CN102600788A

CN102600788A - 多级喷雾反应塔

Info

Publication number: CN102600788A
Application number: CN2012100664982A
Authority: CN
Inventors: 聂江宁; 凌斌
Original assignee: JIANGSU LANSHAN ENVIRONMENT TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: JIANGSU LANSHAN ENVIRONMENT TECHNOLOGY CO., LTD.
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2032-03-14
Also published as: CN102600788B

Abstract

本发明涉及一种适于气、液（包括含固浆液）二相或三相物质间传质、传热并进行化学反应的反应塔，特别是一种多级喷雾反应塔。该塔的反应区从气体进口至气体出口由依次高低错落设置的纵向隔板分隔成多级反应室，各高位纵向隔板的上端边与塔顶相接，其下端边位于塔釜液面的上方并与塔釜液面之间形成气体下通道；低位纵向隔板的下端边伸入至塔釜液的液面之下，其上端边位于塔顶的下方并与塔顶之间形成气体上通道；各级反应室通过依次交替的上、下气体通道连续相通；各反应室对应的塔体壁上安装有多个雾化喷嘴。气液物料之间形成依次连续的多级反应，与同样的塔高的传统喷雾反应塔相比，本塔气体流程延长很多倍，效率提高。

Description

多级喷雾反应塔

技术领域

本发明涉及一种适于气、液（包括含固浆液）二相或三相物质之间传质、传热并进行化学反应的反应塔，特别是一种多级喷雾反应塔。

背景技术

反应塔是一种物质之间进行传质、传热并完成吸收、解吸、萃取或化学反应等过程的重要的化工单元设备。

气、液二相或气、液、固三相化学反应多采用喷淋（雾）反应塔，即液相（包括含固的浆状液）以分散雾化的方式与气相物质进行反应，传统的喷淋（雾）反应塔均为逆向喷淋方式，即液体自上向下喷淋，气体在塔内自下向上运行，气、液物质逆向运行，互相接触，完成物质之间的反应。烟气湿法脱硫反应即采用此类型的喷淋反应塔。烟气的石灰石/石膏湿法脱硫用于脱除燃煤烟气含有的二氧化硫及氯离子、氟离子等多种有害成分，是目前最为成熟的烟气脱硫方法。该法以石灰石浆液为脱硫剂，在脱硫塔中，向下喷淋的脱硫剂石灰石浆液与上升烟气逆向接触，烟气中的二氧化硫与喷淋的脱硫剂浆液反应，生成硫酸钙（石膏）、亚硫酸钙等多种物质，烟气被脱硫并同时洗去某些有害离子后从塔顶排放。为了提高气液之间的传质、传热效率，应尽可能地增加气、液间的接触面积。然而，传统的逆向喷淋反应塔喷淋面有限，气液反应效率低下，为了增加喷淋面，必然需要加大脱硫塔直径，导致设备庞大，成本提高。此外，逆向喷淋的上升气体会抑制液滴颗粒下降速度，从而必须控制较低的烟气速度（一般为3～5m/s），即便如此，小于1mm的液滴颗粒仍难以下落，造成烟气中夹带较多的液滴颗粒，加大了后续除雾器的负荷，容易造成除雾器堵塞现象。

发明内容

本发明的目的在于克服现有喷淋（雾）反应塔的不足，提供一种结构紧凑、效率高、阻力小、避免结垢堵塞的多级喷雾反应塔。

多级喷雾反应塔包含塔体，塔体设有气体进口、气体出口和液相物料雾化喷嘴，塔体下部的塔釜包含具有设定液面高度的塔釜液，塔体的上部为反应区，所述反应区由依次高低错落设置的纵向隔板分隔成多级反应室，所述气体进口设于首级反应室，所述气体出口设于末级反应室；所述各高位纵向隔板的上端边与塔顶相接，其下端边位于塔釜液面的上方并与塔釜液面之间形成气体下通道；所述低位纵向隔板的下端边伸入至塔釜液的液面之下，其上端边位于塔顶的下方并与塔顶之间形成气体上通道；各级反应室通过依次交替的上、下气体通道连续相通；对应于各反应室的塔体壁上分别安装有一个或多个雾化喷嘴。

所述各纵向隔板为与塔体轴向一致的竖直板。

也可以是：从首级反应室至末级反应室的各纵向隔板为斜置板和竖直板依次交替设置，所述斜置板与塔体轴向呈5~30°倾角，并使每级反应室的气体进端径向距离大于气体出口端的径向距离。

也可以是：从首级反应室至末级反应室的各纵向隔板依次互为反向斜置，所述斜置板与塔体轴向呈5~30°倾角，并使每级反应室的气体进端径向距离大于气体出口端的径向距离。

所述的塔体为圆形塔，相邻两纵向隔板之间形成扇形反应室；所述首级反应室与末级反应室首尾相接，二者之间设置互不相通的纵向全隔板相隔离，该纵向全隔板的上端边与塔顶相邻，同时其下端边伸入塔釜液面以下。

所述塔体为矩形塔，各纵向隔板设置在矩形塔的两长边形成的塔壁之间，且各纵向隔板的两个纵向侧边分别与该塔体两壁相连接，相邻两纵向隔板之间形成四边形的反应室，首级反应室及末位两反应室分别位于矩形塔的两短边端，二者互不相连。

所述塔体为方形塔或多边形塔，相邻两纵向隔板之间形成三角形反应室；所述首级反应室与末级反应室首尾相接，二者之间以互不相通的纵向全隔板相隔离，该纵向全隔板的上端边与塔顶相接，同时其下端边伸入塔釜液面以下。

本多级喷雾反应塔另一结构方案是，所述塔体为矩形塔，塔体设有气体进口、气体出口和液相物料雾化喷嘴，塔体内的下部为具有设定液面的塔釜，上部为反应区，所述反应区内间隔地排列有多个纵向隔板，多个纵向隔板在矩形塔体的左右两端板之间分隔成依次排列的多级反应室，所述气体进口设于首级反应室，所述气体出口设于末级反应室；每纵向隔板的上端边均与塔顶相接，下端边均伸入塔釜液面以下；各纵向隔板依次交替地与矩形塔体的前端板、后端板之间留有气体通道，各反应室通过依次交替的前、后通道连续相通，所述的液相物料雾化喷嘴安装在各反应室对应的塔体壁上。

本多级喷雾反应塔另一结构方案是，塔体设有气体进口、气体出口和液相物料雾化喷嘴，塔体内的下部为具有设定液面的塔釜，上部为反应区，所述反应区内间隔地排列有多个横向隔板，多个横向隔板在塔体内依次分隔成上下排列的多级反应室，所述气体进口设于首级反应室，所述气体出口设于末级反应室；每横向隔板的一端与塔壁相接，另一端与塔壁留有气体通道；各横向隔板依次交替地与塔壁的两端之间留有气体通道，各反应室通过依次交替的左、右通道连续相通，多个液相物料雾化喷嘴安装在各反应室对应的塔体壁上。

所述横向隔板与水平面呈10~35°倾角，并使每级反应室的气体进端竖向距离大于气体出口端的竖向距离。

本发明多级喷雾反应塔的塔体以隔板分隔为多个连续相通的反应室，使气液物料之间形成依次连续的多级反应，与同样的塔高的传统喷雾反应塔相比，本发明反应塔的气体流程延长很多倍，气、液（或气、液、固）充分接触，效率大大提高。雾化喷嘴以径向喷射的方式设置，使液体喷射方向与气体流向互为垂直，与传统反应塔的逆向喷射方式相比，气体受到的上升力阻减小；而且液体（浆液）在各级反应室中的喷射距离减小，雾化液体与气体反应后，很快与纵向隔板相碰而凝聚，随后顺着隔板下降落至塔釜，从而减少上升气体中雾状液滴的夹带量，用于烟气脱硫反应时，可减小后续的除雾器负荷，避免除雾器积垢现象。综上所述，本发明多级喷雾反应塔的气液接触面积增大，气体上升阻力减小，速度提高，气体与雾滴反应能很快达到平衡，反应效率高，装置可以设计得短小，节省占地面积和投资成本。

附图说明

图1是纵向隔板全为竖直板的多级喷雾反应塔圆形塔体的立体结构示意图。

图2是图1的A向视图。

图3 图2的B向视图。

图4是图2的C向视图。

图5是图2的D向视图。

图6是图2的E向视图。

图7表示圆形塔体中的纵向隔板另一种设置方式。

图8是含有斜置隔板的多级喷雾反应塔圆形塔体的立体结构示意图。

图9是图8的俯视图。

图10是图9的B向视图。

图11是图9的C向视图。

图12是图9的D向视图。

图13是图9的E向视图。

图14是方形塔体的俯视结构示意图。

图15是多边形塔的俯视结构示意图。

图16是纵向隔板全为竖直板的矩形塔体的纵剖面结构示意图。

图17是图16矩形塔体的俯视图。

图18是含有斜置纵向隔板的矩形塔体的纵剖面结构示意图。

图19是纵向隔板全为斜置板的矩形塔体的纵剖面结构示意图。

图20是含有前、后气体通道的矩形塔体的实施例纵剖面结构示意图。

图21是图20的俯视结构示意图。

图22是含有横向隔板的多级喷雾反应塔的纵剖面结构示意图。

图1~图22中，各标记分别表示如下：1—首级反应室，2—二级反应室，3—三级反应室， 4—末级反应室，5—气体进口，6—气体出口，7—液面，8—喷嘴，9—塔体，

图1~图13中，m、m’—高位隔板，m-1、m’-1—下通道，n、n’—低位隔板，n-1、n’-1—上通道，k—全隔板。

图20和图21中，9-1—矩形塔体左端板， 9-2—矩形塔体右端板，9-3—矩形塔体前端板，9-4—矩形塔体后端板，E—隔板，E-1—前通道，E-2—后通道。

图22中，P—横向隔板，P-1—右通道，P-2—左通道。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明反应塔各实施例的结构。

实施例1：纵向隔板为竖直板的圆形多级喷雾反应塔

见图1~图6，圆形多级喷雾反应塔的塔体9截面为圆形。参见图1~图6，塔体9的塔釜液面7具有设定高度，液面7以上为反应区。纵向隔板包括高位隔板m、m’和低位隔板n和全隔板k，均为与塔体9的轴向一致的竖直板。反应区从全隔板k起依次由高位隔板m、低位隔板n、高位隔板m’分隔成标号分别为1、2、3、4的四个扇形反应室（图2）。首级反应室1与末级反应室4首尾相邻，二者以全隔板k相隔离，全隔板k的下端边伸入塔釜液面以下，上端边与塔顶相连接，首级反应室1与末级反应室4互不相通。各高位隔板m、m’的上端边分别与塔顶相接，各高位纵向隔板m、m’的下端边均位于塔釜液面7的上方，并与液面7之间分别形成下通道m-1和下通道m’-1；低位隔板n的下端边伸入至塔釜的液面7之下，其上端边位于塔顶的下方并与塔顶之间形成上通道n-1；从气体进口5所在的首级反应室1至气体出口6所在的末级反应室4，各反应室通过交替设置的上、下通道依次连续相通。图1~图6可见，多液相物料雾化喷嘴8以径向喷射的方式分别安装在各反应室1、2、3、4所对应的塔体壁上。

图7表示圆形多级喷雾反应塔内各竖直板隔板的另一种排列方式。

实施例2：纵向隔板为竖直板和的圆形多级喷雾反应塔

见图8，并参见图9~图13，从首级反应室1至末级反应室4的各纵向隔板为斜置板和竖直板依次交替设置，即全隔板k、高位隔板m、低位隔板n、高位隔板m’依次为斜置板、竖直板、斜置板、竖直板，各斜置板与塔体9轴向倾角α为5~30°（见图10、12），从图中可见，从首级至末级，各级反应室的气体进口端的径向距离均大于该级反应室的气体出口端的径向距离。其优点是：各级反应室的气体入口截面积较大，流速较低，反应时间较长，有利于充分反应；出口截面积较小，气体及雾滴流速较高，在进入下一级时，由于下一级的截面积增大，气体流速降低，同时气体方向改变，雾滴的惯性大，容易从气体中分离。

实施例3：

方形多级喷雾反应塔

如图14，塔体9的截面为正方形。反应区从全隔板k起依次由高位隔板m、低位隔板n、高位隔板m’分隔成标号分别为1、2、3、4的四个三角形反应室，液相物料雾化喷嘴8以径向喷射的方式分别安装在各反应室1、2、3、4所对应的塔体壁上。其余结构与实施例1同，省略。

实施例4：五边形多级喷雾反应塔

如图8，塔体9的截面为五边形，反应区从全隔板k起依次由高位隔板m、低位隔板n、高位隔板m’、低位隔板n’分隔成五个三角形反应室，液相物料雾化喷嘴8以径向喷射的方式分别安装在各反应室所对应的塔体壁上。其余结构与实施例1同，省略。

实施例5：矩形多级喷雾反应塔

参见图16和图17。如图17，塔体9的截面为矩形。如图16，从矩形塔体9的左侧板起，依次并行设置低位隔板n、高位隔板m、低位隔板n’、高位隔板m’，各隔板均为竖直板。见图17，各隔板以两个侧边分别与塔体9的前、后塔壁相连接，将塔体9分隔成若干长方形反应室，首级反应室及末级反应室分别位于矩形塔体9的左、右两端，二者互不相连。液相物料雾化喷嘴8分别安装在各反应室所对应的塔体壁上。其余结构与实施例1同，省略。

图18表示矩形多级喷雾反应塔中，从气体进口5至气体出口6的低位隔板n、高位隔板m、低位隔板n’、高位隔板m’依次对应为斜置板、竖直板交替设置。从图中可见，从首级至末级，各级反应室的气体进口端的径向距离均大于该级反应室的气体出口端的径向距离。

图19表示矩形多级喷雾反应塔中，从气体进口5至气体出口6的低位隔板n、高位隔板m、低位隔板n’、高位隔板m’均是依次互为反向倾斜的斜置板，从图中可见，从首级反应室至末级反应室，各级反应室的气体进口端的径向距离均大于该级反应室的气体出口端径向距离。

实施例6：含有前、后气体通道的矩形多级喷雾反应塔

参见图20、图21。图21表示，本实施例塔体的截面为矩形，塔体内的下部为具有设定高度的塔釜液面7，上部反应区内间隔地排列有多个的纵向隔板E，每纵向隔板E的上端边均与塔顶相接，下端边均伸入塔釜液面7以下；多个纵向隔板E间隔分布，将矩形塔体的左端板9-1和右端板9-2之分隔成依次排列的多级反应室1、2、3……，设于首级反应室1，设于末级反应室；各纵向隔板E或与矩形塔体的前端板9-3之间形成前通道E-1、或与矩形塔体的后端板9-4之间形成后通道E-2，气体进口5所在的首级反应室1与气体出口6所在的末级反应室之间，前、后通道依次交替并连续相通，液相物料雾化喷嘴8以径向喷射的方式安装在各反应室对应的塔体壁上，同时在塔顶也可设有向下喷射的雾化喷嘴。

实施例7：设有横向隔板的多级喷雾反应塔

参见图22，本实施例塔体9的反应区内间隔地排列有多个横向隔板P，多个横向隔板P在塔体9内依次分隔成上下排列的多级反应室，气体进口5设于首级反应室，气体出口6设于末级反应室；横向隔板的一端与塔壁相接，另一端与塔壁留有气体通道；各横向隔板P依次交替地与塔壁的两端之间留有气体通道，各反应室通过依次交替的左通道P-1、右通道P-2连续相通，多个液相物料雾化喷嘴安装在各反应室对应的塔体壁上。

所述横向隔板与水平面呈10~35°倾角，每级反应室的气体进端竖向距离大于气体出口端的竖向距离。

实施例8：

多级喷雾反应塔在烟气脱硫工程中的应用

试验的反应气体参数：标况烟气流量为6000Nm³/h，反应塔入口气体温度25℃左右，SO₂浓度为10000mg/Nm³。考虑气体含硫量高，本工程采用四级反应塔，塔体总高6m，塔体净烟气出口设置折流除雾器。每级反应室设4个喷嘴，每个喷嘴喷射脱硫剂石灰石浆液的流量为1.5m³/h。多级反应塔的烟气流速可提高为5～15m/s，每级反应的液/气比为1L/Nm³，四级反应的液/气比为4L/Nm³），脱硫效率＞99.9%。

对于SO₂浓度如此高的烟气，常规脱硫塔的液/气比需高达25L/Nm³，为达到如此大的液/气比，塔内需设置8层喷淋层（8层喷淋层均向下喷淋），塔体需高达48米以上，是本多级塔的8倍高度。而其脱硫效率仅为90%左右。可见本多级喷雾反应塔可采用高的气体流速和较小的脱硫剂喷射量，达到极高的脱硫率，节能效果明显。

Claims

1.多级喷雾反应塔包含塔体，塔体设有气体进口、气体出口和液相物料的雾化喷嘴，塔体下部的塔釜包含具有设定液面高度的塔釜液，塔体的上部为反应区，其特征是所述反应区由依次高低错落设置的纵向隔板分隔成多级反应室，所述气体进口设于首级反应室，所述气体出口设于末级反应室；所述各高位纵向隔板的上端边与塔顶相接，其下端边位于塔釜液面的上方并与塔釜液面之间形成气体下通道；所述低位纵向隔板的下端边伸入至塔釜液的液面之下，其上端边位于塔顶的下方并与塔顶之间形成气体上通道；各级反应室通过依次交替的上、下气体通道连续相通；各反应室对应的塔体壁上安装1个或多个雾化喷嘴。

2.根据权利要求1所述的多级喷雾反应塔，其特征是所述各纵向隔板为与塔体轴向一致的竖直板。

3.根据权利要求1所述的多级喷雾反应塔，其特征是所述从首级反应室至末级反应室的各纵向隔板为斜置板和竖直板依次交替设置，所述斜置板与塔体轴向呈5~30°倾角，并使每级反应室的气体进端径向距离大于气体出口端的径向距离。

4.根据权利要求1所述的多级喷雾反应塔，其特征是首级反应室至末级反应室的各纵向隔板依次互为反向斜置，所述斜置板与塔体轴向呈5~30°倾角，并使每级反应室的气体进口端径向距离大于气体出口端的径向距离。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的多级喷雾反应塔，其特征是所述的塔体为圆形塔，相邻两纵向隔板之间形成扇形反应室；所述首级反应室与末级反应室首尾相接，二者之间设置互不相通的纵向全隔板相隔离，该纵向全隔板的上端边与塔顶相邻，同时其下端边伸入塔釜液面以下。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的多级喷雾反应塔，其特征是所述塔体为矩形塔，各纵向隔板设置在矩形塔的两长边形成的塔壁之间，且各纵向隔板的两个纵向侧边分别与该塔体两壁相连接，相邻两纵向隔板之间形成四边形的反应室，首级反应室及末位两反应室分别位于矩形塔的两短边端，二者互不相连。

7.根据权利要求2的多级喷雾反应塔，其特征是所述塔体为方形塔或多边形塔，相邻两纵向隔板之间形成三角形反应室；所述首级反应室与末级反应室首尾相接，二者之间以互不相通的纵向全隔板相隔离，该纵向全隔板的上端边与塔顶相接，同时其下端边伸入塔釜液面以下。

8.一种多级喷雾反应塔，塔体设有气体进口、气体出口和液相物料雾化喷嘴，塔体内的下部为具有设定液面的塔釜，上部为反应区，其特征是所述塔体为矩形塔，所述反应区内间隔地排列有多个纵向隔板，多个纵向隔板在矩形塔体的左右两端板之间分隔成依次排列的多级反应室，所述气体进口设于首级反应室，所述气体出口设于末级反应室；每纵向隔板的上端边均与塔顶相接，下端边均伸入塔釜液面以下；各纵向隔板依次交替地与矩形塔体的前端板、后端板之间留有气体通道，各反应室通过依次交替的前、后通道连续相通，多个液相物料雾化喷嘴安装在各反应室对应的塔体壁上。

9.一种多级喷雾反应塔，塔体设有气体进口、气体出口和液相物料雾化喷嘴，塔体内的下部为塔釜，上部为反应区，其特征是所述反应区内间隔地排列有多个横向隔板，多个横向隔板在塔体内依次分隔成上下排列的多级反应室，所述气体进口设于首级反应室，所述气体出口设于末级反应室；每横向隔板的一端与塔壁相接，另一端与塔壁留有气体通道；各反应室通过依次交替的左、右通道连续相通，多个液相物料雾化喷嘴安装在各反应室对应的塔体壁上。

10.根据权利要求9所述的多级喷雾反应塔，其特征是所述横向隔板与水平面呈10~35°倾角，并使每级反应室的气体进端竖向距离大于气体出口端的竖向距离。