纤维膜脱硫技术及工业应用
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该 系统 是 一筒 形 装 置 ， 内部 装 有 无 数根 很 细 的 金属
纤 维 ，它的 技术特 点是 ，解 决 了分散 性处理 技术 的许多难 题 ，可 以高效 、经济 和安 全地 处理 不 混溶性 液体 相 问传质 的 问题 ，既提 高 了相 间质量 传递 的效 率 ，又避免 产生 分散 性 处理 方法 带来 的 乳化 现象 ，消 除液 （ ）相 携带 现象 。 水 为 了对纤 维膜 传质反 应器有 更为 深刻 的理解 ，我 们从
对于 液化石 油气 的碱液 抽提脱 硫 醇系统 ， 脱硫速 率 其
遵循 上述规 律 ，对于 现有 的通过 分散 性混 合方式 来形成 界
械 混合 ，烃 、碱 之间 无相 分散 ，不形成 烃包碱 ，所 以在碱 渣 （ ）氧化 再 生 中反应 顺利 ， 回 收易进 行 ，因烃 带 的 液 碱
少 ，气体 处 理 容易 且 安 全 。常 规 工 艺 内烃 碱 之 间的相 分 散 ，碱 渣 （ ）中烃 包碱 的存在 ，不易 氧化再 生 ，催 化剂 液 用 量 大 ，尾 气烃 浓 度大 于 纤维 膜 工 艺 。 ７ ．操作 方面 ：操作极 为 简单 ，设 定 好参 数 ，几乎 不 需调 节 ，操 作 弹性 大 ，３ ％～ｌ ０ ０ ３ ％都 在 正常 范 围内 ，设
积极研 究它在 天然气脱硫过程 中的应用 ， 争取在尽可能短 的
传质 面积 相 当于 常规 混合器 传 质 面积 的 ５ ～１０ ， ０ ０ 倍 从而 大大 加深 了单位 时 间与体 积 内的 反应深 度 ， 常规 工 艺是 而
面 的设备 ，如液化 石油 气为连 续相 ，碱液 为分散 相 ，那么
在液 化 石油 气 中形成 的碱 液微 滴 的 外表 面 构 成 了传 质 界 面 ，这种 微滴 由于表 面 张力的作 用一 般是球 形微滴 。几 何 学的基 本原理 告诉 我们 ，球 形体 是所有 形体 中单位 体积 计
表 面积最 小 的一 种 ，这 与我 们希 望产生 的最大 表面 积的愿
工艺 的 ２ ％， 目前 所运 行装 置 的实用都 证 明 了这 个 比例 。 ０ ５ ．碱渣 与 水洗 水排 放量 减少 ： 由于 纤维 膜工 艺使碱
深度反 应 ，而且可 用浓碱 不形成 烃包碱 的机理 ，所 以碱渣 排 出量 只是常 规工 艺 的 ２ ％。由于纤维 膜工 艺使碱液 夹带 ５ 极 少 ，而且 不形成烃 包碱 ，所 以水洗 水用量 很少 ，只是常 规 工 艺的 ｌ ％ 以下 。 ０ ６．碱 渣便 于再 生 ：由于 纤 维膜 工艺 ，不需 强烈 的机
用碱 液 从液化 石油 气抽 提硫 醇和 硫化 氢 的过程 ， 存在
如 下化学 反应 ：
ＲＳＨ ＋Ｎ ａ ＯＨ — Ｎａ ＳＲ＋Ｈ Ｏ Ｈ， Ｓ＋２ ａ Ｎ ＯＨ — Ｎａ Ｓ＋２ ， ， Ｈ Ｏ
其它成份 的硫化物也有所 下降 。 洗夹带 量／、 Ｉ Ｐ 碱 Ｊ于 Ｐ ｍ，
所 以铜 片腐 蚀合 格率 大 于 ９ ．９ ９ ９ ％，几乎 是 ｌ０ ０ ％合格 。 而常规 工艺 脱硫 醇效 率很 难达 到 ９ ％， ７ 而其 他硫 化物 基 本不 变 ，碱 液 夹带很 难保 证 小于 ｌＰ Ｐ ｍ，所 以很难保 证 铜 片腐 蚀 １０ ０ ％合 格 。
４．动 力 消耗 低 ：纤 维膜 碱洗 工 艺 由于碱 液与 水洗 水 的循 环量 只是 常规 工艺所 需量 的 １ ％～２ ％，且 不需像 混 ５ ５ 合器 那样 的动力压 差 ，所 以用 于动力 泵上 的能耗 只是常规
由于碱 液 （ 水相 ） 和液化 石油 气 （ 烃相 ） 互不相 溶 Biblioteka Baidu 上
深度 反应 ， 纤维 膜碱洗 耗碱 量 是常规 工艺 的 ２％～３ ％， ５ ０ 在 目前使 用 的各 套 中 已证 实 。
３ ．产 品质量 稳 定提 高 ：纤维 膜传 质 反应器 脱硫 醇效 率分 布 如 下 ：
液一 液系统 的互 不相溶 两相 问传质 理论 出发 ， 论常 规 的 讨 液化 石油气 碱洗抽提 脱硫 系统所 遇到 的脱硫 效率不 高和碱 液 夹带 的 问题 ， 以及纤 维膜 传 质反 应器 的 工作 原理 。
述反应 的发生涉 及到质 量的 传递 ，即 ＲＳ 和 Ｈ２ Ｈ Ｓ从烃 相
到水相 的相 问传递 ， 其质量 传递速 率 （ 是传质 系数 （ ， Ｒ） Ｋ）
有 效 的 接触 面 积 （ ）和 推 动传 质 的 烃相 和 水 相 的 杂质 Ａ ＲＳ 和 Ｈ２ Ｈ Ｓ的浓度 差 （ Ｃ）这三 个独立 变量 的乘积 ： △
Ｒ ＝ Ｋ ・Ａ ・Ａ Ｃ
式 中，Ｋ是 温度 的 函数 ，可 以看 作是个 常数 ，只有 Ａ 和 △ Ｃ是 可调 节 的变量 ， △ Ｃ可 以通 过调 节 碱 浓度 来实
现 ，是 个 工艺 变量 。而 Ａ 是 由设 备性 能 确定 的 ，如 何 增 大 Ａ 的值 也 正是 从事 石 油 化工 的 科技 工作 者 们 的用 武之 地 ，为 了增 大 Ａ 值 ，他 们设 计 出 了各 种各 样 高性 能 的混 合器 、高效 的填料 和 塔 盘 。
望相 反 。这 就 是说 ，在 分 散性 混 合 方 式形 成 界 面 的设备 中 ，要从 给定体 积建 立尽 可能大 的表 面积 ，只有 减小 液滴 的粒 径 ，依 靠输入 相 当多的 剪切 能量 来形 成尽 可能多 的微
滴 ，从 而达 到提 高 传质 速率 的 目的 。 工 艺技 术 方 面 １ ．传 质 效率 高 ： 位体 积 内的 两相 接触 面积 ， 维膜 单 纤
备 经久 耐用 ，故 障率 低 ，开 工率 几乎 ｌ ０ ０ ％；常规 工艺需 经常调 节 ， 别是 换碱 液 时 ，如用 沙滤工 艺 的 ，两年需 清 特
洗 后 更 换过 滤 沙 。
建立 高效 的天然 气脱硫 系统在 国 内已经是一个 十分紧 迫的 问题 ， 纤维 膜传质反应器 在这 一领域大有用武之地 ，要
纤 维 ，它的 技术特 点是 ，解 决 了分散 性处理 技术 的许多难 题 ，可 以高效 、经济 和安 全地 处理 不 混溶性 液体 相 问传质 的 问题 ，既提 高 了相 间质量 传递 的效 率 ，又避免 产生 分散 性 处理 方法 带来 的 乳化 现象 ，消 除液 （ ）相 携带 现象 。 水 为 了对纤 维膜 传质反 应器有 更为 深刻 的理解 ，我 们从
对于 液化石 油气 的碱液 抽提脱 硫 醇系统 ， 脱硫速 率 其
遵循 上述规 律 ，对于 现有 的通过 分散 性混 合方式 来形成 界
械 混合 ，烃 、碱 之间 无相 分散 ，不形成 烃包碱 ，所 以在碱 渣 （ ）氧化 再 生 中反应 顺利 ， 回 收易进 行 ，因烃 带 的 液 碱
少 ，气体 处 理 容易 且 安 全 。常 规 工 艺 内烃 碱 之 间的相 分 散 ，碱 渣 （ ）中烃 包碱 的存在 ，不易 氧化再 生 ，催 化剂 液 用 量 大 ，尾 气烃 浓 度大 于 纤维 膜 工 艺 。 ７ ．操作 方面 ：操作极 为 简单 ，设 定 好参 数 ，几乎 不 需调 节 ，操 作 弹性 大 ，３ ％～ｌ ０ ０ ３ ％都 在 正常 范 围内 ，设
积极研 究它在 天然气脱硫过程 中的应用 ， 争取在尽可能短 的
传质 面积 相 当于 常规 混合器 传 质 面积 的 ５ ～１０ ， ０ ０ 倍 从而 大大 加深 了单位 时 间与体 积 内的 反应深 度 ， 常规 工 艺是 而
面 的设备 ，如液化 石油 气为连 续相 ，碱液 为分散 相 ，那么
在液 化 石油 气 中形成 的碱 液微 滴 的 外表 面 构 成 了传 质 界 面 ，这种 微滴 由于表 面 张力的作 用一 般是球 形微滴 。几 何 学的基 本原理 告诉 我们 ，球 形体 是所有 形体 中单位 体积 计
表 面积最 小 的一 种 ，这 与我 们希 望产生 的最大 表面 积的愿
工艺 的 ２ ％， 目前 所运 行装 置 的实用都 证 明 了这 个 比例 。 ０ ５ ．碱渣 与 水洗 水排 放量 减少 ： 由于 纤维 膜工 艺使碱
深度反 应 ，而且可 用浓碱 不形成 烃包碱 的机理 ，所 以碱渣 排 出量 只是常 规工 艺 的 ２ ％。由于纤维 膜工 艺使碱液 夹带 ５ 极 少 ，而且 不形成烃 包碱 ，所 以水洗 水用量 很少 ，只是常 规 工 艺的 ｌ ％ 以下 。 ０ ６．碱 渣便 于再 生 ：由于 纤 维膜 工艺 ，不需 强烈 的机
用碱 液 从液化 石油 气抽 提硫 醇和 硫化 氢 的过程 ， 存在
如 下化学 反应 ：
ＲＳＨ ＋Ｎ ａ ＯＨ — Ｎａ ＳＲ＋Ｈ Ｏ Ｈ， Ｓ＋２ ａ Ｎ ＯＨ — Ｎａ Ｓ＋２ ， ， Ｈ Ｏ
其它成份 的硫化物也有所 下降 。 洗夹带 量／、 Ｉ Ｐ 碱 Ｊ于 Ｐ ｍ，
所 以铜 片腐 蚀合 格率 大 于 ９ ．９ ９ ９ ％，几乎 是 ｌ０ ０ ％合格 。 而常规 工艺 脱硫 醇效 率很 难达 到 ９ ％， ７ 而其 他硫 化物 基 本不 变 ，碱 液 夹带很 难保 证 小于 ｌＰ Ｐ ｍ，所 以很难保 证 铜 片腐 蚀 １０ ０ ％合 格 。
４．动 力 消耗 低 ：纤 维膜 碱洗 工 艺 由于碱 液与 水洗 水 的循 环量 只是 常规 工艺所 需量 的 １ ％～２ ％，且 不需像 混 ５ ５ 合器 那样 的动力压 差 ，所 以用 于动力 泵上 的能耗 只是常规
由于碱 液 （ 水相 ） 和液化 石油 气 （ 烃相 ） 互不相 溶 Biblioteka Baidu 上
深度 反应 ， 纤维 膜碱洗 耗碱 量 是常规 工艺 的 ２％～３ ％， ５ ０ 在 目前使 用 的各 套 中 已证 实 。
３ ．产 品质量 稳 定提 高 ：纤维 膜传 质 反应器 脱硫 醇效 率分 布 如 下 ：
液一 液系统 的互 不相溶 两相 问传质 理论 出发 ， 论常 规 的 讨 液化 石油气 碱洗抽提 脱硫 系统所 遇到 的脱硫 效率不 高和碱 液 夹带 的 问题 ， 以及纤 维膜 传 质反 应器 的 工作 原理 。
述反应 的发生涉 及到质 量的 传递 ，即 ＲＳ 和 Ｈ２ Ｈ Ｓ从烃 相
到水相 的相 问传递 ， 其质量 传递速 率 （ 是传质 系数 （ ， Ｒ） Ｋ）
有 效 的 接触 面 积 （ ）和 推 动传 质 的 烃相 和 水 相 的 杂质 Ａ ＲＳ 和 Ｈ２ Ｈ Ｓ的浓度 差 （ Ｃ）这三 个独立 变量 的乘积 ： △
Ｒ ＝ Ｋ ・Ａ ・Ａ Ｃ
式 中，Ｋ是 温度 的 函数 ，可 以看 作是个 常数 ，只有 Ａ 和 △ Ｃ是 可调 节 的变量 ， △ Ｃ可 以通 过调 节 碱 浓度 来实
现 ，是 个 工艺 变量 。而 Ａ 是 由设 备性 能 确定 的 ，如 何 增 大 Ａ 的值 也 正是 从事 石 油 化工 的 科技 工作 者 们 的用 武之 地 ，为 了增 大 Ａ 值 ，他 们设 计 出 了各 种各 样 高性 能 的混 合器 、高效 的填料 和 塔 盘 。
望相 反 。这 就 是说 ，在 分 散性 混 合 方 式形 成 界 面 的设备 中 ，要从 给定体 积建 立尽 可能大 的表 面积 ，只有 减小 液滴 的粒 径 ，依 靠输入 相 当多的 剪切 能量 来形 成尽 可能多 的微
滴 ，从 而达 到提 高 传质 速率 的 目的 。 工 艺技 术 方 面 １ ．传 质 效率 高 ： 位体 积 内的 两相 接触 面积 ， 维膜 单 纤
备 经久 耐用 ，故 障率 低 ，开 工率 几乎 ｌ ０ ０ ％；常规 工艺需 经常调 节 ， 别是 换碱 液 时 ，如用 沙滤工 艺 的 ，两年需 清 特
洗 后 更 换过 滤 沙 。
建立 高效 的天然 气脱硫 系统在 国 内已经是一个 十分紧 迫的 问题 ， 纤维 膜传质反应器 在这 一领域大有用武之地 ，要