CN104667683A - 含灰气体的分级净化设备及含灰气体的分级净化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含灰气体的分级净化设备及分级净化方法，设备包括依次连接的一喷淋塔、一文氏管洗涤器、一分离器和一泡沫洗涤器。分级净化方法使用如上设备，步骤：待处理气体依次通入喷淋塔中，洗涤，经过文氏管洗涤器洗涤，分离器分离，泡沫洗涤器洗涤，即可；喷淋塔中的水温比待处理气体温度低10℃～200℃，每立方米的待处理气体使用0.001～10L水；文氏管洗涤器中水温比气体温度低10℃～200℃，每立方米的初处理气体使用0.001～10L水；泡沫洗涤器中的水温比气体温度低0℃～200℃。本发明的净化工艺的超细颗粒的脱除率95%以上，清洁合成气中的细灰含量1.0mg/Nm³以下。

Description

含灰气体的分级净化设备及含灰气体的分级净化方法

技术领域

本发明涉及一种含灰气体的分级净化设备及含灰气体的分级净化方法。

背景技术

基于工业生产和环境保护的需要，含灰气体在进入后续工段或排入大气前，往往需进行净化处理，以满足工业生产和大气排放对气体中含灰量的要求。根据工艺性质和要求以及气体中灰颗粒的理化特点，实际工业过程已形成了不同的含灰气体净化工艺。

湿式洗涤除尘对大于1μm的细灰有相对较高的脱除效率。当含灰气体中灰的比重不很高、细灰含量较多但小于1μm的超细灰含量较低、灰颗粒具有一定的亲水性且除尘后对于气体中的含灰量的要求较低，可以选择湿式洗涤除尘装置，例如：对煤等固态含碳物质的热转化过程产生的气体，多选择所述的工艺。但是，当含灰气体中灰含量较高、小于1μm的超细灰占比重大且细灰颗粒的疏水性较强时，上述工艺很难达到理想的净化效果，例如：采用高灰分煤通过粉煤加压气化生产洁净合成气，就不适用上述工艺。

现有技术中，对于气体中小于1μm超细颗粒的脱除，主要途径是在除尘设备前设置预处理设施，使其通过物理或化学作用长大成较大颗粒后加以脱除。但是该工艺的脱除效果不佳，含尘气体中小于1μm超细颗粒的脱除效率不足60%，处理得到的清洁合成气中的细灰的含量为150mg/m³，大于要求的关于清洁合成气中细灰含量小于1mg/Nm³的标准，并且该方法容易引起湿式洗涤净化工艺的设备的堵塞现象，进一步影响了处理效果，从而严重影响工业生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服了现有技术中，对于灰气体中灰含量较高、小于1μm的超细灰占比重大且细灰颗粒的疏水性较强的含灰气体的处理效率不高，处理后气体中的1μm以下超细灰的比例大，且容易引起净化工艺的设备的堵塞的缺陷，提供了一种含灰气体的分级净化设备及含灰气体的分级净化方法。本发明的含灰气体的分级净化方法大大提高了含尘气体中小于1μm超细颗粒的脱除效率，脱除效率达95%以上，处理得到的清洁合成气中的细灰的含量为1.0mg/Nm³以下，同时不会引起泡沫洗涤器的堵塞，工艺简单方便，能够满足不同工业生产的需要。

本发明的目的之一在于，提供一种含灰气体的分级净化设备，所述的分级净化设备包括依次连接的一喷淋塔、一文氏管洗涤器、一分离器和一泡沫洗涤器。

本领域技术人员应理解：本发明中，所述的喷淋塔可以为单独的喷淋塔，也还可以为和上游工序的其他设备耦合的喷淋塔，所述的上游工序是指本领域含灰气体的净化工艺的常规的上游工序。

本发明中，所述的喷淋塔为本领域常规的喷淋塔。所述的喷淋塔较佳地包括一喷淋塔塔体、一喷淋层、一第一液体进口、一第一气体进口、一第一气体出口和一第一废水出口。较佳地，所述的喷淋层位于所述的喷淋塔塔体的上部，且与所述的第一液体进口相连通。较佳地，所述的第一气体进口和所述的第一液体进口均位于所述的喷淋塔塔体的侧边，所述的第一气体进口位于所述的第一液体进口的下方。较佳地，所述的第一气体出口位于所述的喷淋塔塔体的顶部。较佳地，所述的第一废水出口位于所述的喷淋塔塔体的底部。

本发明中，所述的文氏管洗涤器又称文丘里洗涤器。所述的文氏管洗涤器为本领域常规的文氏管洗涤器。

较佳地，所述的文氏管洗涤器包括一洗涤部、一合成气管、一个灰水管和一出气管。较佳地，所述的合成气管位于所述的洗涤部的一侧边；所述的出气管位于所述的洗涤部的另一侧边；所述的灰水管位于所述的洗涤部的顶部；所述的灰水管的喷水口和所述的合成气管相互连通，所述的合成气管内设置有一个套管，所述的灰水管的喷水口与所述的套管的进气口相对，所述的灰水管的近邻所述的喷水口处设置有一个旋流器；所述的套管沿着气流方向包括依次相连的一个渐缩部、一个喉颈部和一个渐扩部，所述的渐缩部的口径沿着气流方向逐渐减小，所述的喉颈部为中空圆柱形，所述的渐扩部的口径沿着气流方向逐渐增大。

其中，较佳地，所述的合成气管的直径为D，且所述的合成气管的直径D为300-800mm。所述的灰水管的喷水口距离所述的喉颈部的长度H1较佳地为0.1D～0.2D，更佳地为0.15D。所述的喉颈部的长度H2较佳地为0.1D～0.2D，更佳地为0.15D。所述的旋流器距离所述的灰水管的喷水口的距离H3较佳地为0.1D～0.2D，更佳地为0.15D。所述的渐扩部的长度H4较佳地为0.5D～4.2D，更佳地为2.5D。所述的喉颈部的直径D1较佳地为0.2D～0.5D，更佳地为0.3D。

其中，所述的渐缩部的收缩角α较佳地为20°-60°，更佳地为37°；所述的渐扩部的扩展角β较佳地为5°-30°，更佳地为10°。

本发明中，所述的分离器为本领域常规的分离器，较佳地为旋风分离器。所述的分离器较佳地包括一分离部、一第二气体进口、一第二气体出口和一第二废水出口。较佳地，所述的第二气体进口位于所述的分离部的侧边。较佳地，所述的第二气体出口位于所述的分离部的顶部。较佳地，所述的第二废水出口位于所述的分离部的底部。

本发明中，所述的泡沫洗涤器为本领域常规的泡沫洗涤器。较佳地，所述的泡沫洗涤器包括一洗涤塔、一第三气体进口、一第三气体出口、一第三液体进口、一第三废水出口和一储液槽。较佳地，所述的第三气体进口位于所述的洗涤塔的侧边。较佳地，所述的第三液体进口位于所述的洗涤塔的侧边。更佳地，所述的第三气体进口和所述的第三气体出口分别位于所述的洗涤塔的对立的两侧。较佳地，所述的第三气体出口位于所述的洗涤塔的顶部。较佳地，所述的储液槽位于所述的洗涤塔的底部。较佳地，所述的第三废水出口位于所述的洗涤塔的底部，且与所述的储液槽相连。

本发明中，所述的泡沫洗涤器较佳地为中国专利CN203128516U中要求保护的泡沫洗涤器。该专利中要求保护的泡沫洗涤器均适用于本发明。

作为本发明的一较佳的实例：所述的洗涤塔内自上而下依次层隔设有彼此相通的：一用于去除液滴夹带的除沫器，一用于实现气液接触进行精洗的第一段塔板层和一用于气液接触进行粗洗的喷淋层；所述的第三气体进口的垂直位置位于所述的喷淋层和所述的储液槽之间；所述的第三液体进口的垂直位置位于所述的除沫器和所述的第一塔板层之间。

作为本发明的一更佳的实例：所述的洗涤塔内自上而下依次层隔设有彼此相通的：一用于去除液滴夹带的除沫器，一用于实现气液接触进行精洗的第一段塔板层，一用于次精洗的第二段塔板层和一用于气液接触进行粗洗的喷淋层；所述的第三气体进口的垂直位置位于所述的喷淋层和所述的储液槽之间；所述的第三液体进口的垂直位置位于所述的除沫器和所述的第一塔板层之间；所述的第一段塔板层、第二段塔板层和喷淋层相通。

本发明中，所述的喷淋塔的第一气体出口与所述的文氏管洗涤器的合成气管的进口相连通，所述的文氏管洗涤器的出气管与所述的分离器的第二气体进口相连通，所述的分离器的第二气体出口与所述的泡沫洗涤器的第三气体进口相连通。

本领域技术人员均应理解：本发明中，各设备之间的连通一般均为通过管线连通。

所述的分级净化设备较佳地还包括一循环水泵。所述的循环水泵与所述的泡沫洗涤器的储液槽连接。

本发明的目的之二在于，提供一种含灰气体的分级净化方法，所述的方法使用如上所述的含灰气体的分级净化设备；所述的分级净化方法包括以下步骤：将待处理气体通入所述的喷淋塔中，洗涤后，在所述的喷淋塔的第一气体出口处得初处理气体，所述的初处理气体经过所述的文氏管洗涤器洗涤，再经过所述的分离器分离，得再处理气体，所述的再处理气体进入泡沫洗涤器洗涤，即可；

其中，所述的喷淋塔中的水的温度比所述的待处理气体的温度低10℃～200℃，所述的喷淋塔中的水的用量为：每立方米的待处理气体使用0.001～10L的水；所述的文氏管洗涤器中的水的温度比所述的初处理气体的温度低10℃～200℃，所述的文氏管洗涤器中的水的用量为：每立方米的初处理气体使用0.001～10L的水；所述的泡沫洗涤器中的水的温度比所述的再处理气体的温度低0℃～200℃。

本发明的含灰气体的分级净化方法，对于各个设备的参数进行了优选，该方法使用的设备与这些参数整体协同，实现了对含灰气体的净化的如上所述的好的效果。

喷淋塔是一种常见的湿式洗涤装置，一般而言，湿式洗涤装置的捕集机理主要是依靠液滴和尘粒之间的惯性碰撞及拦截作用，其主要用于脱除大于1μm的颗粒。而本发明，对喷淋塔的洗涤过程的各参数进行了优选和调整，在本发明限定的各参数条件下，喷淋塔中的洗涤过程不仅仅是湿式洗涤的过程，而是湿式洗涤和蒸汽相变冷凝洗涤同步进行的过程。该冷凝洗涤的过程，配合本发明的整个设备，以及各个设备内限定的参数条件，将本发明的分级净化工艺设置成一个“粗分”和“精洗”相结合的逐级洗涤净化工艺，其中，粗分是指喷淋塔、文氏管洗涤器内的洗涤过程和分离器内的气液分离过程，精洗是指泡沫洗涤器的洗涤过程；该逐级洗涤净化工艺能够定向调控蒸汽相变冷凝除尘发生的位置和程度，实现小于1μm超细灰颗粒的高效脱除，从而实现含超细灰比重大且细灰疏水性强的高含灰气体的深度净化。

以下针对本发明的各个设备或者工艺参数的进一步优选的范围，做如下说明：

本发明中，所述的待处理气体为含灰气体。所述的含灰气体为本领域常规的含灰气体，较佳地为以煤、石油焦、生物质和可燃固体废弃物中的一种或多种为原料，生产的合成气或燃气。

本发明中，所述的待处理气体包括水蒸气和不同粒径的颗粒；其中所述的颗粒的平均粒径为40μm，所述的颗粒的湿基含量较佳地为10～200g/m³气体，更佳地为40～150g/m³气体；且所述的颗粒中，粒径小于1μm的颗粒的湿基含量为0.01～60g/m³气体；所述的湿基含量是指：以水蒸气的待处理气体的体积；所述的水蒸气的含量为50%-70%，所述百分比为占待处理气体的体积百分比。

所述的待处理气体的温度较佳地为0℃～300℃，更佳地为200～250℃；所述的待处理气体的压力较佳地为0.1～9.0MPa，更佳地为3.0～6.5Mpa，所述的压力为相对压力。本领域技术人员均理解：相对压力是一种以大气压力作为基准所表示的压力；相对压力=绝对压力-大气压力。

本发明中，所述的喷淋塔中的水与所述的待处理气体的温度差，决定了待处理气体在所述的喷淋塔中的冷凝的程度，该温度差影响洗涤除尘效果。所述的喷淋塔中的水的温度较佳地比所述的待处理气体的温度低50℃～90℃。

本发明中，所述的喷淋塔中的水的用量较佳地为：每立方米的待处理气体使用1～8L的水。

本发明中，所述的文氏管洗涤器中的水的温度较佳地比所述的初处理气体的温度低50℃～90℃。

本发明中，所述的文氏管洗涤器中的水的用量为：每立方米的初处理气体使用1～8L的水。

所述的泡沫洗涤器中的水的温度较佳地比所述的再处理气体的温度低50℃～90℃。

本发明中，所述的泡沫洗涤器中的水的用量为：每立方米的再处理气体使用15-50L的水。

本发明中，从所述的文氏管洗涤器中流出的气体在所述的分离器的第二气体进口的进口速度为本领域常规的速度，较佳地为15m/s～25m/s。

本发明中，所述的喷淋塔、所述的文氏管洗涤器和所述的泡沫洗涤器中的水可以为工艺净化水、工艺冷凝水和外供水中的一种或多种。

本发明中，所述的含灰气体的分级净化方法的工艺较佳地如下所述：

（1）待处理气体通入所述的喷淋塔，在所述的喷淋塔内的喷淋空间内，与水逆流接触，所述的待处理气体被降温、减湿和净化，其中的细灰颗粒，在特定的温度和用量的水的作用下，凝并增大，同时，水被升温；

（2）洗涤后，在所述的喷淋塔的第一气体出口处得初处理气体，所述的初处理气体为含尘饱和气体；所述的初处理气体通过管线进入所述的文氏管洗涤器；在所述的文氏管洗涤器内，再次与水接触混合，在特定的温度和用量的水的作用下，所述的初处理气体进一步被降温，形成气液固混合物，其中的细灰颗粒进一步凝并且被水润湿、包容而增大；

（3）所述的气液固混合物通过管线进入所述的分离器，在离心力的作用下，实现气体与液固体的分离，进一步净化，得再处理气体；所述的再处理气体为含尘饱和气体；

（4）所述的再处理气体通过管线进入泡沫洗涤器，洗涤；所述的洗涤为：所述的再处理气体与洗涤水逆向流动，并在塔盘上通过鼓泡接触，即可。

在上述工艺中，较佳地，所述的喷淋塔的第一废水出口、所述的分离器的第二废水出口和所述的泡沫洗涤器的第三废水出口中排出含灰废水。所述的含灰废水管线汇入含灰水处理系统。在所述的含灰水处理系统中，降压闪蒸，含灰废水中的固体颗粒被进一步浓缩，含灰废水中的废水被不断澄清，同时热量被回收。澄清降温后，灰水可以返回到本发明的工艺中，作为工艺净化水使用。

在上述工艺中，较佳地，储液槽内的液体通过循环水泵被抽取，进入循环管道，之后进入到通过激冷环进入气化炉的激冷室。该循环水主要用于对出气化炉的高温气体进行激冷，同时也具有初步洗涤气体的作用。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明所用试剂和原料均市售可得。

本发明的积极进步效果在于：

（1）本发明的含尘气体的分级净化方法结合了含灰气体中细灰的分布特点，采用“粗分”和“精洗”相结合的逐级洗涤净化方法，在降低设备洗涤净化负荷的同时有效提高了洗涤效率；

（2）本发明的含尘气体的分级净化方法大大提高了含尘气体中小于1μm超细颗粒的脱除效率，脱除效率达95%以上，处理得到的清洁合成气中的细灰的含量为1mg/Nm³以下，实现了含超细灰（<1μm）比重大且细灰疏水性强的高含灰气体的深度净化；

（3）本发明的含尘气体的分级净化方法不会引起泡沫洗涤器的堵塞，工艺简单方便，能够满足不同工业生产的需要，更促进了工业装置的稳定、可靠和长周期运行。

附图说明

图1为实施例1-3的含灰气体的分级净化设备的结构图。

图2为图1中的文氏管洗涤器2的剖视图。

图3为图2所示的文氏管洗涤器2的A部的放大图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

实施例1

一种含灰气体的分级净化设备，如图1所示：该分级净化设备包括依次连接的一喷淋塔1、一文氏管洗涤器2、一分离器3、一泡沫洗涤器4和一循环水泵5；

（1）喷淋塔：

该喷淋塔1可以为单独的喷淋塔，也还可以为和上游工序其他设备耦合的喷淋塔；

该喷淋塔1包括一喷淋塔塔体10、一喷淋层13、一第一液体进口11、一第一气体进口12、一第一气体出口14和一第一废水出口15；该喷淋层13位于该喷淋塔1的上部，且与该第一液体进口11相连通；该第一气体进口12和该第一液体进口11均位于该喷淋塔塔体10的侧边，该第一气体进口12位于该第一液体进口11的下方；该第一气体出口14位于该喷淋塔塔体10的顶部；该第一废水出口15位于该喷淋塔塔体10的底部；

（2）文氏管洗涤器（文丘里洗涤器）：

该文氏管洗涤器2包括一洗涤部20、合成气管21、一个灰水管22和一出气管25；该合成气管21位于该洗涤部20的一侧边；该出气管25位于该洗涤部20的另一侧边；该灰水管22位于该洗涤部20的顶部；

该文氏管洗涤器2的剖视图如图2所示，图2中A部的放大图如图3所示，结合图2和图3：该灰水管22的喷水口和该合成气管21相互连通，该合成气管21内设置有一个套管24，该灰水管22的喷水口与该套管24的进气口相对，该灰水管22的近邻该喷水口处设置有一个旋流器23；该套管24沿着气流方向包括依次相连的一个渐缩部241、一个喉颈部242和一个渐扩部243，该渐缩部241的口径沿着气流方向逐渐减小，该喉颈部242为中空圆柱形，该渐扩部243的口径沿着气流方向逐渐增大；

该合成气管21的直径为D，且该合成气管21的直径D为300-800mm；该灰水管22的喷水口距离该喉颈部242的长度H1为0.15D；该喉颈部242的长度H2为0.15D；该旋流器23距离该灰水管22的喷水口的距离H3为0.15D；该喉颈部242的直径D1为0.3D；该渐扩部243的长度H4为2.5D；该渐缩部241的收缩角α为37°，该渐扩部243的扩展角β为10°；

（3）旋风分离器：

该旋风分离器3包括一分离部30、一第二气体进口31、一第二气体出口32和一第二废水出口33；该第二气体进口31位于该分离部30的侧边；该第二气体出口32位于该分离部30的顶部；该第二废水出口33位于该分离部30的底部；

（4）泡沫洗涤器：

该实施例中该泡沫洗涤器为中国专利CN203128516U中公开的实施例1中的泡沫洗涤器；具体而言，该泡沫洗涤器4包括一洗涤塔40、一第三气体进口41、一第三气体出口42、一第三液体进口43、一第三废水出口44和储液槽45；该第三气体进口41位于该洗涤塔40的侧边；该第三液体进口73位于该洗涤塔40的另一侧边；该第三气体出口42位于该洗涤塔40的顶部；该储液槽45位于该洗涤塔40的底部，该第三废水出口44位于该洗涤塔40的底部，且与该储液槽45相连；

该洗涤塔40内自上而下依次层隔设有彼此相通的：一用于去除液滴夹带的除沫器，一用于实现气液接触进行精洗的第一段塔板层和一用于气液接触进行粗洗的喷淋层；该第三气体进口41的垂直位置位于该喷淋层和该储液槽45之间；该第三液体进口43的垂直位置位于该除沫器和该第一塔板层之间；

具体参见中国专利CN203128516U中的实施例1和附图1；

（5）该喷淋塔1的第一气体出口14与该文氏管洗涤器2的合成气管21的进口相连通，该文氏管洗涤器2的出气管25与该分离器3的第二气体进口31相连通，该分离器3的第二气体出口32通过管线与该泡沫洗涤器4的第三气体进口41相连通；该循环水泵5与该泡沫洗涤器4的储液槽相连通；各设备之间的连通均为通过管线连接。

实施例2

一种含灰气体的分级净化设备，如图1所示：该分级净化设备包括依次连接的一喷淋塔1、一文氏管洗涤器2、一分离器3、一泡沫洗涤器4和一循环水泵5；

（1）喷淋塔：

该喷淋塔1可以为单独的喷淋塔，也还可以为和上游工序其他设备耦合的喷淋塔；

该喷淋塔1包括一喷淋塔塔体10、一喷淋层13、一第一液体进口11、一第一气体进口12、一第一气体出口14和一第一废水出口15；该喷淋层13位于该喷淋塔1的上部，且与该第一液体进口11相连通；该第一气体进口12和该第一液体进口11均位于该喷淋塔塔体10的侧边，该第一气体进口12位于该第一液体进口11的下方；该第一气体出口14位于该喷淋塔塔体10的顶部；该第一废水出口15位于该喷淋塔塔体10的底部；

（2）文氏管洗涤器（文丘里洗涤器）：

该文氏管洗涤器2包括一洗涤部20、合成气管21、一个灰水管22和一出气管25；该合成气管21位于该洗涤部20的一侧边；该出气管25位于该洗涤部20的另一侧边；该灰水管22位于该洗涤部20的顶部；

该文氏管洗涤器2的剖视图如图2所示，图2中A部的放大图如图3所示，结合图2和图3：该灰水管22的喷水口和该合成气管21相互连通，该合成气管21内设置有一个套管24，该灰水管22的喷水口与该套管24的进气口相对，该灰水管22的近邻该喷水口处设置有一个旋流器23；该套管24沿着气流方向包括依次相连的一个渐缩部241、一个喉颈部242和一个渐扩部243，该渐缩部241的口径沿着气流方向逐渐减小，该喉颈部242为中空圆柱形，该渐扩部243的口径沿着气流方向逐渐增大；

该合成气管21的直径为D，且该合成气管21的直径D为300-800mm；该灰水管22的喷水口距离该喉颈部242的长度H1为0.15D；该喉颈部242的长度H2为0.15D；该旋流器23距离该灰水管22的喷水口的距离H3为0.15D；该喉颈部242的直径D1为0.3D；该渐扩部243的长度H4为2.5D；该渐缩部241的收缩角α为37°，该渐扩部243的扩展角β为10°；

（3）旋风分离器：

该旋风分离器3包括一分离部30、一第二气体进口31、一第二气体出口32和一第二废水出口33；该第二气体进口31位于该分离部30的侧边；该第二气体出口32位于该分离部30的顶部；该第二废水出口33位于该分离部30的底部；

（4）泡沫洗涤器：

该实施例中该泡沫洗涤器为中国专利CN203128516U中公开的实施例2中的泡沫洗涤器；具体而言，该泡沫洗涤器4包括一洗涤塔40、一第三气体进口41、一第三气体出口42、一第三液体进口43、一第三废水出口44和储液槽45；该第三气体进口41位于该洗涤塔40的侧边；该第三液体进口73位于该洗涤塔40的另一侧边；该第三气体出口42位于该洗涤塔40的顶部；该储液槽45位于该洗涤塔40的底部，该第三废水出口44位于该洗涤塔40的底部，且与该储液槽45相连；

该洗涤塔内40内自上而下依次层隔设有彼此相通的：一用于去除液滴夹带的除沫器，一用于实现气液接触进行精洗的第一段塔板层，一用于次精洗的第二段塔板层和一用于气液接触进行粗洗的喷淋层；该第三气体进口41的垂直位置位于该喷淋层和该储液槽45之间；该第三液体进口43的垂直位置位于该除沫器和该第一塔板层之间；该第一段塔板层、第二段塔板层和喷淋层相通；具体参见中国专利CN203128516U中的实施例2和附图2；

（5）该喷淋塔1的第一气体出口14与该文氏管洗涤器2的合成气管21的进口相连通，该文氏管洗涤器2的出气管25与该分离器3的第二气体进口31相连通，该分离器3的第二气体出口32通过管线与该泡沫洗涤器4的第三气体进口41相连通；该循环水泵5与该泡沫洗涤器4的储液槽相连通；

上述各设备之间的连通均为通过管线连接。

实施例3

一种含灰气体的分级净化设备，如图1所示：该设备包括依次连接的一喷淋塔1、一文氏管洗涤器2、一分离器3、一泡沫洗涤器4和一循环水泵5；

（1）喷淋塔：

该喷淋塔1可以为单独的喷淋塔，也还可以为和上游工序其他设备耦合的喷淋塔；

该喷淋塔1包括一喷淋塔塔体10、一喷淋层13、一第一液体进口11、一第一气体进口12、一第一气体出口14和一第一废水出口15；该喷淋层13位于该喷淋塔1的上部，且与该第一液体进口11相连通；该第一气体进口12和该第一液体进口11均位于该喷淋塔塔体10的侧边，该第一气体进口12位于该第一液体进口11的下方；该第一气体出口14位于该喷淋塔塔体10的顶部；该第一废水出口15位于该喷淋塔塔体10的底部；

（2）文氏管洗涤器（文丘里洗涤器）：

该文氏管洗涤器2包括一洗涤部20、合成气管21、一个灰水管22和一出气管25；该合成气管21位于该洗涤部20的一侧边；该出气管25位于该洗涤部20的另一侧边；该灰水管22位于该洗涤部20的顶部；

（3）旋风分离器：

该旋风分离器3包括一分离部30、一第二气体进口31、一第二气体出口32和一第二废水出口33；该第二气体进口31位于该分离部30的侧边；该第二气体出口32位于该分离部30的顶部；该第二废水出口33位于该分离部30的底部；

（4）泡沫洗涤器：

该泡沫洗涤器4包括一洗涤塔40、一第三气体进口41、一第三气体出口42、一第三液体进口43、一第三废水出口44和储液槽45；该第三气体进口41位于该洗涤塔40的侧边；该第三液体进口73位于该洗涤塔40的另一侧边；该第三气体出口42位于该洗涤塔40的顶部；该储液槽45位于该洗涤塔40的底部，该第三废水出口44位于该洗涤塔40的底部，且与该储液槽45相连；

（5）该喷淋塔1的第一气体出口14与该文氏管洗涤器2的合成气管21的进口相连通，该文氏管洗涤器2的出气管25与该分离器3的第二气体进口31相连通，该分离器3的第二气体出口32通过管线与该泡沫洗涤器4的第三气体进口41相连通；该循环水泵5与该泡沫洗涤器4的储液槽相连通；

上述各设备之间的连通均为通过管线连接。

实施例4

含灰气体湿式分级净化工艺，使用如实施例3所示的设备，该工艺包括以下步骤：

（1）上游工序的饱和含灰气体通过第一气体进口12，进入喷淋塔1的喷淋塔塔体10，比含灰气体温度低的洗涤水通过第一液体进口11被给入喷淋层13，洗涤水和含灰气体在喷淋塔塔体10内逆流接触，含灰气体被降温、减湿、净化、除沫后从第一气体出口14排出，洗涤水被升温并因捕集了细灰颗粒成为含灰废水，从第一废水出口15排出，得初处理气体；该初处理气体为饱和含灰气体；

（2）从喷淋塔1的第一气体出口14排出的初处理气体，通过管线，通入文氏管洗涤器2的合成气管21，并进入文氏管洗涤器2的洗涤部20内，初处理气体被加速，比初处理气体温度低的洗涤水被从文氏管洗涤器2的灰水管22，给入文氏管洗涤器2的洗涤部20内，洗涤水被雾化，加速的初处理气体和被雾化的洗涤水再次接触混合形成气液固混合物，在此过程中初处理气体被进一步被降温，其中的细灰颗粒进一步凝并且被洗涤水润湿、包容而增大；在文氏管洗涤器2中得到混合的气液固混合物，该气液固混合物从出气管25排除；

（3）上述气液固混合物通过管线，通过旋风分离器3的第二气体进口31，并进入旋风分离器3的分离部30内，在离心力的作用下，完成气体与液固体的分离，被净化后的含灰气体从旋风分离器3的第二气体出口32排出，得再处理气体；该在处理气体为含灰饱和气体；分离后的含灰废水从第二废水出口33排出；

（4）从旋风分离器3的第二气体出口32排出的再处理气体通过管线，通过泡沫洗涤器4的第三气体进口41，进入泡沫洗涤器4的洗涤塔40的下部，洗涤水从泡沫洗涤器4的洗涤塔40的上部的第三液体进口43，加入塔盘。在泡沫洗涤器4的洗涤塔40内，再处理气体与洗涤水逆向流动，并在塔盘上通过鼓泡接触完成“精洗”，“精洗”后的清洁气体从第三气体出口42排出，经管线，进入下游工序，洗涤产生的含灰废水进入储液槽45，经重力沉降后部分从第三废水出口44排出；

循环水泵5与泡沫洗涤器4的储液槽45通过管线连接，储液槽45内的经重力沉降澄清后的部分灰水通过循环水泵5被抽取，作为系统循环水。

从喷淋塔1的第一废水出口15、旋风分离器3的第二废水出口33和泡沫洗涤器4的第三废水出口44排出的含灰废水，分别经管线，汇入含灰水处理系统进行进一步处理。

实施例5

一个日处理1000吨煤的激冷型粉煤加压气化装置，煤灰分为27%，气化压力为4.0MPa，气化温度为1550℃，出气化室的高温气体经水激冷后，温度为221℃，相对压力为3.98MPa，流量为8673m³/h，气体中细灰含量为72g/m³，作为待处理气体。

使用如实施例3所示的设备，该工艺包括以下步骤：

喷淋塔1和文氏管洗涤器2均采用工艺净化水作为洗涤水，泡沫洗涤器4采用工艺冷凝水和工艺净化水作为洗涤水；

分级净化方法包括以下步骤：

（1）将待处理气体（含灰气体）通过喷淋塔1的第一气体进口12，通入喷淋塔1的喷淋塔塔体10中，同时，将洗涤水通过喷淋塔1的第一液体进口11通入喷淋层13中，洗涤水和待处理气体（含灰气体）在喷淋塔1的喷淋塔塔体10内逆流接触，待处理气体被降温、减湿、净化、除沫，在喷淋塔1的第一气体出口14处得初处理气体；洗涤水被升温并因捕集了细灰颗粒成为含灰废水，从第一废水出口15排出；

其中，喷淋塔1中的洗涤水的量为50m³/h，水与进入喷淋塔1的含灰气体的液气体积比5.77L/m³，水的温度比待处理气体的温度低74℃；

（2）初处理气体经过管线，通入文氏管洗涤器2的合成气管21，进入文氏管洗涤器2的洗涤部20内，洗涤水被从洗涤器2的灰水管22给入文氏管洗涤器2内，初处理气体进一步凝并且被洗涤水润湿、包容而增大；在文氏管洗涤器2中得到混合的气液固混合物，该气液固混合物从出气管25排出；

其中，文氏管洗涤器2内的洗涤水的量为40m³/h，与初处理气体的液气体积比5.03L/m³，文氏管洗涤器2中的水的温度比初处理气体的温度低71℃；

（3）该气液固混合物经过管线，经过旋风分离器3的第二气体进口31，进入旋风分离器3的分离部30内，在离心力的作用下分离，在旋风分离器3的第二气体出口32处，得再处理气体；分离后的含灰废水从第二废水出口33排出；

（4）该再处理气体，通过管线，通过泡沫洗涤器4的第三气体进口41，进入泡沫洗涤器4的洗涤塔40内，洗涤水从第三液体进口43进入泡沫洗涤器4的洗涤塔40内，其中，工艺冷凝水从泡沫洗涤器4的第三液体进口43的靠上部的进口加入，工艺净化水的进口比工艺冷凝水的进口位置略低，从泡沫洗涤器4的第三液体进口43的靠下部的进口加入；洗涤，得清洁合成气，从第三气体出口42排除，即可；洗涤产生的含灰废水进入储液槽45，经重力沉降后部分从第三废水出口44排出；

其中，泡沫洗涤器4的工艺冷凝水的量为69m³/h、工艺净化水量为168m³/h，工艺冷凝水的温度比再处理气体的温度低66℃，工艺净化水量的温度比再处理气体的温度低68℃；

（5）从喷淋塔1的第一废水出口15、旋风分离器3的第二废水出口33和泡沫洗涤器4的第三废水出口44排出的含灰废水，分别经管线，汇入含灰水处理系统进行进一步处理；该含灰废水管线汇入含灰水处理系统；在该含灰水处理系统中，降压闪蒸，含灰废水中的固体颗粒被进一步浓缩，含灰废水中的废水被不断澄清，同时热量被回收。澄清降温后，灰水可以返回到本发明的工艺中，作为工艺净化水使用；

循环水泵5与泡沫洗涤器4的储液槽45通过管线连接，储液槽45内的经重力沉降澄清后的部分灰水通过循环水泵5被抽取，进入循环管道，之后进入到通过激冷环进入气化炉的激冷室，该循环水可以用于对出气化炉的高温气体进行激冷，同时也具有初步洗涤气体的作用。

处理结果：含细灰量为72g/m³的高含灰气体经此湿法分级洗涤净化后，从泡沫洗涤器4排出的清洁合成气中细灰含量为0.8mg/Nm³，该含灰气体中小于1μm超细颗粒的脱除效率可高达98%以上，能很好满足下游工序的要求，且泡沫洗涤器4不堵塞。

实施例6

喷淋塔中的水的温度比该待处理气体的温度低10℃，其余同本发明实施例5。

结果：清洁合成气中细灰含量为0.88mg/Nm³，含灰气体中小于1μm超细颗粒的脱除效率97.5%，且泡沫洗涤器不阻塞。

实施例7

喷淋塔中的水的用量为：每立方米的待处理气体使用0.5L的水，其余同本发明实施例5。

结果：清洁合成气中细灰含量为0.85mg/Nm³，含灰气体中小于1μm超细颗粒的脱除效率98.0%，且泡沫洗涤器不阻塞。

实施例8

文氏管洗涤器中的水的温度比该初处理气体的温度低30℃，其余同本发明实施例5。

结果：清洁合成气中细灰含量为0.93mg/Nm³，含灰气体中小于1μm超细颗粒的脱除效率96.8%。

实施例9

文氏管洗涤器中的水的用量为：每立方米的初处理气体使用0.6L的水，其余同本发明实施例5。

结果：清洁合成气中细灰含量为0.90mg/Nm³，含灰气体中小于1μm超细颗粒的脱除效率97.0%。

实施例10

工艺参数和条件同实施例5，采用实施例2所述的设备。结果：清洁合成气中细灰含量为0.78mg/Nm³，含灰气体中小于1μm超细颗粒的脱除效率98.2%，且泡沫洗涤器不阻塞。

实施例11

工艺参数和条件同实施例5，采用实施例1所述的设备。结果：清洁合成气中细灰含量为0.79mg/Nm³，含灰气体中小于1μm超细颗粒的脱除效率98.1%，且泡沫洗涤器不阻塞。

对比例1

一个日处理1000吨煤的激冷型粉煤加压气化装置，煤灰分为27%，气化压力为4.0MPa，气化温度为1550℃，出气化室的高温气体经水激冷后，温度为221℃，压力为3.98MPa，流量为8673m³/h，气体中细灰含量为72g/m³。采用传统的“文氏管洗涤器+旋风分离器+泡沫洗涤器”工艺对该含灰气体进行洗涤净化，文氏管洗涤器采用工艺循环水作为洗涤水，泡沫洗涤器采用工艺冷凝水和工艺净化水作为洗涤水。加入文氏管洗涤器的洗涤水量40m³/h，与进入文氏管洗涤器的含灰气体的液气体积比5.03L/m³，温度差为0.5℃；

加入泡沫洗涤器的工艺冷凝水量为69m³/h、工艺净化水量为168m³/h，两者与进入泡沫洗涤器的含灰气体的温度差分别为66℃和74℃。

含细灰量为72g/m³的高含灰气体经传统的“文氏管洗涤器+旋风分离器+泡沫洗涤器”工艺洗涤净化后，从泡沫洗涤器排出的清洁合成气中细灰含量为150mg/Nm³，含灰气体中小于1μm超细颗粒的脱除效率不足60%，且泡沫洗涤器极易发生堵塞，严重影响整个系统的长周期稳定运行。

对比例2

喷淋塔中的水的温度比该待处理气体的温度低5℃，其余同本发明实施例5。

结果：清洁合成气中细灰含量为100mg/Nm³，含灰气体中小于1μm超细颗粒的脱除效率70%，且泡沫洗涤器出现阻塞。

对比例3

文氏管洗涤器中的水的温度比该初处理气体的温度低5℃，其余同本发明实施例5。

结果：清洁合成气中细灰含量为115mg/Nm³，含灰气体中小于1μm超细颗粒的脱除效率75%，且泡沫洗涤器出现阻塞。

Claims (10)

1.一种含灰气体的分级净化设备，其特征在于：所述的分级净化设备包括依次连接的一喷淋塔、一文氏管洗涤器、一分离器和一泡沫洗涤器。

2.如权利要求1所述的分级净化设备，其特征在于：所述的文氏管洗涤器包括一洗涤部、一合成气管、一个灰水管和一出气管；

较佳地，所述的合成气管与所述的喷淋塔相连接，所述的出气管与所述的分离器相连接；

较佳地，所述的合成气管位于所述的洗涤部的一侧边；所述的出气管位于所述的洗涤部的另一侧边；所述的灰水管位于所述的洗涤部的顶部；所述的灰水管的喷水口和所述的合成气管相互连通，所述的合成气管内设置有一个套管，所述的灰水管的喷水口与所述的套管的进气口相对，所述的灰水管的近邻所述的喷水口处设置有一个旋流器；所述的套管沿着气流方向包括依次相连的一个渐缩部、一个喉颈部和一个渐扩部，所述的渐缩部的口径沿着气流方向逐渐减小，所述的喉颈部为中空圆柱形，所述的渐扩部的口径沿着气流方向逐渐增大；

更佳地，所述的合成气管的直径为D，且所述的合成气管的直径D为300-800mm；所述的灰水管的喷水口距离所述的喉颈部的长度H1更佳地为0.1D～0.2D，进一步更佳地为0.15D；所述的喉颈部的长度H2更佳地为0.1D～0.2D，进一步更佳地为0.15D；所述的旋流器距离所述的灰水管的喷水口的距离H3更佳地为0.1D～0.2D，进一步更佳地为0.15D；所述的渐扩部的长度H4更佳地为0.5D～4.2D，进一步更佳地为2.5D；所述的喉颈部的直径D1更佳地为0.2D～0.5D，进一步更佳地为0.3D；所述的渐缩部的收缩角α更佳地为20°-60°，进一步更佳地为37°；所述的渐扩部的扩展角β更佳地为5°-30°，进一步更佳地为10°。

3.如权利要求1或2所述的分级净化设备，其特征在于：

所述的喷淋塔为单独的喷淋塔，或与上游工序设备耦合的喷淋塔；所述的喷淋塔包括一喷淋塔塔体、一喷淋层、一第一液体进口、一第一气体进口、一第一气体出口和一第一废水出口；较佳地，所述的喷淋层位于所述的喷淋塔塔体的上部，且与所述的第一液体进口相连通；较佳地，所述的第一气体进口和所述的第一液体进口均位于所述的喷淋塔塔体的侧边，所述的第一气体进口位于所述的第一液体进口的下方；较佳地，所述的第一气体出口位于所述的喷淋塔塔体的顶部；较佳地，所述的第一废水出口位于所述的喷淋塔塔体的底部；所述的第一气体出口与所述的文氏管洗涤器相连接；

所述的分离器包括一分离部、一第二气体进口、一第二气体出口和一第二废水出口；较佳地，所述的第二气体进口位于所述的分离部的侧边；较佳地，所述的第二气体出口位于所述的分离部的顶部；较佳地，所述的第二废水出口位于所述的分离部的底部；所述的分离器更佳地为旋风分离器；所述的第二气体出口与所述的文氏管洗涤器相连接；所述的第二气体出口与所述的泡沫洗涤器相连接；

所述的泡沫洗涤器包括一洗涤塔、一第三气体进口、一第三气体出口、一第三液体进口、一第三废水出口和一储液槽；较佳地，所述的第三气体进口位于所述的洗涤塔的侧边；较佳地，所述的第三液体进口位于所述的洗涤塔的侧边；更佳地，所述的第三气体进口和所述的第三气体出口分别位于所述的洗涤塔的对立的两侧；较佳地，所述的第三气体出口位于所述的洗涤塔的顶部；较佳地，所述的储液槽位于所述的洗涤塔的底部；较佳地，所述的第三废水出口位于所述的洗涤塔的底部，且与所述的储液槽相连；所述的第三气体进口与所述的分离器相连接。

4.如权利要求3所述的分级净化设备，其特征在于：所述的洗涤塔内自上而下依次层隔设有彼此相通的：一用于去除液滴夹带的除沫器，一用于实现气液接触进行精洗的第一段塔板层和一用于气液接触进行粗洗的喷淋层；所述的第三气体进口的垂直位置位于所述的喷淋层和所述的储液槽之间；所述的第三液体进口的垂直位置位于所述的除沫器和所述的第一塔板层之间；

或者，所述的洗涤塔内自上而下依次层隔设有彼此相通的：一用于去除液滴夹带的除沫器，一用于实现气液接触进行精洗的第一段塔板层，一用于次精洗的第二段塔板层和一用于气液接触进行粗洗的喷淋层；所述的第三气体进口的垂直位置位于所述的喷淋层和所述的储液槽之间；所述的第三液体进口的垂直位置位于所述的除沫器和所述的第一塔板层之间；所述的第一段塔板层、第二段塔板层和喷淋层相通。

5.如权利要求4所述的分级净化设备，其特征在于：所述的分级净化设备还包括一循环水泵；所述的循环水泵与所述的泡沫洗涤器的储液槽连接。

6.一种含灰气体的分级净化方法，其特征在于：所述的分级净化方法使用如权利要求1-5中任一项所述的含灰气体的分级净化设备；所述的分级净化方法包括以下步骤：将待处理气体通入所述的喷淋塔中，洗涤后，在所述的喷淋塔的第一气体出口处得初处理气体，所述的初处理气体经过所述的文氏管洗涤器洗涤，再经过所述的分离器分离，得再处理气体，所述的再处理气体进入泡沫洗涤器洗涤，即可；

其中，所述的喷淋塔中的水的温度比所述的待处理气体的温度低10℃～200℃，所述的喷淋塔中的水的用量为：每立方米的待处理气体使用0.001～10L的水；所述的文氏管洗涤器中的水的温度比所述的初处理气体的温度低10℃～200℃，所述的文氏管洗涤器中的水的用量为：每立方米的初处理气体使用0.001～10L的水；所述的泡沫洗涤器中的水的温度比所述的再处理气体的温度低0℃～200℃。

7.如权利要求6所述的分级净化方法，其特征在于：所述的待处理气体为含灰气体，较佳地为以煤、石油焦、生物质和可燃固体废弃物中的一种或多种为原料，生产的合成气或燃气；

所述的待处理气体包括水蒸气和颗粒；其中所述的颗粒的平均粒径为40μm，所述的颗粒的湿基含量为10～200g/m³气体，较佳地为40～150g/m³气体；且所述的颗粒中，粒径小于1μm的颗粒的湿基含量为0.01～60g/m³气体；所述的水蒸气的含量为50%-70%，所述百分比为占待处理气体的体积百分比。

8.如权利要求7所述的分级净化方法，其特征在于：所述的待处理气体的温度为0℃～300℃，较佳地为200～250℃；所述的待处理气体的压力为0.1～9.0MPa，较佳地为3.0～6.5Mpa，所述的压力为相对压力。

9.如权利要求6所述的分级净化方法，其特征在于：所述的喷淋塔中的水的温度比所述的待处理气体的温度低50℃～90℃；所述的喷淋塔中的水的用量为：每立方米的待处理气体使用1～8L的水；所述的文氏管洗涤器中的水的温度比所述的初处理气体的温度低50℃～90℃；所述的文氏管洗涤器中的水的用量为：每立方米的初处理气体使用1～8L的水；所述的泡沫洗涤器中的水的温度比所述的再处理气体的温度低50℃～90℃。

10.如权利要求6所述的分级净化方法，其特征在于：从所述的文氏管洗涤器中流出的气体在所述的分离器的第二气体进口的进口速度为15m/s～25m/s；

所述的喷淋塔、所述的文氏管洗涤器和所述的泡沫洗涤器中的水均为工艺净化水、工艺冷凝水和外供水中的一种或多种。