CN102211045B

CN102211045B - 一种海水脱硫工艺的催化剂填料及其填料床

Info

Publication number: CN102211045B
Application number: CN 201010137474
Authority: CN
Inventors: 高梅杉; 王小明; 王世和; 郭明春
Original assignee: SHANGHAI HUOLIN ENGINEERING PLASTICS Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI HUOLIN ENGINEERING PLASTICS Co Ltd
Priority date: 2010-04-01
Filing date: 2010-04-01
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2030-04-01
Also published as: CN102211045A

Abstract

本发明提供一种海水脱硫工艺的催化剂填料及其填料床，所述催化剂填料的表面涂装催化剂，其中所述催化剂填料由三层蜂窝环状结构构成，包括：(a)中间层蜂窝环(100)；(b)上表层蜂窝环(200)和下表层蜂窝环(300)；(c)连接上表层蜂窝环(200)、中间层蜂窝环(100)、和下表层蜂窝环(300)的支撑结构(400)。所述的催化剂填料其具有良好的接触面，而且有较低的压降，同时还具有催化氧化的作用，可以将海水中吸收的SO₂催化氧化变为稳定的硫酸根离子。在提高脱硫效率的基础上进一步稳定亚硫酸根为硫酸根离子，减少了海水脱硫工艺中后期的氧化量，即可减少曝气池与曝气量。

Description

一种海水脱硫工艺的催化剂填料及其填料床

技术领域

本发明涉及催化剂填料及其填料床，特别是一种海水脱硫工艺的催化剂填料及其填料床。

背景技术

海水脱硫是以天然海水作为吸收剂脱除烟气中SO₂的湿法脱硫技术，是海水直接利用的一个重要领域。海水脱硫的工艺原理是：烟气中的SO₂在吸收塔内被海水吸收后，形成亚硫酸盐和H⁺，(SO₂+H₂O→SO₃ ^2-+2H⁺)，从吸收塔出来的酸性海水，含大量不稳定的亚硫酸，在酸性条件下可能生成SO₂，造成SO₂重新溢出。因此在曝气池前段需要与大量的新鲜海水混合，以提高pH值，防止发生可逆反应，并达到曝气所需的最佳工况。在曝气池后段，通过曝气风机向混合后的海水中送入足够的空气，使有害的亚硫酸盐氧化成无害的硫酸盐(2SO₃ ^2-+O₂→2SO₄ ^2-)。同时，海水中的HCO₃ ^-与H⁺反应(HCO₃ ^-+H⁺→CO₂+H₂O)，生成CO₂并从海水中释放出来，使从曝气池排出的海水PH值大于6.5，满足三类海水水质标准。

填料塔是化工环保生产中常用的一种分离设备，填料是塔内的填充物，具有一定的形状。填料的形状不同，使填料的工作性能就有差异。填料的作用是增加气液接触面，使气液充分接触，并具有较低的压降，即较少的能耗。目前填料的结构形状有很多，但分离效率低，压降大，能耗高。

目前，本领域缺乏一种催化剂填料，其具有良好的接触面，而且有较低的压降，同时还具有催化氧化的作用，可以将海水中吸收的SO₂催化氧化变为稳定的硫酸根离子。在提高脱硫效率的基础上进一步稳定亚硫酸根为硫酸根离子，减少了海水脱硫工艺中后期的氧化量，即可减少曝气池与曝气量。

发明内容

本发明的第一目的在于获得一种催化剂填料，其具有良好的接触面，而且有较低的压降，同时还具有催化氧化的作用，可以将海水中吸收的SO₂催化氧化变为稳定的硫酸根离子。在提高脱硫效率的基础上进一步稳定亚硫酸根为硫酸根离子，减少了海水脱硫工艺中后期的氧化量，即可减少曝气池与曝气量。

本发明的第二目的在于获得一种催化剂填料床，其具有良好的接触面，而且有较低的压降，同时还具有催化氧化的作用，可以将海水中吸收的SO₂催化氧化变为稳定的硫酸根离子。在提高脱硫效率的基础上进一步稳定亚硫酸根为硫酸根离子，减少了海水脱硫工艺中后期的氧化量，即可减少曝气池与曝气量。

在本发明的第一方面，提供了一种海水脱硫工艺的催化剂填料，所述催化剂填料的表面涂装催化剂，其中所述催化剂填料由三层蜂窝环状结构构成，包括：

(a)中间层蜂窝环；所述中间层蜂窝环包括：

-外接圆环；

-外接圆环上设有十九个蜂窝环，由十八个蜂窝环紧密围绕中心的一个中心蜂窝环均匀分布；

(b)上表层蜂窝环和下表层蜂窝环；所述上表层蜂窝环和下表层蜂窝环各自设有十二个蜂窝环，其中，

所述上表层蜂窝环和下表层蜂窝环的中心与中间层蜂窝环的中心在同一轴线上；

且所述上表层蜂窝环和下表层蜂窝环呈60°交错

(c)连接上表层蜂窝环、中间层蜂窝环、和下表层蜂窝环的支撑结构。

更具体地，所述十九个蜂窝环设置如下：内环为一个蜂窝环；中环为紧密围绕内环的六个蜂窝环；外环为紧密围绕所述中环的十二个蜂窝环。

在一个具体实施方式中，其中十二个蜂窝环设置如下：内环为三个品字形形状的蜂窝环，外环为紧密围绕所述内环的九个蜂窝环。

在本发明的一个具体实施方式中，所述中间层蜂窝环为正六面体形的六面结构，且每个面为具有两个向内凹的剧齿形。

在本发明的一个具体实施方式中，所述上表层蜂窝环和下表层蜂窝环均为正六面体形的六面结构，且每个面为具有一个向内凹的剧齿形。

在本发明的一个具体实施方式中，所述支撑结构包括：

所述中间层蜂窝环的外接圆环上设置支撑片和外支撑柱；中心蜂窝环两边各设有一个中心支撑柱；

所述上表层蜂窝环和下表层蜂窝环上各自设置斜支撑片和环柱；

其中所述中间层蜂窝环中的外支撑柱和中心支撑柱与所述上表层蜂窝环和下表层蜂窝环上的环柱为配合结构。

在本发明的一个具体实施方式中，所述中间层蜂窝环的外接圆环上设置六个支撑片和六个支撑柱；中心蜂窝环两边各设有一个中心支撑柱；

所述上表层蜂窝环和下表层蜂窝环上各自设置六个斜支撑片和七个环柱，所述七个环柱的六个环柱分布在斜支撑片的顶端，一个环柱分布在所述上表层蜂窝环和下表层蜂窝环上的中心部分。

装配时，中间层两边圆环上各有6个支撑柱，及中间蜂窝环两边各有一个支撑柱，可以插入左右两边层的七个环柱组合成一体。

在本发明的一个具体实施方式中，所述催化剂为海水脱硫工艺催化剂。

在一优选例中，采用高效海水脱硫工艺催化剂。

在本发明的一个具体实施方式中，所述催化剂由颗粒状或粉末状固体催化剂构成，颗粒大小为100目±50目。

在本发明的一个具体实施方式中，所述催化剂涂装量可达到10％～30％。

本发明另一方面提供本发明所述的填料装填得到的填料床。

在本发明的一个具体实施方式中，填料床层的空隙率为80％～95％，比表面积为130～150。

附图说明

图1是本发明的中间层蜂窝环，支撑板，支撑柱及圆环的位置结构示意图；

图2是中间层蜂窝环的一面图和左右两边蜂窝环的一面图；

图3为本发明左右两边层蜂窝环，支撑斜板，环柱的结构示意图；

图4是本发明整体结构主视图；

图5是本发明图4的侧视图；

图6是本发明中间层蜂窝环的侧视图；

图7为实施例1中两种填料脱硫效率的比较图；

其中纵轴为脱硫效率，横轴为液气比；

snow1_G和snow2_G为雪花填料组；

culluar1_G、culluar2_G、和culluar3_G为本发明的催化剂填料组；图8两种填料压降的比较图。

其中纵轴为压力，横轴为液气比；

snow1_H和snow2_H为雪花填料组；

culluar1_H、culluar2_H、和culluar3_H为本发明的催化剂填料组。

具体实施方式

本发明人经过广泛而深入的研究，通过改进制备工艺，获得了一种催化剂填料，不仅具有良好的接触面，而且有较低的压降，同时还具有催化氧化的作用，可以将海水中吸收的SO₂催化氧化变为稳定的硫酸根离子。在提高脱硫效率的基础上进一步稳定亚硫酸根为硫酸根离子，减少了海水脱硫工艺中后期的氧化量，即可减少曝气池与曝气量。在此基础上完成了本发明。

以下对本发明的各个方面进行详述：

催化剂填料

本发明提供一种海水脱硫工艺的催化剂填料，所述催化剂填料由三层蜂窝环状结构构成，包括：

(a)中间层蜂窝环(100)；所述中间层蜂窝环(100)包括：

-外接圆环(4)；

-外接圆环(4)上设有十九个蜂窝环(1)，由十八个蜂窝环紧密围绕中心的一个中心蜂窝环均匀分布；

(b)上表层蜂窝环(200)和下表层蜂窝环(300)；所述上表层蜂窝环(200)和下表层蜂窝环(300)各自设有十二个蜂窝环，其中，

所述上表层蜂窝环(200)和下表层蜂窝环(300)的中心与中间层蜂窝环(100)的中心在同一轴线上；

且所述上表层蜂窝环(200)和下表层蜂窝环(300)呈约60°(由于加工工艺的不同，角度可能会在60°±5°左右)交错；

(c)连接上表层蜂窝环(200)、中间层蜂窝环(100)、和下表层蜂窝环(300)的支撑结构(400)。

具体地，所述中间层蜂窝环(100)为正六面体形的六面结构，且每个面为具有两个向内凹的剧齿形(2a)。

具体地，所述上表层蜂窝环(200)和下表层蜂窝环(300)均为正六面体形的六面结构，且每个面为具有一个向内凹的剧齿形(2b)。

具体地，所述支撑结构(400)包括：

所述中间层蜂窝环(100)的外接圆环(4)上设置支撑片(3)和外支撑柱(6)；中心蜂窝环两边各设有一个中心支撑柱；

所述上表层蜂窝环(200)和下表层蜂窝环(300)上各自设置斜支撑片(5)和环柱(7)；

其中所述中间层蜂窝环(100)中的外支撑柱(6)和中心支撑柱与所述上表层蜂窝环(200)和下表层蜂窝环(300)上的环柱(7)为配合结构。

具体地，所述中间层蜂窝环(100)的外接圆环(4)上设置六个支撑片(3)和六个支撑柱(6)；中心蜂窝环两边各设有一个中心支撑柱；

所述上表层蜂窝环(200)和下表层蜂窝环(300)上各自设置六个斜支撑片(5)和七个环柱(7)，所述七个环柱(7)的六个环柱分布在斜支撑片(5)的顶端，一个环柱分布在所述上表层蜂窝环(200)和下表层蜂窝环(300)上的中心部分。

装配时，中间层两边圆环上各有6个支撑柱(6)，及中间蜂窝环两边各有一个支撑柱，可以插入左右两边层的七个环柱(7)组合成一体。

本发明并提供一种优选的实施方式，所述填料由三层蜂窝环(1)状结构构成，蜂窝环(1)为正六面体形，中间层蜂窝环(1)每个面有两个向内凹的剧齿形(2)构成，左右两边蜂窝环(1)每个面有一个向内凹的剧齿形(2)构成。中间层由19个蜂窝环(1)及6个支撑片(3)与外接圆环(4)连接构成。左右两层的结构形状相同，但成60度角交错。左右两边由12个蜂窝环及6个斜支撑片(5)构成，中心与中间层的中心在同一直线上。中间层两边圆环上各有6个支撑柱(6)，及中间蜂窝环两边各有一个支撑柱，可以插入左右两边层的七个环柱(7)组合成一体。在上述的填料结构表面涂装高效催化剂(8)。催化剂(8)由颗粒状或粉末状固体催化剂构成，颗粒大小为100目左右。蜂窝环填料可用塑料铸塑成形。在蜂窝环表面涂装催化剂(8)，催化剂厚度一般在0.1～0.5mm，床层内填料床层的空隙率为80％～95％，比表面积为130～150。

本发明的填料有良好的分离效率，可有效地减少压降，降低能耗，在同样的压损下其分离效率可提高20％。

催化剂

具体地，所述填料的表面涂装催化剂(8)。

在一优选例中，所述催化剂(8)为海水脱硫工艺催化剂，更优选地采用高效海水脱硫工艺催化剂。

具体地，所述催化剂(8)由颗粒状或粉末状固体催化剂构成，颗粒大小为100目±50目。

具体地，所述催化剂涂装量可达到10％～30％。

填料床

本发明还提供所述的填料装填得到的填料床。

具体地，填料床层的空隙率为80％～95％，比表面积为130～150。

本发明的优点在于：

①本发明兼有催化和增加吸收表面积的双重功能，在提高脱硫效率的基础上进一步稳定亚硫酸根为硫酸根离子，减少了海水脱硫工艺中后期的氧化量，即可减少曝气池与曝气量。本填料结构能均匀地发布在吸收塔内，使相当量的催化剂均匀地发布在塔内，可提供足够的均匀分布的气液和气固接触界面和达到良好的流动状态；由于催化剂填料具有足够的空隙率，使逆流的液相和气相能自由通过，具有足够高的液泛速度，本填料使液相与催化剂充分接触传质强度大，传递阻力小，轴向返混也较小。

②本发明有良好的分离效率，可有效地减少压降，降低能耗，在同样的压损下其分离效率可提高20％。

如无具体说明，本发明的各种原料均可以通过市售得到；或根据本领域的常规方法制备得到。除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。

本发明的其他方面由于本文的公开内容，对本领域的技术人员而言是显而易见的。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件进行。除非另外说明，否则所有的份数为重量份，所有的百分比为重量百分比，所述的聚合物分子量为数均分子量。

除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。

本发明的填料特性参数检测方法见：<现代填料塔技术指南>，王树楹，中国石化出版社.p321-322。

实施例1

如图1～图6所示，所述海水脱硫工艺的催化剂填料由三层蜂窝环状结构构成，包括：

(a)中间层蜂窝环100；所述中间层蜂窝环100包括：

-外接圆环4；

-外接圆环4上设有十九个蜂窝环1，由十八个蜂窝环紧密围绕中心的一个中心蜂窝环均匀分布；

(b)上表层蜂窝环200和下表层蜂窝环300；所述上表层蜂窝环200和下表层蜂窝环300各自设有十二个蜂窝环，其中，

所述上表层蜂窝环200和下表层蜂窝环300的中心与中间层蜂窝环100的中心在同一轴线上；

且所述上表层蜂窝环200和下表层蜂窝环300呈60°交错

(c)连接上表层蜂窝环200、中间层蜂窝环100、和下表层蜂窝环300的支撑结构400。

具体地，所述十九个蜂窝环设置如下：内环为一个蜂窝环；中环为紧密围绕内环的六个蜂窝环；外环为紧密围绕所述中环的十二个蜂窝环。

其中十二个蜂窝环设置如下：内环为三个品字形形状的蜂窝环，外环为紧密围绕所述内环的九个蜂窝环。

如图2所示，所述中间层蜂窝环100为正六面体形的六面结构，且每个面为具有两个向内凹的剧齿形2a，所述上表层蜂窝环200和下表层蜂窝环300均为正六面体形的六面结构，且每个面为具有一个向内凹的剧齿形2b。

如图1、图3、图6所示，所述中间层蜂窝环100的外接圆环4上设置六个支撑片3和六个支撑柱6；中心蜂窝环两边各设有一个中心支撑柱；

所述上表层蜂窝环200和下表层蜂窝环300上各自设置六个斜支撑片5和七个环柱7，所述七个环柱7的六个环柱分布在斜支撑片5的顶端，一个环柱分布在所述上表层蜂窝环200和下表层蜂窝环300上的中心部分。

装配时，中间层两边圆环上各有6个支撑柱6，及中间蜂窝环两边各有一个支撑柱，可以插入左右两边层的七个环柱7组合成一体。

装配得到填料的左视图如图4所示。装配得到的填料的侧视图如图5所示。

所述填料的表面涂装催化剂8，所述催化剂8由颗粒状或粉末状固体催化剂构成，颗粒大小为100目±50目。

所述催化剂涂装量可达到10％～30％。填料床层的空隙率为80％～95％，比表面积为130～150。

性能测定

在一座直径D＝1.2m，高6m的海水脱硫吸收塔内分别装0.6m的雪花填料和催化剂填料。测得结果如下表：

其脱硫效率如图7，压差如图8。

从图7及实验数据来看，催化剂填料进行了三组，其实验工况基本相近，因此三条曲线基本重合，而雪花填料进行的两组实验，第一组工况风量较大，都在10000m³/h以上，SO₂浓度较高，都在950PPM左右，而第二组工况风量较小，都在9000m³/h左右，SO₂浓度较低，都在800PPM左右，跟据相关文献的实验情况，以前第一阶段的实验情况，风量越大，脱硫效率越低，SO₂浓度越高，脱硫效率越低，这只实验结果第二组实验脱硫效率比第一组实验脱硫效率高相一致。第一组实验工况与催化剂填料的第三组实验工况基本相近。而从上图表来看，采用催化剂填料第三组实验的脱硫效率远高于雪花填料第一组的实验数据，而与第二组实验数据接近，这就说明采用催化剂填料的脱硫效率较高，说明催化剂填料的分离效果较好。从数据比较来看，在液气比在1～7时，催化剂填料的脱硫效率比采用雪花环填料的脱硫效率高20％以上。因此，催化剂填料的分离效果有明显的优势。

从图8来看，除第一组雪花填料实验时的风量较大，在11000m³/h左右外，其它几组实验工况的风量都基本接近，都在10000m³/h左右。而系统压差在同样高度的填料下，只与风量大小及液气比、填料性能相关，与SO₂浓度无关。风量越大，压差越大，液气比越大，压差越大。图8雪花两组填料实验情况，第一组压差明显高于第二组压差，这是由于第一组实验工况风量大于第一组。而催化剂填料三组实验工况相接近，因此，压差变化也不大，三条曲线相近。雪花填料第二组风量与催化剂填料其它三组填料的风量相近，塔前后压差也接近。说明催化剂填料与雪花填料对系统的压差影响接近，并没有产生更大的阻力。因此，综合脱硫效率与压差的影响，催化剂填料在海水脱硫系统中具有比雪花填料更明显的优势，在同样的系统压损下可以提高20％的脱硫效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的实质技术内容范围，本发明的实质技术内容是广义地定义于申请的权利要求范围中，任何他人完成的技术实体或方法，若是与申请的权利要求范围所定义的完全相同，也或是一种等效的变更，均将被视为涵盖于该权利要求范围之中。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims

1.一种海水脱硫工艺的催化剂填料，其特征是：所述催化剂填料的表面涂装催化剂(8)，其中所述催化剂填料由三层蜂窝环状结构构成，包括：

(a)中间层蜂窝环(100)；所述中间层蜂窝环(100)包括：

-外接圆环(4)；

且所述上表层蜂窝环(200)和下表层蜂窝环(300)呈约60°交错；

2.如权利要求1所述的填料，其特征是：所述中间层蜂窝环(100)为正六面体形的六面结构，且每个面为具有两个向内凹的剧齿形(2a)。

3.如权利要求1所述的填料，其特征是：所述上表层蜂窝环(200)和下表层蜂窝环(300)均为正六面体形的六面结构，且每个面为具有一个向内凹的剧齿形(2b)。

4.如权利要求1所述的填料，其特征是：所述支撑结构(400)包括：

5.如权利要求4所述的填料，其特征是：所述中间层蜂窝环(100)的外接圆环(4)上设置六个支撑片(3)和六个支撑柱(6)；中心蜂窝环两边各设有一个中心支撑柱；

6.如权利要求1所述的填料，其特征在于，所述催化剂(8)为海水脱硫工艺催化剂。

7.如权利要求1所述的填料，其特征在于，所述催化剂(8)由颗粒状或粉末状固体催化剂构成，颗粒大小为100目±50目。

8.如权利要求1所述的填料，其特征在于，所述催化剂涂装量可达到10％～30％。

9.一种如权利要求1所述的填料装填得到的填料床。

10.如权利要求9所述的填料床，其特征在于，填料床层的空隙率为80％～95％，比表面积为130～150。