分層填料旋轉(zhuǎn)床流動(dòng)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(chǎng)加強(qiáng)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(qiáng)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(dòng)方便等優(yōu)點(diǎn)，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(diǎn)使其在天然氣凈化方面更具潛力。本文設(shè)計(jì)并搭建了

2、一套旋轉(zhuǎn)填料床天然氣脫碳實(shí)驗(yàn)裝置，并對(duì)設(shè)備的特性和各工藝參數(shù)對(duì)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(duì)分層填料旋轉(zhuǎn)床的氣相壓降進(jìn)行了測(cè)試。實(shí)驗(yàn)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(duì)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(duì)濕床壓降的影響較?。?個(gè)實(shí)驗(yàn)因素中，對(duì)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(duì)分層填料旋

3、轉(zhuǎn)床內(nèi)部的流動(dòng)特性進(jìn)行了數(shù)值模擬，氣相壓降模擬值與實(shí)驗(yàn)值具有較好的吻合性。同時(shí)又通過自建多孔填料幾何模型對(duì)分層填料旋轉(zhuǎn)床內(nèi)液相流場(chǎng)進(jìn)行了模擬研究，考察了轉(zhuǎn)速和進(jìn)液速度對(duì)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(cè)試了乙醇胺、二乙醇胺、N-甲基二乙醇胺溶液對(duì)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(shí)驗(yàn)考察了醇胺物質(zhì)的量濃度、溫度和反應(yīng)系

4、統(tǒng)初始?jí)毫?duì)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(duì)CO2的吸收容量最大，乙醇胺對(duì)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(shí)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(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)考察了轉(zhuǎn)速、氣液比、吸收液溫度、吸收液濃度對(duì)CO2脫除率和氣相體積傳質(zhì)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，CO2脫除率和氣相體積傳質(zhì)系數(shù)