CN105214464B - 一种多级喷淋流态化尾气洗涤塔 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多级喷淋流态化尾气洗涤塔，所述洗涤塔的底部设置有尾气进气口，所述洗涤塔的顶端设置有尾气出气口，所述洗涤塔包括至少两级独立循环喷淋段，其中至少一级独立循环喷淋段内具有轻质球填料，从而形成流态化独立循环喷淋段；独立循环喷淋段由独立循环喷淋系统实施喷淋。本发明的多级喷淋流态化尾气洗涤塔可处理多组分尾气，且具有洗涤效率高、不易堵塞、清洗方便、节省成本的优点，具有广泛的应用前景。

Description

一种多级喷淋流态化尾气洗涤塔

技术领域

本发明涉及一种化工废气处理设备，尤其涉及一种多级喷淋流态化尾气洗涤塔。

背景技术

石油化工领域对于多组分反应产物的回收、多组分尾气的处理是不可绕过的研究课题，也是环境保护的迫切需求。大多数石油化工装置运用焚烧或者尾气洗涤的传统工艺来处理尾气，且多数情况下，焚烧后的尾气也需要洗涤净化后排放，所以尾气洗涤塔的应用较为广泛。特别对于苯酐、顺酐、苯甲酸、SO₂、H₂S、NH₃等物质的尾气，普遍采用洗涤塔来处理，其中以填料塔为主，部分也采用板式塔，甚至空塔喷淋。

中国专利201120226455.7公开了一种工业尾气洗涤塔，采用了两道驼峰支撑板和了两层填料；中国专利200720019389.X公开了一种苯酐尾气高效吸收塔，其采用了三级吸收工艺，一级吸收上部设置雾化喷头，二级和三级吸收都设置了浮阀塔板。但是由于尾气成分复杂多样，填料塔或是板式塔堵塞的情况经常发生，这样不仅填料和塔板造价高，堵塞后气液接触面积和传质效率降低，洗涤液耗量大，而且检修清理麻烦，造成了资源浪费、成本增加，更有可能造成环境污染。

目前苯酐的生产工艺均采用邻二甲苯、工业萘或二者混合氧化制备苯酐，其中工业萘中硫茚等杂质在氧化过程中会产生对环境造成污染的二氧化硫，随着排放标准的要求更加严格，对二氧化硫的处理成为苯酐尾气处理工艺中的一个新挑战。中国专利201310141847.7公开了一种工业尾气脱硫装置，其采用磷矿浆吸收二氧化硫，但是浆液同样存在容易堵塞、清理麻烦的问题，生产过程中必须经常停车清洗，造成了一定的经济损失。

有鉴于现有技术的上述缺陷，本领域技术人员致力于开发一种不易堵塞同时洗涤效率又高的尾气洗涤塔。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供了一种多级喷淋流态化尾气洗涤塔，所述洗涤塔的底部设置有尾气进气口，顶部设置有尾气出气口，所述洗涤塔包括至少两级独立循环喷淋段，所述独立循环喷淋段具有独立的洗涤液循环，其中至少一级独立循环喷淋段内具有轻质球填料，从而形成流态化独立循环喷淋段。

进一步地，所述独立循环喷淋段由独立循环喷淋系统实施喷淋，所述独立循环喷淋系统包括设置在所述洗涤塔塔体内的由上而下排布的喷淋头、洗涤液收集装置，以及设置在塔体外的洗涤液输送管道和布置在该管道中的洗涤液循环泵；其中，所述洗涤液收集装置与所述洗涤液输送管道相连通。所述洗涤液由喷淋头喷入独立循环喷淋段的腔室内而下流，由洗涤液收集装置收集，然后通过洗涤液输送管道经洗涤液循环泵加压后再次由喷淋头喷入独立循环喷淋段的腔室而形成独立循环。

优选地，所述独立循环喷淋系统还包括洗涤液缓冲罐，用于存放洗涤液收集装置收集到的洗涤液以备循环利用，该缓冲罐还具有提高系统稳定性，便于自动化控制的作用。

在本发明的一种较佳实施方式中，所述洗涤液收集装置包括挡液帽和集液槽，所述挡液帽和集液槽可起到升气集液的作用，所述挡液帽用于引导下流的洗涤液向集液槽内流动，所述集液槽用于收集所述洗涤液；优选地，所述集液槽被沿洗涤塔塔体横截面的圆周设置，为环形形状；进一步地，所述挡液帽可以为伞形、由中间向四周下倾的平板形或任何一种可引导液体向下流动的形状和摆放形式，所述洗涤液经所述挡液帽引导下流后进入所述集液槽内。所述集液槽与腔体上的洗涤液出口连通；进一步地，该洗涤液出口与上述洗涤液输送管道连通，在该输送管道中还设置有洗涤液缓冲罐，从而可将集液槽内的洗涤液输送至洗涤液缓冲罐中备用。进一步优选地，所述集液槽和/或所述洗涤液缓冲罐采用自动液位控制，并与所述洗涤液循环泵联锁。

优选地，当所述独立循环喷淋系统中包括多个喷淋头时，采用喷淋环管将多个喷淋头沿洗涤塔的截面圆周平均分布设置。

优选地，所述喷淋头的个数为1-10个。

进一步地，所述洗涤液输送管道上还设置有补充新鲜洗涤液的补液口和排出含有高浓度被吸收物质的洗涤液的排液口。

进一步地，所述流态化独立循环喷淋段还包括支撑栅板和限位栅板；所述支撑栅板被设置于所述流态化独立循环喷淋段的下部，位于所述洗涤液收集装置之上，用于支撑所述轻质球，使其不下落；所述限位栅板被设置于所述流态化独立循环喷淋段的上部，位于所述喷淋头之下，用于限制所述轻质球被尾气吹起后所能达到的最高位置。所述支撑栅板和所述限位栅板之间具有轻质球填料，因而可被称为轻质球填料段。

当尾气上升至轻质球填料段，气体通过支撑栅板后，吹起堆积在支撑栅板上的轻质球，使轻质球达到流态化状态，洗涤液经喷淋头均匀喷洒在轻质球上，与上升的尾气在轻质球表面充分接触，吸收尾气中的部分物质后，向下流入洗涤液集液槽内。

在气液接触过程中，流态化的轻质球使接触面的液层变薄，且不断更新，增加了吸收操作的效率，轻质球不断地碰撞和翻腾，也不会造成塔体堵塞。

优选地，所述支撑栅板和所述限位栅板的厚度为20～30mm。

优选地，所述轻质球为塑料空心球；优选地，所述轻质球的形状为圆球形或椭球形；进一步优选地，所述轻质球的材质为聚四氟乙烯、聚丙烯、增强聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯和聚偏氟乙烯中的一种或几种。

优选地，所述轻质球的直径优选为10-60mm，每段流态化床层中至少含有一种直径规格的球体。

优选地，可在所述洗涤液中添加表面活性剂，以增加所述轻质球表面的润湿性。

优选地，为保证流态化吸收效果，防止偏流，所述流态化独立循环喷淋段中的轻质球填料段被设置为多室结构；具体地，通过在该轻质球填料段内沿塔体径向设置分隔屏，将该填料段分隔为多个流态化室，流态化室的配置数目根据处理气量和气体温压等参数选取；优选地，所述多个流态化室沿塔体中心轴线均匀分布；进一步优选地，所述流态化室的数目为1～10个。轻质球填料段被分隔后，约束了轻质球的流态化空间，保证了整段中的填料与被洗涤气体的均匀接触，从而减少了该流态化填料段的偏流现象，保证了流态化洗涤效果。

在本发明的一种优选实施方式中，所述轻质球填料段被分隔屏平均分隔为圆心角相等的多个扇形流态化室。所述分隔屏的材质优选为耐腐蚀的不锈钢。

除了扇形流态化室以外，本发明的轻质球填料段还可以采用任何其它形状的流态化室，如井字形分隔、斜线分隔、环形分隔等。

进一步地，本发明所述多级喷淋流态化尾气洗涤塔的尾气进气口还连有尾气进气管，该尾气进气管优选地与所述洗涤塔的塔体成一定角度布置，即不是正对塔体的中心轴的，从大于正对塔体的中心轴的零度角开始至与塔体圆截面的圆周相切的角度范围内均可；作用是使尾气进入塔体后形成旋流，对尾气中含有的固体或液滴、上部喷淋的液体造成离心作用，使气体与固体或液体分离，减少夹带。

优选地，本发明所述多级喷淋流态化尾气洗涤塔还包括旋流板、丝网除沫器、档网、尾气分布器中的一个或多个。

优选地，本发明所述多级喷淋流态化尾气洗涤塔的总高度为40-60米，塔内径和床层高度根据尾气处理量、洗涤液喷淋密度进行优选。

本发明的多级喷淋流态化尾气洗涤塔可用于苯酐、顺酐等有机化工生产装置的尾气吸收。在洗涤有机物的同时，对苯甲酸、SO₂、H₂S、NH₃等物质的洗涤吸收。

优选地，本发明中用于吸收SO₂的洗涤液为碱液，如氨液、Ca(OH)₂、NaOH、Na₂CO₃或NaHCO₃溶液等。

在本发明的一种优选实施方式中，所述多级喷淋流态化尾气洗涤塔用于洗涤萘法和/或邻法制苯酐的工艺尾气，所述洗涤塔在吸收多种有机物的同时也吸收了SO₂气体，以减少SO₂对环境的污染，进一步采用含钠碱吸收SO₂气体可产生副产物石膏，其可促进硫的回收利用。

在本发明的一个优选实施例中，本发明的多级喷淋流态化尾气洗涤塔由下而上包括一级空塔的独立循环喷淋段和两级流态化独立循环喷淋段。当前述优选实施例用于洗涤萘法和/或邻法制苯酐的尾气时，其中所述空塔的独立循环喷淋段和位于下方的一级流态化独立循环喷淋段中的洗涤液为水，位于上方的一级流态化独立循环喷淋段中的洗涤液为碱液。

萘法和/或邻法制苯酐的尾气中通常包括SO₂、苯酐、顺酐、苯甲酸、萘醌、顺丁烯二酸、邻苯二甲酸等物质。其中，苯酐、顺酐、苯甲酸、萘醌、顺丁烯二酸和邻苯二甲酸这些有机物质都易溶于水，可在下方的两级独立循环喷淋段中被吸收，而SO₂则主要在最上面的一级流态化独立循环喷淋段中被吸收。萘法和/或邻法制苯酐的尾气温度一般在50～80℃，经两级洗涤吸收后尾气的温度降至30～40℃范围，经第三级的碱液洗涤吸收后，排放的气体中微量有机物的排放值低于10mg/Nm³，SO₂排放值低于50mg/Nm³。

本发明的多级喷淋流态化尾气洗涤塔具有以下有益技术效果：

1.多级独立喷淋可处理多组分尾气，各级洗涤液单独循环使用，分别吸收不同的组分，方便了这些组分的后续处理，且降低了洗涤液的消耗量；

2.尾气、洗涤液和轻质球组成气液固三相共存的流态化状态，气液经轻质球表面接触，传质效果极佳，喷淋密度大；

3.流态化的轻质球不断地碰撞和翻腾，剧烈运动使其表面难以附着物料，能有效防止物料在塔内堵塞；

4.使用范围广，多级喷淋可实现对不同组分的介质吸收，可在一个塔内完成不同任务的吸收功能，节省占地和投资；

5.塔内设置简单，系统检修方便，仅需更换轻质球填料即可，且轻质球的更换也非常方便；

6.在轻质球填料段中设置多个流态化室，可使气流及轻质球分布均匀，防止偏流。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明多级喷淋流态化尾气洗涤塔的一个较佳实施例的结构示意图；

图2是本发明被分隔屏分隔为多个独立流态化室的轻质球填料段的较佳实施例的横截面结构示意图。

具体实施方式

如图1所示为本发明的一个三级喷淋流态化尾气洗涤塔的结构示意图，该洗涤塔的底部为一级独立循环喷淋段，该段为空塔喷淋段，其中设置有尾气进气口N1；一级独立循环喷淋段之上为二级独立循环喷淋段，该段为流态化喷淋段；二级独立循环喷淋段之上为三级独立循环喷淋段，该段也为流态化喷淋段；三级喷淋段之上为烟囱段，具有尾气出气口N2。

在该洗涤塔的塔体内每一级的顶部都设置有喷淋环管11、21、31，环管上设置有多个喷淋头用于向下均匀喷洒洗涤液，尾气由进气口N1进入一级独立循环喷淋段，经一级洗涤后的洗涤液收集在塔底，由洗涤液出口N3流出，经过一级循环泵12加压后从洗涤液输送管道和洗涤液入口N4重新进入一级喷淋环管11中被再次喷洒形成一个独立循环。

尾气上升进入二级独立循环喷淋段，该二级喷淋段的上部设置有二级喷淋环管21，向下依次设置有限位栅板22、轻质球填料23、支撑栅板24、挡液帽25和集液槽26。该挡液帽25由中间向四周下倾，类似于伞状，该挡液帽的底部还具有支撑脚；该集液槽26与洗涤液出口N5连通，然后通过洗涤液输送管道与塔体外的二级缓冲罐27及二级循环泵28相连。洗涤液由喷淋环管21上的喷淋头向下均匀喷洒在流态化的轻质球23上，同时轻质球受到上升尾气的冲击而不断地碰撞和翻腾，使轻质球表面的液层很薄，且不断更新，剧烈的运动也使其表面难以附着物质，难以造成塔体的堵塞；从支撑栅板24流下的洗涤液受到挡液帽25的阻挡顺势流入环塔体设置的集液槽26内，然后从出口N5流出，进入二级缓冲罐27而被收集，由二级循环泵28送至二级独立循环喷淋段入口N6，其与二级喷淋环管21相连通，形成第二个独立循环。

尾气继续上升至三级独立循环喷淋段，该三级喷淋段的上部设置有除沫器30和三级喷淋环管31，向下依次设置有限位栅板32、轻质球填料33、支撑栅板34、挡液帽35和集液槽36，集液槽36与洗涤液出口N7连通，然后通过洗涤液输送管道与塔体外的三级缓冲罐37及三级循环泵38相连。尾气进入后经过与二级喷淋段相同的过程，洗涤液由喷淋环管31上的喷淋头向下均匀喷洒在流态化的轻质球33上，通过不断的碰撞和翻腾，使轻质球表面的液层很薄，且不断更新，处理后的尾气向上经过除沫器30外排；从支撑栅板34流下的洗涤液受到挡液帽35的阻挡顺势流入环塔体设置的集液槽36内，然后从出口N7流出，进入三级缓冲罐37，再由三级循环泵38送至三级独立循环喷淋段入口N8，其与三级喷淋环管31，形成第三个独立循环。

进一步，每一级洗涤液的传输管道环路上都设置有补充洗涤液的入口和排出洗涤液的出口，当洗涤液中的吸收物质浓度达到一定值后洗涤液被排出进行下一步的处理，同时也会补充新鲜洗涤液；如图1中所示，一级独立循环喷淋段的输送管道上具有补液口N9和排液口N10，二级独立循环喷淋段的输送管道上具有补液口N11和排液口N12，三级独立循环喷淋段的输送管道上具有补液口N13和排液口N14。

上述洗涤塔充分利用了轻质球传质效率高，不易堵塞的特性，将不同组分的吸收集合在同一座塔体中，分别吸收，独立处理，使一座塔具有多重功能，节省了装置投资，增加了操作灵活性。

实施例2

为保证流态化吸收的效果，防止偏流，本实施例将所述轻质球填料段用分隔屏分隔成多个独立流态化室，具体流态化室的配置数目根据处理气量和气体温压等参数选取，图2显示了含有1至8个等圆心角扇形独立流态化室的轻质球填料段的截面示意图。图中a-h分别对应1-8个独立流态化室。

轻质球填料段被分隔为多个独立的流态化室后，约束了轻质球的流态化空间，使其不易整体聚集在塔体的某个部位，保证了整个流态化填料段与被洗涤气体的均匀接触，从而减少了偏流现象，保证了流态化洗涤效果。

实施例3

将实施例1中的三级喷淋流态化洗涤塔用于处理生产苯酐的尾气时，空塔的一级独立循环喷淋段中的洗涤液为水，主要吸收尾气中的水溶性有机物，如苯酐、顺酐、苯甲酸、萘醌、顺丁烯二酸和邻苯二甲酸，收集的洗涤液送入有机物富集液处理工段处理；二级流态化独立循环喷淋段中的洗涤液也为水，进一步促进水溶性有机物的充分吸收，收集的洗涤液送入有机物富集液处理工段处理；三级流态化独立循环喷淋段中的洗涤液为碱液，主要用于吸收SO₂，收集的洗涤液送入脱硫液处理工段处理，例如可以制成石膏等产品。

在本实施例中采用邻二甲苯和工业萘混合氧化制备苯酐的尾气温度为50～80℃，压力为5～10kPaG，经过前两级的独立循环喷淋段的吸收后，尾气的温度降为30～40℃，有机物被水洗涤吸收，经过第三级流态化独立循环喷淋段的吸收后，SO₂被吸收去除，压力降为常压，各阶段尾气中主要组分的质量分数如下表所示：

主要组分	进塔尾气	二级吸收后尾气	三级吸收后尾气
				N2	70～80％	70～80％	70～80％
O2	15～19％	15～19％	15～19％
				SO2(mg/Nm3)	150～600	150～600	＜50
H2O	1～3％	3～6％	3～6％
				C8H4O3苯酐	0.05％～0.11％	微量	微量
C4H2O3顺酐	0.05％～0.1％	微量	微量
				C7H6O2苯甲酸	微量	微量	微量
C10H6O2萘醌	微量	微量	微量
				C4H4O4顺丁烯二酸	微量	微量	微量
C8H6O4邻苯二甲酸	微量	微量	微量

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于洗涤萘法和/或邻法制苯酐的工艺尾气的多级喷淋流态化尾气洗涤塔，所述洗涤塔的底部设置有尾气进气口，顶部设置有尾气出气口，其特征在于，所述洗涤塔由下而上包括一级空塔的独立循环喷淋段和两级流态化独立循环喷淋段，所述独立循环喷淋段具有独立的洗涤液循环，其中所述空塔的独立循环喷淋段和位于下方的一级流态化独立循环喷淋段中的洗涤液为水，位于上方的一级流态化独立循环喷淋段中的洗涤液为碱液，其中流态化独立循环喷淋段内具有轻质球填料，所述流态化独立循环喷淋段中的轻质球填料段被设置为多室结构。

2.如权利要求1所述的用于洗涤萘法和/或邻法制苯酐的工艺尾气的多级喷淋流态化尾气洗涤塔，其特征在于，所述独立循环喷淋段由独立循环喷淋系统实施喷淋，所述独立循环喷淋系统包括设置在所述洗涤塔塔体内的由上而下排布的喷淋头、洗涤液收集装置，以及设置在塔体外的洗涤液输送管道和布置在所述洗涤液输送管道中的洗涤液循环泵；其中，所述洗涤液收集装置与所述洗涤液输送管道相连通。

3.如权利要求2所述的用于洗涤萘法和/或邻法制苯酐的工艺尾气的多级喷淋流态化尾气洗涤塔，其特征在于，所述独立循环喷淋系统还包括洗涤液缓冲罐，用于存放洗涤液收集装置收集到的洗涤液。

4.如权利要求2所述的用于洗涤萘法和/或邻法制苯酐的工艺尾气的多级喷淋流态化尾气洗涤塔，其特征在于，所述洗涤液收集装置包括挡液帽和集液槽，所述挡液帽用于引导下流的洗涤液向集液槽内流动，所述集液槽用于收集所述洗涤液。

5.如权利要求2所述的用于洗涤萘法和/或邻法制苯酐的工艺尾气的多级喷淋流态化尾气洗涤塔，其特征在于，所述洗涤液输送管道上还设置有补充新鲜洗涤液的补液口和排出含有高浓度被吸收物质的洗涤液的排液口。

6.如权利要求2所述的用于洗涤萘法和/或邻法制苯酐的工艺尾气的多级喷淋流态化尾气洗涤塔，其特征在于，所述流态化独立循环喷淋段还包括支撑栅板和限位栅板；所述支撑栅板被设置于所述流态化独立循环喷淋段的下部，位于所述洗涤液收集装置之上；所述限位栅板被设置于所述流态化独立循环喷淋段的上部，位于所述喷淋头之下。

7.如权利要求2所述的用于洗涤萘法和/或邻法制苯酐的工艺尾气的多级喷淋流态化尾气洗涤塔，其特征在于，还包括旋流板、丝网除沫器、档网、尾气分布器中的一个或多个。

8.如权利要求1或2所述的用于洗涤萘法和/或邻法制苯酐的工艺尾气的多级喷淋流态化尾气洗涤塔，其特征在于，所述轻质球为塑料空心球。

9.如权利要求1或2所述用于洗涤萘法和/或邻法制苯酐的工艺尾气的多级喷淋流态化尾气洗涤塔，其特征在于，所述多级喷淋流态化尾气洗涤塔的总高度为40-60米。

10.如权利要求1或2所述的用于洗涤萘法和/或邻法制苯酐的工艺尾气的多级喷淋流态化尾气洗涤塔在含有苯酐、顺酐、苯甲酸、SO₂、H₂S、NH₃中的一种或多种的尾气洗涤中的应用。