CN1027232C - 气液接触方法 - Google Patents

Abstract

一种使被处理气体与气体吸收液进行接触的气液接触方法，其中使用这样的装置即有在底部设置有气体吸收液贮槽、在气体吸收液的上部留有被处理气体流动空间的塔、在塔内设的导管、将气体吸收液由吸收液贮槽输送于导管的输送泵、在导管上的有喉管，横截面积大于喉管的喷出管和连接喷出管与喉管的扩散管。通过使喉管的横截面积充分小于喷射管的横截面积而使气体吸收液发生减压沸腾，而后将气体吸收液从喷出管向被处理气体中喷出。

Description

本发明是涉及用吸收液将被处理气体中的有害成分进行洗净处理或用吸收液收集被处理气体中的可溶性成分的气液接触方法，尤其能适用于湿式排烟脱硫装置等的气液接触方法。

作为用以往的技术来进行气液接触的方法，人们开发出了喷雾塔，充填塔、文丘里洗涤器及气泡塔等，并已经得到了实用。这些气液接触方法的性能和特点中既有优点，也有缺点，人们期望能够开发出兼有这些方法的优点的高性能的气液接触方法。

本发明申请人在昭和57年（1982年）实用新型申请第146860号（昭和57年9月28日申请，实开昭59-53828）中提出了上述高性能的气液接触方法。

下面用图5对这种气液接触装置进行说明。

该气液接触装置是将被处理气体的入口和出口的其中之一设备于塔本体的上部另一个设在塔的下部，塔内设置有一些使气体吸收液向上喷出的喷出管。气体吸收是在被处理气体中以液柱状向上喷出。从而与被处理气体接触。通过调节液柱的高度，可以改变气液的接触效率。

即在图5中，5和7是被处理气体的入口或出口，6为塔本体，塔内部设置有一些使气体吸收液以液柱状向上喷出的喷出管1，这些喷出管置于导管4上。导管4通常设置若干根，但不一定都置于同一平面上。从喷出管1喷出的液柱状气体吸收液由输送泵11从塔底的贮液槽8送出。通过调节喷出液量可以任意改变液柱的高度。

向被处理气体喷出气体吸收液在达到液柱的最高位后靠重力的作用下落，进入塔底部的贮液槽中。被处理气体从数字1或7所示的其中之一部全进入，另一部位作为出口。

在图5所示的气液接触装置中，向上喷出的液柱状气体吸收液达到液柱的最高位后下落时，其扩展面积较小，因此为保证被处理气体和气体吸收液的有效接触，有必要在导管4上设置许多喷出管1。所以这种装置有在塔内进行气液接触的气体吸 收液的流量较大的缺点。

德国专利申请DE-A-305604中公开了一种含有低压沸腾的气液接触方法。但是该文献的方法中，液体是通过泵加压的。本发明的任务在于提供在DE-A-305604中所公开的同类气液接触方法，但不需要对液体加压。

上述本发明的任务是通过下述方法实现的，该方法是通过向待处理的气体流中喷射气体吸收液使待处理气体与气体吸收液接触，该方法包括使气体吸收液减压至其蒸气压以下使其减压沸腾，然后向待处理气体流中喷射气体吸收液，使待处理气气体与分散在待处理气体中的吸收液接触，其特征在于使用一种气液接触装置，该装置包括塔本体6，在该塔本体下部区域设有气体吸收液的贮液槽8，在该贮液槽8的上部区域设有待处理气体的入口区，贮液槽8的上部装有总管4，从气体吸收液3的贮液槽8向总管4供给气体吸收液3的泵11，与上述总管连接的圆筒形喉管2，具有比上述喉管2大的截面积的喷出管1，连接上述喉管2和上述喷出管的圆锥台形扩散管12，通过使喉管2的截面积充分地小于喷出管1的截面积，而使气体吸收液在低压下沸腾，然后使该气体吸收液3从喷出管1喷射到待处理的气体中，喷出管1中的流速满足下列不等式：

$P_w\mathrm{＞P}{}_t\mathrm{=\; P}{}_0-\frac{{\mathrm{\rho \; \times V}}_d{}^2}{\mathrm{2\times g}}\mathrm{\times ((}\frac{1}{m}{)}^2\mathrm{-1)}$

＋ρ×△H＋△ρ₁（2）

其中，Pw：气体吸收液的蒸气压    （P）

Pt：喉管内部的静压    （P）

Po：喷出管口部的静压    （P）

Vd：喷出管内液体的流体的流速

（m/s）

m＝ (喉管横截面积)/(喷出管横截面积)

△H：喷出管出口与喉管的高度差    （m）

△P₁：喉管以后的流路压力损失 （P）

ρ：气体吸收液的密度 （kg/m³）

g：重力加速度 （m/s²）

具体来说就是在图5所示气液接触装置的喷出管1和导管4之间设置连接于导管4的内径较小的喉管2，在此喉管2和喷出管1之间设置内径逐渐增大的扩散管12，从而能使气体吸收液处于该气体吸收液的蒸气压之下。其原理可由图1加以说明。

在图1中，与图5所示的以前的气液接触装置的相同部位用相同的符号表示。

气体吸收液3在由导管4送入喷出管1之前，先通过横截面积比喷出管1小的喉管2，然后通过连接喉管2和喷出管1的扩散器12，最后由喷出管1喷出。

图2所示为图1中的气体吸收液各部位的静压。

从喷出管1刚喷出的点的静压通常为大气压。根据下式所示的伯努利定理，平衡喷出管1内液体的流速和喉管2内液体的流速可知喉管2的静压低于喷出管1的压力（参见图2）。

（伯努利定理）

$P_i\mathrm{+\rho \; \times \; H}{}_i+\frac{{\mathrm{\rho \; \times (V}}_i{)}^2}{\mathrm{2\times g}}\mathrm{=\; 一定\; \dots \dots （1）}$

其中，Pi：i点的压力    （P）

Hi：从基准点到i点的高度    （m）

Vi：i点的流速    （m/s）

ρ：气体吸收液的密度 （kg/m³）

g：重力加速度 （m/s²）

如果气体吸收液的蒸气压力Pw（P），则在Pi＜Pw的条件下气体吸收液将减压沸腾。因此，使喉管2内的吸收液减压沸腾的条件如式（2）所示。

$P_w\mathrm{＞P}{}_t\mathrm{=\; P}{}_0-\frac{{\mathrm{\rho \; \times V}}_d{}^2}{\mathrm{2\times g}}\mathrm{\times ((}\frac{1}{m}{)}^2\mathrm{-1)}$

＋ρ×△H＋△ρ₁（2）

其中：Pw：气体吸收液的蒸汽压    （P）

Pt：喉管内部的静压    （P）

Po：喷出管口部的静压    （P）

Vd：喷出管内液体的流速    （m/s）

m＝ (喉管横截面积)/(喷出管横截面积)

△H：喷出管出口与喉管的高度差    （m）

△P₁：喉管以后的流路压力损失 （P）

因此，在喷出管内的液体流速Vd一定（即喷出管的内径和液流量一定）的条件下，如（2）式所示，通过减小喉管的横截面积而使m变小，可使喉管内的静压低于气体吸收液的蒸气压，从而使气体吸收液在喉管2中减压沸腾。

本发明是利用如上述图1所示的手段，使与被处理气体相接触的气体吸收液处于吸收液的蒸汽压以下，而使其减压沸腾，进而利用气体吸收液自身的沸腾而产生的液分散力，使气体吸收液分散于被处理气体中。通过使这种分散后气体吸收液与被处理气体进行气液接触，从而得到上述被处理气体和气体吸收液之间的良好的气液接触。

另外，由于避免了被处理气体不与气体吸收液接触就流过的偏倚流，实现了被处理气体和气体吸收液之间的均匀的气液接触，从而提高了气液接触效果。

另外，本发明还使气液接触在充填物的上流进行，通过气体吸收液的减压沸腾来提高充填物上的气液接触效率，可以得到高的总体气液接触效率。

本发明还通过向气体吸收液中通入气体，从而进一步提高了气体吸收液由于减压沸腾而造成的分散，因此使气液接触效果进一步得到提高。

本发明还通过向气体吸收液中添加CaSO₄·2H₂O，来促进吸收液的减压沸腾提高气体吸收液的分散，从而得到高的气液效果。

图1为说明本发明作用的气体吸收液喷出部的纵断面图。

图2为图1中所示气体吸收液喷出部的气体吸收液的压力分布图。

图3和图4分别为本发明的实施例中所使用的气液接触装置的纵断面图。

图5为以前的气液接触装置的纵断面图。

以下对本发明的实施例加以说明。

在图3所示的装置中除图1和图2中所示的喉管2和扩散管12及将在以下加以说明的气体输入管之外，其他部位的表示符号均与图5所示的以往的装置的表示符号相同。

在图3中，5是置于塔本体6之上的被处理气体入口，被处理的气体从入口5进入，在塔本体6内向下流动，由出口7流出。

在导管4上设置有许多如图1和图2所示的喉管2，喉管2接于喷出管1，而喷出管1接于扩散管12，气体吸收液在塔本体6中从喷出管1向上喷出。

塔本体6的下部形成贮存气体吸收液3的贮槽8，该贮槽8连接有输送泵11，由输送泵11将气体吸收液3从贮槽8送于导管4，再经喷出管1向上喷出。在气体吸收液贮槽8中还设置有开口9′的气体输入管9′，气体10由开口9强制通入气体吸收液中。

实施例1

用图3所示的气体接触装置，使含有SO₂700ppm的废气以14，000m³/h的流量与作为气体吸收液的CaCO₃浆进行了气液接触。

使用的气液接触装置有4根喷出管，其内径为60mm，喉管2的内径为36mm，扩散管12的伸宽角度为5度。

气体吸收液使用含CaCO₃20wt%，其余为水的淤浆，该吸收液以280m³/h的流量输送于前述的气液接触的导管中，气体输入管9中并没有送入空气。使气体吸收液从4根喷出管向上喷出，同时将废气从气体吸收液液柱顶部的上方向下输入。

气体吸收液的温度为15℃，此时以大气压（760mmHg）为基准时水的蒸气压力-747mmHg（13mmHg），而经测定喉管2的内压为-750mmHg（10mmHg）。

因此，本实施例中在喉管2内气体吸收液发生减压沸腾，由喷出管1向上喷出的气体吸收液由于减压沸腾而产生的分散力而很好地分散于废气中。

这样，气液进行很好的接触，同时避免了废气的偏倚流，从而实现了均匀的气流接触。其结果出口废气中的SO₂浓度降为60ppm。实施例2

在与上述实施例1相同的条件下，由设置于贮液槽中的气体输入管以150m³N/h的流量送入空气，气体吸收液以280m³N/h的流量输入。结果 出口废气中的SO₂浓度降为40ppm。

此外，经设置于导管上的取样管取出吸收液，对其气体混入率进行了测定，结果气体混入率为4.0Vol%。

在本实施例中，通过向气体吸收液中通入气体，比实施例1进一步提高了气液接触效率。

比较例1：

使用图5所示的以往的气液接触装置，与实施例1和实施例2同样，使含SO₂700ppm的废气以14，000m³/h的流量与作为气体吸收剂的CaCO₃淤浆进行了气体接触。气体吸收液淤浆的浓度为20wt%。

将气体吸收液以280m³/h的流量送入，使其由4根内径为60mm的喷出管向上方喷出，同时从液柱顶部的上方将废气向下导入，结果出口废气中的SO₂浓度为130ppm。

比较例2

将实施例1中的喉管内径改为48mm，其他条件与实施例1相同以280m³/h的流量送入气体吸收液，结果出口废气中的SO₂浓度为130ppm。

以大气压（760mmHg）为基准，喉管的内压为-280mmHg，气体吸收液并不处于减压沸腾的压力之下。出口SO₂的浓度与比较例1相同（130ppm）。

如上所述，在实施例1中使从喷出管喷出的气体吸收液处于该气体吸收液的蒸气压以下，使其减压沸腾，从而显著地提高了气液接触效率。在实施例2中除此之外还通过向贮液槽中通入气体而使气液接触效率更加得到提高。

实施例3

在与实施例1相同的条件下，气体吸收液的淤浆浓度为2wt%气体吸收液以280m³/h的流量送入。结果出口的SO₂浓度为100ppm。气体吸收液的温度为15℃，经测定喉管的内压，以大气压（760mmHg）为基准时，喉管的内压为-750mmHg（10mmHg），气体吸收液满足减压沸腾的条件。

实施例4

在上述第3实施例中的气体吸收液中加入了沸石CaCO₃，再添加CaSO₄·2H₂O（气体吸收液淤浆的组成为CaSO₄·2H₂O90-95%，其余为CaCO₃），将气体吸收液中淤浆的浓度调节为10wt%，而后以280m³/h的流量将气体吸收液送入。其结果，出口废气中的SO₂浓度为60ppm，与实施例1相同。

如上所述，在本实施例4中，通过使从喷出管喷出的气体吸收液处于其蒸汽压以下，使其减压沸腾，从而显著地提高了气液接触效率。此外，为了更有效地进行减压沸腾，向气体吸收液中添加了CaCO₃和CaSO₄·2H₂O作为沸石，得到了更高的气液接触效率。

实施例5

使用图4所示的气液接触装置，使含SO₂700ppm的废气以14，000m³N/h的流量与作为吸收剂的CaCO₃淤浆进行了气液接触，气体吸收液中CaCO₃的浓度为20wt%。

在本实施例中使用的图4所示的气液接触装置是在图3所示的气液接触装置的导管下部填入了充填物。在图4中，与图3相同的部位用同一符号表示。

充填物13是由每层有36块厚度4mm，高度100mm，宽度500mm的聚丙烯板形成格子状，共重叠10层。也就是说充填物的总高度为1m。

喉管2、扩散管12及喷出管1均与实施例1相同。

从气体吸收液贮槽中设置的气体导入管9以150m³N/h的流量送入空气，以230m³N/h的流量向导管输送气体吸收液，从液柱顶部的上方将废气向下导入。

气体吸收液的温度为15℃，经测定喉管的内压，以大气压为基准时是-750mmHg（10mmHg），所以气体吸收液满足减压沸腾的条件。

经测定，在导管4和充填物13之间流动的废气中SO₂的浓度为112ppm。出口废气中SO₂的浓度为55ppm。因此本实施例的液柱部的脱硫率为84%，充填物上的脱硫率为51%，装置的总脱硫率为92%。

比较例3：

使用以前技术的图5所示的气液接触装置，即吸收液由导管4直接通过喷出管，在塔6内向上喷出。

除取掉了喉管2及扩散管12以外，其余条件与实施例5相同，喷出管的内径为60mm。

将与实施例5相同浓度的气体吸收液同样以 230m³N/h的流量送入，结果出口废气中SO₂的浓度为125ppm，在导管4和充填物13之间流动的废气中的SO₂浓度为210ppm。因此，本实施例的液柱部的脱硫率为70%，充填物前后脱硫率为40%，装置的总脱硫率为82%。

如以上实施例5和比较例3所示，通过在充填物的上部使气体吸收液处于其蒸汽压之下，使基减压沸腾，从而也提高了在充填物上的气液接触效率。

一般来说，在使被处理气体和气体吸收液进行气液接触时，若能提高喷出液的分散度及防止偏倚流的发生，便能得到效果较好的气液反应。

本发明的方法使气体吸收处于其蒸汽压以下，使其减压沸腾，靠气体吸收液本身和沸腾而产生的液相分散力使气体吸收液分散。而同时与被处理气体进行气流接触。所以能够得到高的气液接触效率。另外由于还防止了偏倚流的发生，所以能够进行均匀的气液接触提高气液接触效率。

除此之外，通过在充填物的上流进行气液接触，从而提高了充填物上的气液接触效果。

进而，由于向气体吸收液中预先通入了气体，从而提高了由于减压沸腾而产生的气体吸收液的分散，或者在气体吸收液中添加沸石而促进了减压沸腾，提高了气体吸收液的分散度，通过这些手段便可得到高的气液接触效果。

图中符号说明：

1…喷出管

2…喉管

3…气体吸收液

4…导管

8…贮液槽

9…气体通入管

10…气体

11…输送泵

12…扩散管

13…充填物

Claims (4)

1、一种通过向待处理的气体流中喷射气体吸收液使待处理气体与气体吸收液接触的气液接触方法，该方法包括使气体吸收液减压至其蒸气压以下使其减压沸腾，然后向待处理气体流中喷射气体吸收液，使待处理气体与分散在待处理气体中的吸收液接触，其特征在于使用一种气液接触装置，该装置包括塔本体6，在该塔本体下部区域设有气体吸收液的贮液槽8，在该贮液槽8的上部区域设有待处理气体的入口区，贮液槽8的上部装有总管4，从气体吸收液3的贮液槽8向总管4供给气体吸收液3的泵11，与上述总管连接的圆筒形喉管2，具有比上述喉管2大的截面积的喷出管1，连接上述喉管2和上述喷出管的圆锥台形扩散管12，通过使喉管2的截面积在充分地小于喷出管1的截面积，而使气体吸收液在低压下沸腾，然后使该气体吸收液3从喷出管1喷射到待处理的气体中，喷出管1中的流速满足下列不等式：

$P_w\mathrm{＞P}{}_t\mathrm{=\; P}{}_0-\frac{{\mathrm{\rho \; \times V}}_d{}^2}{\mathrm{2\times g}}\mathrm{\times ((}\frac{1}{m}{)}^2\mathrm{-1)}$

＋ρ×△H＋△ρ₁

其中，ρ：气体吸收液的密度(kg/m³)

g：重力加速度(m/s²)

Pω：气体吸收液的蒸气压(P)

Pt：喉管内中的静压(P)

Po：喷出管口部的静压(P)

Vd：喷出管内液体的流体的流速(m/s)

m= (喉管横截面积)/(喷出管横截面积)

△H：喷出管出口与喉管的高度差(m)

△P₁：喉管以后的流路压力损失(P)

2、如权利要求1所述的气液接触方法，其特征在于在气体吸收液的喷出部的下流处设置有充填物。

3、如权利要求1所述的气液接触方法，其特征在于向气体吸收液3中预先通入气体10。

4、如权利要求1所述的气液接触方法，其特征在于在气体吸收液中加入CaSO₄·2H₂O。

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