CN111380377A - 一种急冷塔及含硫气体净化工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效急冷塔。该急冷塔包括多级旋转填料床，旋转填料床竖直设置在急冷塔或烟气通道的竖直段中部；其中，所述旋转填料床底部设置床层支撑组件，床层支撑组件固定连接转动轴，转动轴连接联轴器，联轴器与烟道壁之间设置密封构件，每级旋转填料床均通过联轴器与烟道或急冷塔外设置的驱动电机连。本发明的急冷塔可用于气体的冷却、净化等过程。喷淋及冷却过程均采用旋转填料床，能够实现液滴的雾化及均匀分散、达到低液气比下脱硫、冷却的目的。

Description

一种急冷塔及含硫气体净化工艺
技术领域
本发明涉及化工设备领域，尤其是一种急冷塔，尤其适合需要降温或者脱硫的气液传质过程。
背景技术
石油化工或煤化工行业中，无论是生产过程还是后续加工过程，往往都有尾气需要处理，烟气在处理过程中，需要对烟气尾气进行急冷处理，目前急冷塔通过冷却水对烟气进行冷却处理，同时也可以回收热量。但是由于烟气在急冷塔内部的停留时间短，烟气的冷却时间较短，烟气的冷却效率低，冷却效果差。目前，对烟气冷却的形式有很多种，一般采用在烟道中布置喷淋管或设置烟气冷却器等，但均存在换热效率低、循环水消耗量大等问题。
CN106970530A公开了一种用于湿法脱硫的节能节水系统，包括一级烟气冷却器、烟气输入管道、烟气预处理系统、二级烟气冷却器、脱硫塔、烟道除雾器、烟气冷凝器、烟囱除雾器、烟囱及暖风器等，能实现烟囱入口的烟气余热回收利用，但设备较为复杂。
CN106767043A公开了一种烟气冷却装置，包括用于通入高温烟气的上管箱、用于通出冷却后烟气的下管箱、连通在上管箱和下管箱之间的换热管及换热机构，换热机构包括用于通入冷却水及换热后水蒸气的筒体及折流机构、进出口等，该发明安全系数高，换热效率高，但运行成本较高，耗水量大。
CN20361701U公开了一种高效烟气冷却的急冷塔，主要包括急冷塔本体、烟气进口、雾化喷头等，该急冷塔将烟气气泡在冷却水中打碎，经过冷空气与烟气的混合，换热效率有一定提高。
CN102022930A公开了一种高温烟气冷却设备，由板构件组成若干热交换通道，在板构件间每隔一定距离设置一连接件，该高温烟气冷却设备主要是通过板构件振动，避免灰尘急停留在板构件上，同时保证冷却设备的使用效果。
随着国家对环保及能耗提升的重视，如何减少耗水量、实现高效降温冷却，开发高效的烟气冷却装置是目前需要解决的问题。因此，需要寻找一种低消耗量、高传质效率的降温、脱硫方法，减少废液的排放量，降低能耗。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种高效含硫气体的脱除、急冷方法及其设备。高温含硫气体经过多级喷淋、冷却，实现脱硫及降温，净化后低温气体进入后续装置。每级喷淋过程均采用旋转填料床，实现液滴的均匀分散，实现低液气比条件下的脱硫、冷却的目的。
该方法可以用于高温烟气冷却，也可用于含硫烟气脱硫。根据用途不同，进料口可以分别通入循环水或脱硫液体如碱液等。
本发明第一方面提供了一种高效急冷塔。
一种高效急冷塔，其包括多级旋转填料床，所述的旋转填料床竖直设置在急冷塔或烟气通道的竖直段中部；多级旋转填料床呈上下布置；旋转填料床上部与急冷塔内壁或烟气通道内壁之间设置密封构件；旋转填料床底部设置床层支撑组件，床层支撑组件固定连接转动轴，所述转动轴连接联轴器；每级旋转填料床均通过联轴器与烟道或急冷塔外设置的驱动电机连接。
进一步的，所述的旋转填料床可以设置2-8级，优选设置3-6级。多级旋转填料床之间设置合适的距离，该距离约为2000-1000mm，优选为300-500mm。
进一步的，所述的旋转填料床上沿（部）与急冷塔或烟气通道内壁之间的密封构件，及联轴器与急冷塔壁或烟道壁之间的密封构件均为可转动的动密封结构。动密封结构可以选用机械密封、或者轴承密封等形式。
进一步的，旋转填料床采用耐腐蚀框架和床层构成，床层采用耐腐蚀金属丝网或填料构成；旋转填料床外形为圆柱筒形，旋转填料床与急冷塔塔壁或烟道内壁之间设置适宜空隙，形成环状空间。旋转填料床外边缘与烟气通道内壁或急冷塔内壁之间距离为2-100mm，优选为10-50mm。旋转填料床中心为圆柱形空筒，液相进料分布器设置在该圆柱形空筒中，进料分布器与旋转床之间具有适宜空隙，形成环状空间，该缝隙可以为5-100mm，优选为40-60mm。进料分布器上设置适宜的物料分布孔，物料分布孔可以为三角形、圆形或四方形，优选为圆形；孔径大小为1-10mm，优选为5-8mm；所有孔径的截面积之和为进料分布管截面积的1-3倍，优选为4/3-2倍。液相进料分布器与转动床体的轴向长度对应。旋转填料床一端设置固定板，固定板可以设置在转动床体上部，也可以设置在转动床体下部，旋转轴与固定板固定连接，旋转轴竖直设置。
进一步的，除了最下面的旋转填料床以外，在其他的旋转填料床的下部还设置有集液槽。所述集液槽包括竖直设置的立板和与立板下沿密闭连接的底板，立板、底板与急冷塔塔壁或烟道内壁构成了用于收集吸收后液体的槽状结构。集液槽的外部设置液相出口，该液相出口可以通过管线与下一级旋转填料床的吸收液进料入口相连通。立板的上边缘通过拉杆固定在急冷塔内壁或者烟道壁上，立板的上边缘与床层支撑组件之间存在间隙，该间隙一般为1-20mm，优选为2-5mm。集液槽高度约为旋转填料床高度的1/4-1倍，优选为1/3-1/2倍。
本发明的每级旋转填料床中，旋转填料床的转速一般为50～5000转/分（rpm），优选为150～2000rpm。反应物料在反应器内的停留时间一般为2～600秒，优选为10～100秒。
每级旋转填料床的填料可以选择相同的填料，也可也选择不同的填料。旋转填料床分散液体的效果好，能够有效实现强化传质。
进一步的，每级所述的旋转填料床还包括液相进料分布器。液相进料分布器分布于液相进料管的出口段，其长度与旋转填料床的轴向长度相对应。液相分布器通常是由进料管出口段上设置物料分布孔得到的。
本发明第二方面提供了一种含硫气体的净化或冷却工艺，可以用于高温气体的冷却降温过程，也可以应用于其他需要吸收或者多级反应的工艺过程。其中，净化和冷却设备主要采用了前述的高效急冷塔。
采用碱液作为吸收液，以含硫气体脱硫为例，进一步的，本发明的含硫气体净化工艺包括以下内容：
待脱硫气体如含有SO2气体的烟气从气相入口进入烟道，气相在穿过烟道的过程中，与烟道中设置的三级旋转填料床接触，烟气从旋转填料床穿过，首先与第三级旋转填料床中心设置的第三级液相分布器喷出的碱液吸收液进行错流接触，第三级液相分布器喷出的碱液吸收液部分来自第二级旋转填料床；第三级液相分布管经设置的分布孔将物料分散到高速转动的转动床层组件内壁上，形成剧烈撞击，实现强化混合；物料在流过床层时，不断被床层切割，物料在此反复实现分散－聚并过程，强化了混合效果。物料在高速运转的床层作用下被甩离床层，并高速撞击在烟道内壁上，再次强化混合效果，进一步充分反应，充分利用于物料的动能。气相中的SO2部分被碱液吸收液所吸收；气体继续向上流动，与第二级旋转填料床及第一级旋转填料床中设置的液相分布器喷出的碱液再次接触，第二级液相分布器喷出的碱液吸收液部分来自第一级旋转填料床；气液相在流过转动床层时，不断被床层切割，物料在此反复实现分散－聚并过程，强化了吸收混合效果。保证气体中剩余的微量SO2再次被吸收净化，吸收净化后的气体经烟道出口排出，反应后的碱液吸收液经过底部设置的液相出口排出急冷塔。
与现有技术相比，本发明的高效脱硫、急冷塔具有强化传质及避免积液的优点，通过在急冷塔或烟气通道内设置多级旋转填料床，物料在高速转动的床层组件内壁上，形成剧烈撞击，实现再次的强化混合；物料在流过床层时，不断被床层切割，物料在此反复实现分散－聚并过程，强化了混合效果。物料在高速运转的床层作用下被甩离床层，并高速撞击在塔内壁上，再次强化混合效果，进一步充分反应，充分利用于物料的动能，在达到相同反应效果时，需要的动力消耗降低。同时，上级吸收液吸收利用后与新鲜吸收液混合作为下一级的吸收液再次使用，提高了吸收液的利用率，降低了吸收液用量；采用该工艺方法实现气相的冷却或净化过程，可以实现液体的均匀分散，增大了液体的比表面积，提高液体与气体的传质效率，具有多级传质、传质传热效率高、节省循环水或吸收液用量、减少冷却时间等优点。同时，极大地降低了能耗。
附图说明
图1是本发明的高效急冷塔的结构示意图。
其中，1为气体入口，2为三级旋转填料床，3为二级旋转填料床，4为一级旋转填料床，5为气体出口，6为吸收液出口。
图2是本发明旋转填料床结构示意图。
其中，11为吸收液入口，12为液相分布器，13为床层密封，14为转动床层，15为床层支撑组件，16为联轴器，17为转动轴，18为机械密封，19为驱动电机，20为集液槽。
图3为集液槽结构示意图。其中201为立板，202为底板，203为液相出口。
图4是该发明旋转填料床工作时示意图。
图5为床层支撑组件的结构示意图。
具体实施方式
结合图1、图2及图3对本发明新型高效急冷塔及旋转填料床作进一步说明，所述急冷塔包括气体入口1，三级旋转填料床2，二级旋转填料床3，一级旋转填料床4，气体出口5及吸收液出口6。旋转填料床包括吸收液入口11，液相分布器12，床层密封13，转动床层14，床层支撑组件15，联轴器16，转动轴17，机械密封18、驱动电机19及集液槽20。集液槽20由立板201、底板202及液相出口203构成。
其中，旋转填料床竖直设置在急冷塔或烟气通道的竖直段中部；旋转填料床可以设置2-8级，优选设置3-6级。多级旋转填料床呈上下布置，每级旋转填料床之间设置合适的距离，该距离约为200-1000mm，优选为300-500mm。每级旋转填料床的上部与急冷塔内壁或烟气通道内壁之间均设置有床层密封构件13。旋转填料床上部与密封构件13之间为可转动连接，旋转填料床底部设置床层支撑组件15，床层支撑组件15固定连接转动轴17，转动轴17连接联轴器16，联轴器16与急冷塔壁或烟道壁之间设置机械密封构件18，所述密封构件18为可转动的动密封结构。每级旋转填料床均通过联轴器16与烟道或急冷塔外设置的驱动电机19连接。
如图4所示，床层支撑组件为格栅结构，格栅为网状结构。其孔径为旋转填料床层筛网孔径的2-6倍，优选为3-4倍（这句话不清楚）。床层支撑组件的外径大小与旋转填料床的直径相同，其中旋转填料床层中心环形部分所对应的支撑组件为封闭的圆形板结构，气体、液体均不会从圆形板处流通。
旋转填料床采用耐腐蚀框架和床层14构成，床层14采用耐腐蚀金属丝网或填料构成。旋转填料床的外形为圆柱筒形，旋转填料床与急冷塔塔壁或烟道内壁之间设置适宜空隙，形成环状空间。旋转填料床外边缘与烟气通道内壁或急冷塔内壁之间距离为2-100mm，优选为10-50mm。集液槽20的立板与急冷塔塔壁或烟道内壁之间设置适宜空隙，形成环状空间。该空间距离为2-100mm，优选为10-50mm。集液槽高度约为旋转填料床高度的1/4-1倍，优选为1/3-1/2。集液槽上边缘与固定板之间的间隙一般为1-20mm，优选为2-5mm。集液槽设置液相出口，液相出口与下一级吸收液进料入口相连。旋转填料床中心为圆柱形空筒，液相分布器12设置在该圆柱形空筒中，液相分布器12与转动床层14之间具有适宜空隙，形成环状空间，该缝隙一般为5-100mm，优选为40-60mm。液相分布器12上设置适宜的物料分布孔，物料分布孔可以为三角形、圆形或四方形，优选为圆形。物料分布孔的孔径大小为1-10mm，优选为5-8mm。物料分布孔的总开孔面积之为进料分布管截面积的1-3倍，优选为4/3-2倍。液相分布器12与转动床体14的轴向长度对应。旋转填料床底部设置固定板15，旋转轴17与固定板15固定连接，旋转轴17竖直设置。
结合图3，本发明的高效急冷塔的工作过程如下：
该高效急冷塔可用于气体的净化或冷却工艺，可以用于高温气体的冷却降温过程，也可以应用于其他需要吸收或者多级反应的工艺过程。其中，净化和冷却设备主要采用了前述的高效急冷塔。
采用碱液作为吸收液，以三级旋转填料床为例，以含硫气体脱硫为例，进一步的说明本发明的高效急冷塔的工作过程：
待脱硫气体如含有SO2气体的烟气从气相入口1进入烟道，气相在穿过烟道的过程中，依次 与烟道中设置的三级旋转填料床2、3、4接触，烟气从旋转填料床穿过，首先与第三级旋转填料床2中心设置的第三级液相分布器12喷出的碱液吸收液进行错流接触，第三级液相分布器喷出的碱液吸收液部分来自第二级旋转填料床；第三级液相进料分布管12经设置的分布孔将物料分散到高速转动的转动床层14组件内壁上，形成剧烈撞击，实现强化混合；物料在流过床层14时，不断被床层切割，物料在此反复实现分散－聚并过程，强化了混合效果。在离心力的作用下，物料在高速运转的床层作用下被甩离床层14，并高速撞击在烟道内壁上，再次强化混合效果，进一步充分反应，充分利用于物料的动能。气相中的SO2部分被碱液吸收液所吸收；气体继续向上流动，与第二级旋转填料床3及第一级旋转填料床4中设置的进料液相分布器12喷出的碱液再次接触，第二级液相分布器喷出的碱液吸收液部分来自第一级旋转填料床；气液相在流过转动床层14时，不断被床层14切割，物料在此反复实现分散－聚并过程，强化了吸收混合效果。保证气体中剩余的微量SO2再次被吸收净化，吸收净化后的气体经烟道出口5排出，反应后的碱液吸收液经过急冷塔底部设置的液相出口6排出高效急冷塔，至此，完成传质与反应。
与现有技术相比，本发明新型高效急冷塔具有多级吸收、液气比小、吸收效率高等优点，尤其适合需要吸收或者降温的气液传质、传热过程。

Claims (17)

1.一种高效急冷塔，其特征在于，其包括多级旋转填料床，所述的旋转填料床竖直设置在急冷塔或烟气通道的竖直段中部，多级旋转填料床呈上下布置；旋转填料床上部与急冷塔内壁或烟气通道内壁之间设置密封构件；旋转填料床底部设置床层支撑组件，床层支撑组件固定连接转动轴，所述转动轴连接联轴器；每级旋转填料床均通过联轴器与烟道或急冷塔外设置的驱动电机连接。
2.按照权利要求1所述的急冷塔，其特征在于，所述的旋转填料床设置2-8级，优选设置4-6级。
3.按照权利要求1所述的急冷塔，其特征在于，所述旋转填料床的外边缘与烟气通道内壁或急冷塔内壁之间距离为2～100mm，优选为10～50mm。
4.按照权利要求1所述的急冷塔，其特征在于，所述的密封构件均为可转动的动密封结构，动密封结构选用机械密封或者轴承密封。
5.按照权利要求1所述的急冷塔，其特征在于，所述旋转填料床的筒体为圆柱形筒体，圆柱形筒体竖直设置。
6.按照权利要求1所述的急冷塔，其特征在于，旋转填料床的转动床体采用耐腐蚀框架和填料床层构成，填料床层采用耐腐蚀金属丝网或填料构成。
7.按照权利要求6所述的急冷塔，其特征在于，所述的填料由筛网卷制而成，或者采用规整填料，或者采用钢制框架卷制成圆筒状、圆筒状框架外裹金属筛网，在圆筒内设置散装填料而成。
8.按照权利要求1所述的急冷塔，其特征在于，旋转填料床的转动床体与烟道壳体或急冷塔壳体之间设置适宜空隙，形成环状空间。
9.按照权利要求1所述的急冷塔，其特征在于，所述的旋转填料床包括液相进料分布器，液相进料分布器分布于液相进料管的出口段，其长度与旋转填料床的轴向长度相对应。
10.按照权利要求1所述的急冷塔，其特征在于，旋转填料床的转动床体的中心为圆柱形空筒，液相进料分布管设置在该圆柱形空筒中。
11.按照权利要求10所述的急冷塔，其特征在于，所述的液相进料分布管与旋转床体之间具有适宜空隙，形成环状空间。
12.按照权利要求9所述的急冷塔，其特征在于，所述的液相进料管上设置适宜的物料分布孔，进料分布管的长度与旋转床的轴向长度对应。
13.按照权利要求1所述的急冷塔，其特征在于，除最下面的旋转填料床以外，其他旋转填料床的下侧还设置有集液槽，集液槽的外部设置液相出口。
14.按照权利要求13所述的急冷塔，其特征在于，所述集液槽包括竖直设置的立板和与立板下沿密闭连接的底板，立板、底板与急冷塔塔壁或烟道内壁构成用于收集液体的槽状结构。
15.按照权利要求13或14所述的急冷塔，其特征在于，所述的液相出口通过管线与下一级旋转填料床的吸收液进料入口相连通。
16.按照权利要求14所述的急冷塔，其特征在于，所述立板的上边缘通过拉杆固定在急冷塔塔壁或烟道内壁转上，且与床层支撑组件之间存在间隙。
17.一种含硫气体净化工艺，其中，使用了权利要求1-16任一所述的急冷塔。
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