的出口侧通过管道与浆液气分离罐相连，并且加料器与浆液气分离罐之间连接至少一个无轴流体反应器。

具体的：所述原料气分离罐的排气管道上连接至少两根支管，支管上均设置阀门，支管的数量与加料器的数量一致，各支管分别连接至加料器，各加料器的进料管道上均设置阀门，各加料器的出口侧管道连接至汇合点再与无轴流体反应器连接。

进一步的是：所述汇合点与浆液气分离罐之间的管道上并联至少两个无轴流体反应器，各个无轴流体反应器的入口侧和出口侧的管道上分别设置阀门；或者，汇合点与浆液气分离罐之间的管道上并联至少两个无轴流体反应器组件，无轴流体反应器组件为串联的至少两个无轴流体反应器，无轴流体反应器组件的入口侧和出口侧的管道上分别设置阀门。

更进一步的是：所述汇合点与浆液气分离罐之间的管道上并联n个无轴流体反应器或无轴流体反应器组件，n≥3且为奇数，第i个与第i+1个无轴流体反应器或无轴流体反应器组件之间设置一根连接管，i为1～n-1之间的整数，连接管上分别设置阀门，并且n个无轴流体反应器或无轴流体反应器组件通过连接管可实现串联接连。

本实用新型含硫气体浆液法脱硫装置的有益效果是：含硫气体在一定压力下从进气管道进入原料气分离罐，分离出污水、游水及液滴，并通过排液管道排出，剩余的含硫气体通过排气管道先进入加料器，再进入无轴流体反应器；加料器同时提供脱硫药剂，含硫气体和脱硫药剂在无轴流体反应器内充分接触并反应，最终进入浆液气分离罐。

无轴流体反应器串联或并联，或串联和并联相结合，所以可根据工况的不同相应调整参与反应的无轴流体反应器，根据含硫气体中硫化氢含量以及最终处理后气体含硫量要求，通过阀门控制，相应增加或减少无轴流体反应器的总体长度，确保脱硫的质量和效率。

附图说明

图1是本实用新型第一个主题无轴流体反应器的结构示意图。

图2是本实用新型第二个主题含硫气体浆液法脱硫装置的示意图。

图中零部件、部位及编号：无轴流体反应器1、外壳1-1、旋转体1-2、螺旋体1-3、法兰1-4、轴承1-5、垫圈1-6、原料气分离罐2、进气管道2-1、排液管道2-2、排气管道2-3、浆液气分离罐3、加料器4、进料管道4-1、汇合点5。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型的第一个主题无轴流体反应器，包括外壳1-1和旋转体1-2，外壳1-1的两端分别为入口端和出口端，入口端和出口端分别设置连接结构，连接结构用于与管路相连，或者两个外壳之间直接串联，故连接结构要求密封，例如连接结构均为法兰1-4。外壳1-1的内部为截面呈圆形的空腔，外壳1-1的外形无要求，可为任意形状，例如外壳1-1为圆管状或圆筒状。外壳1-1的内部设置至少一个旋转体1-2，旋转体1-2的外轮廓呈圆形，并且旋转体1-2可相对外壳1-1旋转，旋转体1-2和外壳1-1的内壁可间隙配合，即外壳1-1和旋转体1-2直接摩擦连接。为了减小摩擦阻力，外壳1-1和旋转体1-2之间设置至少一个轴承1-5。

旋转体1-2的内部沿轴线方向设置流体通道，旋转体1-2的作用在于，当流体从流体通道经过，流体能推动旋转体1-2在外壳1-1的空腔内自动旋转，故流体通道内设置至少一圈螺旋体1-3。例如，旋转体1-2的两端分别设置一圈螺旋体1-3。

为了避免旋转体1-2在外壳1-1内窜动，可在外壳1-1的内部空腔设置避免旋转体1-2窜动的限位结构。例如，如图1所示，外壳1-1的两端的内侧分别设置内环台，旋转体1-2的两端外侧分别设置台阶，台阶内安装轴承1-5，装有轴承1-5的旋转体1-2安装于外壳1-1的内环台内，内环台的高度大于旋转体1-2的长度,内环台的直径与轴承1-5的外径一致。旋转体1-2靠近外壳1-1的两端的轴承1-5外侧还设置垫圈1-6，垫圈1-6与轴承1-5的外圈接触。垫圈1-6起到固定旋转体1-2和轴承1-5的作用。由于轴承1-5仅外圈直接与外壳1-1接触，轴承1-5的内圈与旋转体1-2接触，从而可最大程度降低旋转体1-2相对外壳1-1旋转的阻力，同时整个结构加工方便。

本实用新型的第二个主题含硫气体浆液法脱硫装置，包括上述无轴流体反应器1，以及原料气分离罐2、浆液气分离罐3和管道，原料气分离罐2上连接进气管道2-1、排液管道2-2和排气管道2-3。原料气分离罐2用于直接通入未进化的、原始的含硫气体，并进行气液分离。进气管道2-1上设置阀门，排液管道2-2上设置阀门，最好均为自动控制阀。排液管道2-2可连接至污水处理系统。原料气分离罐2的顶部为排气管道2-3，排气管道2-3连接至加料器4，各加料器4分别设置进料管道4-1，进料管道4-1上设置阀门，进料管道4-1向加料器4提供添加的药剂。加料器4的出口侧通过管道与浆液气分离罐3相连，并且加料器4与浆液气分离罐3之间连接至少一个无轴流体反应器1。加料器4的出口侧将含硫气体和药剂混合流体通入无轴流体反应器1进行混合、并充分反应，最后进入浆液气分离罐3。

原料气分离罐2的排气管道2-3可仅为一根，并连接一个加料器4，或者排气管道2-3连接至少两根支管，支管上分别设置阀门，支管的数量与加料器4的数量一致，各支管分别连接至加料器4，各加料器4的进料管道4-1上均设置阀门，各加料器4的出口侧管道连接至汇合点5再与无轴流体反应器1连接。这样就能更方便地控制进料速度和进料量，从而优化反应过程。

汇合点5是管道上的一个交点，汇合点5至浆液气分离罐3之间的管道上无轴流体反应器1的连接方式可按照下述任一方式。第一种方式：汇合点5与浆液气分离罐3之间的管道上并联至少两个无轴流体反应器1，各个无轴流体反应器1的入口侧和出口侧的管道上分别设置阀门，各个无轴流体反应器1的出口侧的管道汇合后连接至浆液气分离罐3。第二种方式：汇合点5与浆液气分离罐3之间的管道上串联至少两个无轴流体反应器1，再连接至浆液气分离罐3，此时串联的无轴流体反应器1可仅在第一个无轴流体反应器1入口侧和最后一个无轴流体反应器1的出口侧设置阀门。第三种方式：汇合点5与浆液气分离罐3之间的管道上并联至少两个无轴流体反应器组件。所谓无轴流体反应器组件，即为串联的至少两个无轴流体反应器1，例如如图2所示的无轴流体反应器组件为两个串联的无轴流体反应器组件1。此时，无轴流体反应器组件的入口侧和出口侧的管道上分别设置阀门。上述无轴流体反应器1两侧的阀门的作用在于调节无轴流体反应器1的反应过程。

第四种方式，参见如图2所示：在上述第一或者第三种方式的基础上，汇合点5与浆液气分离罐3之间的管道上并联n个无轴流体反应器1或无轴流体反应器组件，n≥3且为奇数，第i个与第i+1个无轴流体反应器1或无轴流体反应器组件之间设置一根连接管，i为1～n-1之间的整数，连接管上分别设置阀门，并且n个无轴流体反应器1或无轴流体反应器组件通过连接管可实现串联接连。从而，无轴流体反应器1按照串联加并联的方式连接，通过不同阀门的控制，可实现不同的组合，从而便于调整流体经过的无轴流体反应器1的数量和路径。

下面以对未净化天然气进行脱硫的过程为例，对含硫气体浆液法脱硫装置及脱硫工艺过程进行具体说明。未净化天然气先进入原料气分离罐2，分离出污水、游水及液滴，污水、游水及液滴进入排液管道2-2另外处理，分离后的天然气由排气管道2-3，经过阀门调节进入加料器4，同时贫浆液从进料管道4-1进入加料器4，贫浆液与分离后的天然气混合后，经过管道上的阀门进入无轴流体反应器1，贫浆液中的羟基氧化铁(feooh)与天然气中的硫化氢(h2s)反应生成巯基硫化铁(fessh)。净化后的天然气通过浆液气分离罐3顶部的自动控制阀进入输气管线。浆液气分离罐3底部的富浆液经液位调节阀调节后，进入后续流程。

由于实际参与反应的反应器由多个无轴流体反应器1组合而成，所以可根据工况的不同确定最优数量的无轴流体反应器1，优化反应过程。根据输气含硫化氢(h2s)的要求，调节无轴流体反应器1两侧的阀门来增长或缩短反应路径的长短，以保障净化后的天然气中硫化氢(h2s)含量小于20mg/m³，以确保脱硫的质量和效率。