CN106110841B - 一种沼气提纯用的水洗吸收塔 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种沼气提纯用的水洗吸收塔，筒体内部的液相进口和气相进口分布器之间设有总数为奇数的筛板，所述筛板由奇数塔板和偶数塔板间隔竖直排列而成且最上层和最下层塔板为奇数塔板，每块奇数塔板上设有两个挡液板、中心设有可拆卸的检查孔堵板，检查孔堵板上装有溢流堰，奇数塔板两端朝下设有降液板；偶数塔板两侧与奇数塔板降液板对应的位置设有“弓形”的溢流堰，偶数塔板的中心设有可拆卸降液管。该吸收塔塔阻力小，塔板上采用气、液并流接触的方式，延长了气液接触时间，强化了气液传质效果，吸收效率高，设备投资省。此塔能使塔内的水吸收液与沼气充分有效地接触，提高水吸收液脱除沼气中二氧化碳的效率，沼气提纯效果更加显著。
Description
技术领域
本发明涉及沼气提纯制备生物天然气领域，特别是涉及一种沼气提纯用的水洗吸收塔。
背景技术
吸收塔是实现吸收操作的设备，按气液相接触形态分为三类，第一类是气体以气泡形态分散在液相中的板式塔、鼓泡吸收塔、搅拌鼓泡吸收塔；第二类是液体以液滴状分散在气相中的喷射器、文氏管、喷雾塔；第三类为液体以膜状运动与气相进行接触的填料吸收塔和降膜吸收塔。塔内气液两相的流动方式可以逆流也可并流，通常采用逆流操作，吸收剂以塔顶加入自上而下流动，与从下向上流动的气体接触，吸收了吸收质的液体从塔底排出，净化后的气体从塔顶排出。
沼气是一种以甲烷和二氧化碳为主的低热值生物质气体，可以通过脱硫、脱二氧化碳、脱水等净化处理环节制精制为满足生物天然气标准的生物天然气。早期的沼气主要来自于农业废弃物处理，规模小，产气量低，大部分用于农户燃气自用，随着环境保护、环境治理意识增强，对再生能源的利用也逐渐得到重视，沼气生产规模越来越大，大部分来源于污水、污泥、垃圾处理的厌氧发酵系统，沼气的利用也慢慢从发电并入电网发展到提纯制成生物天然气并入城市燃气管网或进一步处理制成车用压缩生物天然气供加气站，因此，提纯是沼气应用领域一个至关重要的环节。
沼气提纯有四种方法可以实现，分别是吸收法、变压吸附法、低温冷凝法和膜分离方法，广泛采用的是吸收法中的水洗法，通过水洗法来脱除沼气中的二氧化碳是领域内的常见工艺，吸收提纯法是利用有机胺溶液与二氧化碳的物理化学吸收特性来实现的，即在吸收塔内的加压、常温条件下与沼气中的二氧化碳发生吸收反应进行脱碳提纯甲烷，吸收富液在再生塔内的减压、加热条件下发生逆向解析反应，释放出高纯度的二氧化碳气体，同时富液得到再生具备重新吸收二氧化碳的能力，从而实现沼气在吸收塔内的连续脱碳提纯甲烷过程，并使得脱碳液进行连续的吸收、再生循环工作。吸收塔的吸收效率直接影响沼气的提纯效果，现有的板式塔采用单层筛板，速度快，吸收效率低，经常需要用大量的吸收液才能达到预期的吸收效果，吸收液吸收不充分就被排放出去，十分浪费。因此，有必要对现有的吸收塔进行改进，使其喷淋出的吸收液吸收更充分，从而提升沼气的提纯效果，提高沼气的利用价值。
发明内容
为解决现有吸收塔存在的上述至少一个问题，本发明的目的在于提供一种气体和液体在塔板上以并流、旋流混合的形式充分接触，塔板上气液相接触时间长，吸收效率高的一种沼气提纯用的水洗吸收塔。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种沼气提纯用的水洗吸收塔，包括筒体，筒体顶部设有气相出口，下部设有气相进口分布器，筒体底部设有液相出口，筒体上部设有液相进口，筒体内部的液相进口和气相进口分布器之间设有总数为奇数的筛板，所述筛板由奇数塔板和偶数塔板间隔竖直排列而成且最上层和最下层塔板为奇数塔板，每块奇数塔板上设有两个挡液板、中心设有可拆卸的检查孔堵板，检查孔堵板上装有溢流堰，奇数塔板两端朝下设有降液板；每块偶数塔板上设有两个挡液板且与奇数塔板降液板位置对应，偶数塔板两侧与奇数塔板降液板对应的位置设有“弓形”的溢流堰，偶数塔板的中心设有可拆卸降液管。
进一步地，奇数塔板和偶数塔板设有冲孔区域，所述冲孔区域为同心圆，冲孔区域内部设有沿中心按正三角形错开均匀排列的冲孔，冲孔与塔板按一定角度倾斜，倾斜方向与塔板上的液体流动方向一致，冲孔截面与同心圆垂直且与塔板垂直。
优选地，所述冲孔的孔径为6-20mm，孔中心距为孔径的2-3倍。
优选地，最下层的奇数塔板上的降液板垂直塔板安装且降液板下端伸至筒体底部，其他的奇数塔板上的降液板下端沿竖直角度向塔壁方向倾斜20°。
优选地，还包括丝网除沫器、篦子板、上人孔、下人孔和排污口，气相出口和液相进口之间设有丝网除沫器，上人孔位于丝网除沫器下面，下人孔位于气相进口分布器的下面，液相进口底部设有排污口，篦子板位于最下层的奇数塔板和气相进口分布器之间。
优选地，篦子板下部的筒体一侧设有一上一下两个液位计根部管，且上面的液位计根部管低于气体进口分布器。
本发明具有以下有益效果：（1）该吸收塔吸收效率高，塔板上采用气、液并流接触的方式，沼气通过斜孔与水溶液并流接触，实现了沼气较好的均匀分布，也强化了气液间的流动，促进沼气中二氧化碳向水溶液的溶解与扩散分布，提高了吸收效率，各塔板之间的降液均通过溢流堰进入下一层塔板，有效杜绝塔板气体走近路，有效地提高了沼气中吸收液脱除二氧化碳的效果，提纯效果更加显著；（2）塔阻力小，各塔板上气相、液相均处于动态的并流状态，在塔板上方形成的液面高度并不高，这样一来，正常运行中，气体在塔内需穿过的液层厚度不高，塔阻力可以维持在20KPa以内操作；（3）投资节省，根据塔结构特点，该塔采用气液并流，液相旋流的吸收方式，特有的气液接触让其传质效率比传统的填料水洗吸收塔效率高，设备塔型可以做得更小，紧凑，设备投资要降低约40%；（4）该吸收塔还可适用于其他领域，适用范围广，可广泛运用于气、液两相吸收工况，根据负荷大小、介质差异来调整塔径、塔板间距、筛板冲孔孔径和间距、降液管直径、溢流堰高度等参数，以满足不同工况的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
附图1为本发明实施例的结构示意图。
附图2为本发明实施例的A-A剖面示意图；
附图3为本发明实施例的B-B剖面示意图；
附图 4为本发明实施例的C-C剖面示意图；
附图5为附图3和附图4中I孔放大图。
附图中，1是气相进口，2是丝网除沫器，3是上人孔，4是液相进口，5是挡液板，6是检查孔堵板，7是奇数塔板，8是奇数塔板上的降液板，9是偶数塔板的溢流堰，10是偶数塔板，11是偶数塔板上的降液管，12是奇数塔板中心的溢流堰，13是篦子板，14是气相进口分布器，15是最下层奇数塔板的降液板，16是液位计根部管，17是下人孔，18是液相出口，19是排污口，20是筒体；101是气相进口分布器，102是液相出口，103是液位计根部管，104是最下层奇数塔板的降液板。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明。
一种沼气提纯用的水洗吸收塔，包括筒体20，筒体顶部设有气相出口1，下部设有气相进口分布器14，筒体底部设有液相出口，筒体上部设有液相进口，筒体内部的液相进口4和气相进口分布器14之间设有总数为奇数的筛板，筛板由奇数塔板和偶数塔板间隔竖直排列而成且最上层和最下层塔板为奇数塔板，每块奇数塔板7上设有两个挡液板5、中心设有可拆卸的检查孔堵板6，检查孔堵板上装有溢流堰12，奇数塔板两端朝下设有降液板8；每块偶数塔板10上设有两个挡液板且与奇数塔板降液板位置对应，偶数塔板两侧与奇数塔板降液板对应的位置设有“弓形”的溢流堰9，偶数塔板的中心设有可拆卸降液管11。
一个活动可拆卸的降液管，塔板上的液是由中间的降液管进入下一层奇数塔板中心的。若需进入下一层塔板检查时，拆开中心降液管即可。
奇数塔板和偶数塔板可设置冲孔区域，所述冲孔区域为同心圆，冲孔区域内部设有沿中心按正三角形错开均匀排列的冲孔，冲孔与塔板按一定角度倾斜，倾斜方向与塔板上的液体流动方向一致，冲孔截面与同心圆垂直且与塔板垂直。如冲孔的孔径为6-20mm，孔中心距为孔径的2-3倍。如附图5所示，奇数塔板和偶数塔板上，液体流动方向为水平的，而由于冲孔与塔板按一定角度倾斜，所以气体的流动方向为倾斜向上的。
可将最下层的奇数塔板上的降液板15垂直塔板安装，降液板下端伸至筒体底部，应确保插入塔内锅底液位在30%时的液面中，防止入塔气体走近路；其他的奇数塔板上的降液板8下端沿竖直角度向塔壁方向倾斜20°，减小了降液板下端与塔壁之间距离，避免因安装偶数筛板两侧溢流堰而减少偶数筛板上的开孔区域面积。
该吸收塔还可以设置丝网除沫器、篦子板、上人孔、下人孔和排污口，气相出口和液相进口之间设有丝网除沫器2，上人孔3位于丝网除沫器下面，下人孔17位于气相进口分布器的下面，液相进口底部设有排污口19，篦子板位于最下层的奇数塔板和气相进口分布器之间。
该吸收塔还可以在篦子板下部的筒体一侧设有一上一下两个液位计根部管，且上面的液位计根部管低于气体进口分布器，比如可将气体进口分布器安装高于上面的液位计根部管200mm以上的位置，从而防止高液位时液体倒串入气体管内。如附图2所示，101是气相进口分布器，102是液相出口，103是液位计根部管，104是最下层技术塔板的降液板。
在沼气提纯领域，使用该吸收塔时塔内气相工作过程如下：沼气从塔下部进入，通过气体分布器均匀分布后，由下而上，依次通过各塔板斜孔，与塔板上方与斜孔方向一致的吸收液一起旋流、充分接触，沼气中的二氧化碳被塔板上的吸收液逐步吸收，越往上走，气体中残余的二氧化碳越低，而塔板上水中二氧化碳吸收量越低、吸收能力越强，从而实现沼气进入最顶层塔板时，沼气中的二氧化碳已充分被吸收液吸收脱除，达到工艺指标要求。沼气进入塔顶部空间缓冲，大部分夹带的液滴回落到塔板，剩余部分水滴，经过塔顶丝网除沫器后被分离，脱除二氧化碳的沼气从塔顶引出，送往后工序设备。
此时，使用该吸收塔时塔内液相工作过程如下：吸收液从塔顶的液相进口通过入塔液体总管，引入塔底第一层奇数筛板上，通过塔板上的挡液板分流成两股液体，沿塔板中心顺时针方面旋流，如附图3中箭头所示，分别进入两侧降液板，流入偶数塔板溢流堰内，再溢流进入偶数塔板，在偶数塔板上通过挡液板将从两侧溢流堰流出的液体没塔壁顺时针旋流，如附图4中箭头所示，最后汇集的塔板中心的降液管，通过偶数塔板中心降液管流入下一层奇数塔板中心堵板上的溢流堰，再从溢流堰流入奇数塔板，重复前面的过程，液体在塔内从上到下逐层下降，与塔板下方穿过塔板斜孔进入塔板上方的气体，保持一致的旋流方向，并流接触，延长吸收时间。最终经过最底层奇数塔板降液板进入塔锅底，由液相出口引出，吸收二氧化碳的吸收液送往后工序的再生装置进行再生。
本发明是结合了筛板塔和旋流板塔两种结构的优势，对塔板结构进行创新，优化了塔板上气体和液体的分布和接触方式，延长气液接触时间，提高了吸收效果和塔效率。主要优点体现在以下几个方面：
（1）液体的流动方向优化：利用塔板上的挡液板导流改变奇、偶数塔板上液体流动方向，在奇数塔板上，液体由塔板中心上方流入，由奇数塔板中心部位的溢流堰四周溢出，通过两个档液板将溶液导流至沿塔板中心分成两股呈顺时针方向旋转的流体，每股流体旋转流入靠近塔壁的两个相对称设置的降液板，进入下一层偶数塔板的溢流堰，液体由两侧的溢流堰流入偶数塔板上，通过两个挡液板导流后形成两股沿塔壁向心顺时针方向旋流的流体，最后，偶数塔板上的液体汇集到塔板中心的降液管而流入下一层奇数塔板中心部位的溢流堰内，如此交替重复，流体在塔内由上至下逐层流入各塔板，塔板之间设置的降液的溢流堰，有效杜绝塔内气体在两塔板之间走近路。
（2）气体流动方向优化：相比传统板式塔在塔板上垂直钻孔或安装升气管、泡罩等方式形成气体和液体在塔内逆流垂直接触的方式，并流式旋流板筛板吸收塔着重于突出塔板上气、液相实现“并流”的接触方式，在各层塔板上按一定倾斜角度冲孔，冲孔孔径常用6-10mm,也可视吸收液表面张力情况选用孔径更大的孔径（10-20mm）。孔中心距一般取孔径的2-3倍。冲孔区域为沿塔板中心间距15-25mm同心圆，且按正三角形错开排列均布、倾斜方向与液体流动方向一致，使各塔板下方的气体通过筛板上的斜孔，进入塔板上方，气体在塔板上方的流动方向与塔板上的液体流向一致，气体和液体在塔板上以并流、旋流混合的形式充分接触，延长了塔板上气液接触的时间，提高了吸收效率。
（3）塔板降液装置及溢流堰的优化：在不影响降液的前提下，将奇数塔板降液板下端沿竖直角度向塔壁方向倾斜20°，减小了降液板下端与塔壁之间距离，避免因安装偶数筛板两侧溢流堰而减少偶数筛板上的开孔区域面积。偶数塔板中心的降液管设置为可拆卸的DN450法兰连接长度为250mm的降液管，下端为DN450/DN300大小头，实现在奇数塔板中心检查堵板上安装溢流堰而不缩小塔板上开孔区面积的目标。经过优化后，塔操作弹性变大，在低负荷、低液相流量的工况下，也不会出现因塔板液面高度不够，而出现气体在塔板间走近路的问题。
本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种沼气提纯用的水洗吸收塔，包括筒体，筒体顶部设有气相出口，下部设有气相进口分布器，筒体底部设有液相出口，筒体上部设有液相进口，其特征在于，筒体内部的液相进口和气相进口分布器之间设有总数为奇数的筛板，所述筛板由奇数塔板和偶数塔板间隔竖直排列而成且最上层和最下层塔板为奇数塔板，每块奇数塔板上设有两个挡液板、中心设有可拆卸的检查孔堵板，检查孔堵板上装有溢流堰，奇数塔板两端朝下设有降液板；每块偶数塔板上设有两个挡液板且与奇数塔板降液板位置对应，偶数塔板两侧与奇数塔板降液板对应的位置设有“弓形”的溢流堰，偶数塔板的中心设有可拆卸降液管；
奇数塔板和偶数塔板设有冲孔区域，所述冲孔区域为同心圆，冲孔区域内部设有沿中心按正三角形错开均匀排列的冲孔，冲孔与塔板按一定角度倾斜，倾斜方向与塔板上的液体流动方向一致，冲孔截面与同心圆垂直且与塔板垂直；所述冲孔的孔径为6-20mm，孔中心距为孔径的2-3倍；最下层的奇数塔板上的降液板垂直塔板安装且降液板下端伸至筒体底部，其他的奇数塔板上的降液板下端沿竖直角度向塔壁方向倾斜20°。
2.根据权利要求1所述的沼气提纯用的水洗吸收塔，其特征在于，还包括丝网除沫器、篦子板、上人孔、下人孔和排污口，气相出口和液相进口之间设有丝网除沫器，上人孔位于丝网除沫器下面，下人孔位于气相进口分布器的下面，液相出口底部设有排污口，篦子板位于最下层的奇数塔板和气相进口分布器之间。
3.根据权利要求2所述的沼气提纯用的水洗吸收塔，其特征在于，篦子板下部的筒体一侧设有一上一下两个液位计根部管，且上面的液位计根部管低于气体进口分布器。
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