分層填料旋轉(zhuǎn)床流動特性及天然氣脫碳研究.pdf

1、旋轉(zhuǎn)填料床是一種新型的氣液接觸反應(yīng)設(shè)備，高速旋轉(zhuǎn)的內(nèi)部填料轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的離心力場加強了氣液兩相混合、加快了氣液相界面的更新速度，從而極大強化了氣液間的傳質(zhì)。旋轉(zhuǎn)填料床具有設(shè)備體積小、處理效率高、操作彈性大、能耗低、移動方便等優(yōu)點，在化工、環(huán)保及能源領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用研究。天然氣作為清潔、安全、高熱值的化石能源，其凈化工藝一般在塔設(shè)備中進(jìn)行，但龐大的設(shè)備給凈化工藝帶來了一定的不便，旋轉(zhuǎn)填料床的諸多優(yōu)點使其在天然氣凈化方面更具潛力。本文設(shè)計并搭建了

2、一套旋轉(zhuǎn)填料床天然氣脫碳實驗裝置，并對設(shè)備的特性和各工藝參數(shù)對脫碳效果的影響進(jìn)行了相關(guān)研究。
　　通過采用空氣-水介質(zhì)對分層填料旋轉(zhuǎn)床的氣相壓降進(jìn)行了測試。實驗主要研究了轉(zhuǎn)速、氣體流量、液體流量及不同填料結(jié)構(gòu)形式對旋轉(zhuǎn)填料床干、濕床壓降的影響。研究結(jié)果表明，干、濕床壓降隨轉(zhuǎn)速和氣體流量的增加而增大，液體流量對濕床壓降的影響較??；3個實驗因素中，對濕床壓降影響程度由大到小依次為：氣體流量、轉(zhuǎn)速和液體流量。通過建立二維模型對分層填料旋

3、轉(zhuǎn)床內(nèi)部的流動特性進(jìn)行了數(shù)值模擬，氣相壓降模擬值與實驗值具有較好的吻合性。同時又通過自建多孔填料幾何模型對分層填料旋轉(zhuǎn)床內(nèi)液相流場進(jìn)行了模擬研究，考察了轉(zhuǎn)速和進(jìn)液速度對液體分布、剪切細(xì)化效果的影響。模擬結(jié)果表明，在高轉(zhuǎn)速下液體具有更好的剪切細(xì)化效果和更均勻的分布。
　　采用靜態(tài)法測試了乙醇胺、二乙醇胺、N-甲基二乙醇胺溶液對CO2的吸收特性，為分層填料旋轉(zhuǎn)床天然氣脫碳吸收溶劑選擇起一定參考。實驗考察了醇胺物質(zhì)的量濃度、溫度和反應(yīng)系

4、統(tǒng)初始壓力對CO2吸收容量和吸收速率的影響。研究結(jié)果表明，在3種吸收溶劑中，N-甲基二乙醇胺對CO2的吸收容量最大，乙醇胺對CO2的吸收速率最快。
　　旋轉(zhuǎn)填料床的高速旋轉(zhuǎn)使液體停留時間較短，故具有更快吸收速率的乙醇胺更適合旋轉(zhuǎn)填料床脫碳工藝。采用乙醇胺作為吸收溶劑在分層填料旋轉(zhuǎn)床中進(jìn)行天然氣脫碳實驗研究，實驗考察了轉(zhuǎn)速、氣液比、吸收液溫度、吸收液濃度對CO2脫除率和氣相體積傳質(zhì)的影響。實驗結(jié)果表明，CO2脫除率和氣相體積傳質(zhì)系數(shù)