CN112403431A - 一种波型撑板及塔设备与应用 - Google Patents

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CN112403431A CN202011166892.4A CN202011166892A CN112403431A CN 112403431 A CN112403431 A CN 112403431A CN 202011166892 A CN202011166892 A CN 202011166892A CN 112403431 A CN112403431 A CN 112403431A
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朱廷钰
李玉然
王斌
林玉婷
许志成
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Abstract

本发明涉及一种波型撑板及塔设备与应用，所述波型撑板上分布有至少2行孔洞，相邻的2行孔洞直排、45°/60°错排或K/Z错排；所述塔设备为包含所述波型撑板的塔设备，且所述塔设备可用作高炉煤气水解塔。本发明进一步优化了高炉煤气水解塔内的催化剂撑板，提升了煤气与催化剂的接触面积，进而提高了催化剂的利用率和煤气处理效率。

Description

一种波型撑板及塔设备与应用
技术领域
本发明属于化工装置技术领域，涉及一种填料撑板，尤其涉及一种波型撑板及塔设备与应用。
背景技术
塔设备在化工生产中的应用及其广泛，填料撑板作为塔设备中重要的组成部分，其对塔设备处理能力及生产效率的提升至关重要。
传统的填料撑板普遍采用单层栅板，这种栅板的开孔率较低，气固或液固的接触面积很难达到塔设备横截面积的100％，且流动相阻力较大，塔内压降较高，影响填料的利用率。
此外，在各种使用撑板的塔设备中，高炉煤气水解塔对于撑板的选择和优化有着较高要求。高炉煤气中的羰基硫需在水解塔中水解为无机硫进行脱除，水解催化剂的利用率在很大程度上受到撑板结构及布局的影响。
CN 207287458U公开了一种栅板及使用该栅板的塔设备，所述栅板包括多根沿水平方向并列间隔布置的四氟管与交叉排列以形成栅格结构的若干四氟固定板，所述四氟管外套设有四氟套管，实现了四氟固定板与四氟套管之间通过固定连接，保证了其在工作过程中的相对固定，进而保证了栅板的稳固性，降低了腐蚀性介质透过四氟套管进入四氟管的可能性，且结构比较简单。然而所述栅板强度较低，且流动相传输阻力较大，较难适应各种应用工况。
CN 111545057A公开了一种高炉煤气有机硫水解催化剂模块化装置，通过设置催化剂块、外壳、框架、限位卡条、底座、限位块、顶部限位卡条及顶部密封条，催化剂块以多层的形式布置在壳体内部。所述装置结构较简单，易拆卸，但塔内部件较多，阻力较大且不能应用于球状、圆柱状等散装催化剂。
CN 208912089U公开了一种四氟填料支撑格栅板，所述格栅板包括四氟内螺纹并帽、四氟拉杆、四氟锁紧螺丝、四氟板条和定距套管。虽然结构简单，塔阻较低，但是开孔率难以突破100％，接触面较小。
CN 111500325A公开了一种高炉煤气有机硫水解反应装置，利用TRT发电后硫化氢脱除系统将煤气中总硫控制到一定水平以下，实现了钢铁企业高炉煤气在进入下游用户使用前达到深度净化，解决了行业内高炉煤气下游用户烟气排放超标问题。并且所述发明能够使高炉煤气更高效地与水解催化剂接触，高炉煤气经过催化水解后，煤气中S基本都转化为H2S，再经过碱洗后，煤气中总硫能大大降低，保证了后端煤气用户最终排放烟气能够实现二氧化硫的超低排放。为进一步提升催化剂与烟气的接触面积，所述装置中的内部支撑梁仍有较大的优化空间。
由此可见，如何进一步优化高炉煤气水解塔内的催化剂撑板，提升煤气与催化剂的接触面积，进而提高催化剂的利用率和煤气处理效率，成为了目前迫切需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种波型撑板及塔设备与应用，所述发明进一步优化了高炉煤气水解塔内的催化剂撑板，提升了煤气与催化剂的接触面积，进而提高了催化剂的利用率和煤气处理效率。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种波型撑板，所述波型撑板上分布有至少2行孔洞，例如可以是2行、3行、4行、5行、6行、7行、8行、9行或10行，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
相邻的2行孔洞直排、45°/60°错排或K/Z错排。
本发明中，所述波型撑板的波型结构提升了填料撑板的承载力，使得撑板在使用过程中不易产生形变；填料撑板上设置的孔洞用于气相或液相流过，促进流动相与固定相之间的接触。
优选地，所述波型撑板的波峰间距为所述波型撑板宽度的1/60-1/3，例如可以是1/60、1/50、1/40、1/30、1/20、1/10、1/9、1/8、1/7、1/6、1/5、1/4或1/3，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述波型撑板的波峰间距对流动相的流动阻力影响较大，当所述波峰间距大于撑板宽度的1/3或小于撑板宽度的1/60，均不利于塔设备内部流场的稳定。
优选地，所述波型撑板的峰高为150-450mm，例如可以是150mm、200mm、250mm、300mm、350mm、400mm或450mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述孔洞的形状包括圆形、椭圆形、菱形、正方形或正多边形，优选为圆形。
优选地，所述孔洞的等效圆直径为20-80mm，例如可以是20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm或80mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述孔洞的等效圆为孔洞的外接圆，例如当孔洞为椭圆形时，所述孔洞的等效圆直径为椭圆形的长轴长度。
本发明中，所述波型撑板上设置孔洞，在保证撑板硬度的同时提升了流动相与固相之间的接触面积，进而提高了填料的利用率。
第二方面，本发明提供一种包含如第一方面所述波型撑板的塔设备。
优选地，所述塔设备的主体横截面形状包括圆形、长方形或正多边形，优选为圆形。
本发明中，所述正多边形为边数在4以上的正多边形，例如可以是正五边形、正六边形、正七边形、正八边形、正九边形或正十边形，但并不仅限于所列举的情况，该范围内其他未列举的情况同样适用。
优选地，所述波型撑板的外径与所述塔设备主体的内径相等。
优选地，所述波型撑板的开孔率为所述塔设备主体横截面积的100％-125％，例如可以是100％、101％、103％、105％、107％、109％、110％、111％、113％、115％、117％、119％、120％、121％、123％或125％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，在所述波型撑板的波型结构上设置孔洞将撑板的开孔率提升到了塔设备主体横截面积的100％以上，优于现有常规的撑板开孔率，保证撑板强度的同时提升了物料之间的接触面积，提高了塔设备的处理能力。
优选地，所述塔设备内设置有2-10个波型撑板，例如可以是2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个或10个波型撑板。
本发明中，通过在所述塔设备内设置多个波型撑板，提高了塔内流场的稳定性，进而提高了填料的利用率，减少了更换填料的频率及检修时间。
优选地，相邻2个所述波型撑板的距离为塔设备高度的1/15-1/5，例如可以是1/15、1/14、1/13、1/12、1/11、1/10、1/9、1/8、1/7、1/6或1/5，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述塔设备的高度为1.5-60m，例如可以是1.5m、5m、10m、15m、20m、25m、30m、35m、40m、45m、50m、55m或60m，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述塔设备的直径为0.5-10m，例如可以是0.5m、1m、2m、3m、4m、5m、6m、7m、8m、9m或10m，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
第三方面，本发明提供一种如第二方面所述塔设备作为高炉煤气水解塔的应用。
优选地，高炉煤气水解时煤气的截面速度为0.15-0.9m/s，例如可以是0.15m/s、0.2m/s、0.3m/s、0.4m/s、0.5m/s、0.6m/s、0.7m/s、0.8m/s或0.9m/s，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，高炉煤气水解时煤气的体积空速为1000-3000h-1，例如可以是1000h-1、1200h-1、1400h-1、1600h-1、1800h-1、2000h-1、2200h-1、2400h-1、2600h-1、2800h-1或3000h-1，并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述高炉煤气水解塔内部的波形撑板结构与煤气的截面速度相适应。当煤气截面速度为0.15-0.55m/s时，波形撑板的波峰间距为撑板宽度的1/60-1/30，有利于塔内流场的稳定；当煤气截面速度为0.55-0.9m/s时，波形撑板的波峰间距为撑板宽度的1/30-1/3，有利于减小系统阻力。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的波型撑板结构简单，开孔率高，承载力大，可适应各种工况；
(2)本发明提供的塔设备内通过设置多个波型撑板，提高了塔内流场的稳定性和填料利用率，进而减少了填料的更换频率和维修时间；
(3)本发明提供的波型撑板用在高炉煤气水解塔中提升了煤气与催化剂的接触面积，减小了煤气的传输阻力和塔内压降，提高了煤气中有机硫水解效率。
附图说明
图1是实施例1提供的高炉煤气水解塔结构示意图；
图2是实施例1提供的波形撑板正视图；
图3是实施例1提供的波形撑板侧视图；
图4是实施例1提供的波形撑板俯视图。
其中：1-进气区；2-预处理催化剂模块区；3-催化剂模块区；4-过渡区；5-出气区；6-波形撑板；7-进气道；8-出气道；9-装料人孔；10-卸料人孔。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种如图1所示的包含波型撑板的高炉煤气水解塔，所述高炉煤气水解塔的高度为30m，塔身主体横截面为直径5m的圆形，水解塔主体内部自上而下依次分为进气区1、预处理催化剂模块区2、2个催化剂模块区3、2个过渡区4与出气区5，其中催化剂模块区3与过渡区4交替排布，且预处理催化剂模块区2与催化剂模块区3的底部均设置有波型撑板6；塔顶设置有进气道7，塔底设置有出气道8，以及设置在塔身的装料人孔9与卸料人孔10。
本实施例中，所述水解塔内部设置有3个波型撑板6，且所述波型撑板6的外径与所述水解塔主体的内径相等，开孔率为水解塔主体横截面积的112％，相邻2个所述波型撑板6的距离为水解塔高度的1/6。
如图2所示为波型撑板6的正视图，所述波型撑板6的波峰间距为撑板宽度的1/3，波峰高度为300mm；如图3所示为波型撑板6的侧视图，所述波型撑板的孔洞形状为椭圆形，且椭圆形的长轴为50mm；如图4所示为波型撑板6的俯视图，所述波型撑板上分布有9行孔洞，且相邻的2行孔洞为直排。
实施例2
本实施例提供一种包含波型撑板的高炉煤气水解塔，所述高炉煤气水解塔的高度为1.5m，塔身主体横截面为直径0.5m的圆形，水解塔主体内部自上而下依次分为进气区、预处理催化剂模块区、过渡区、催化剂模块区与出气区，且预处理催化剂模块区与催化剂模块区的底部均设置有波型撑板；塔顶设置有进气道，塔底设置有出气道，以及设置在塔身的装料人孔与卸料人孔。
本实施例中，所述水解塔内部设置有2个波型撑板，且所述波型撑板的外径与所述水解塔主体的内径相等，开孔率为水解塔主体横截面积的100％，相邻2个所述波型撑板的距离为水解塔高度的1/5。
本实施例中，所述波型撑板的波峰间距为撑板宽度的1/30，波峰高度为150mm；所述波型撑板的孔洞形状为圆形，且孔洞的直径为20mm；所述波型撑板上分布有2行孔洞，且相邻的2行孔洞为45°/60°错排。
实施例3
本实施例提供一种包含波型撑板的高炉煤气水解塔，所述高炉煤气水解塔的高度为60m，塔身主体横截面为直径10m的圆形，水解塔主体内部自上而下依次分为进气区、预处理催化剂模块区、9个催化剂模块区、9个过渡区与出气区，其中催化剂模块区与过渡区交替排布，且预处理催化剂模块区与催化剂模块区的底部均设置有波型撑板；塔顶设置有进气道，塔底设置有出气道，以及设置在塔身的装料人孔与卸料人孔。
本实施例中，所述水解塔内部设置有10个波型撑板，且所述波型撑板的外径与所述水解塔主体的内径相等，开孔率为水解塔主体横截面积的125％，相邻2个所述波型撑板的距离为水解塔高度的1/15。
本实施例中，所述波型撑板的波峰间距为撑板宽度的1/60，波峰高度为450mm；所述波型撑板的孔洞形状为圆形，且孔洞的直径为80mm；所述波型撑板上分布有20行孔洞，且相邻的2行孔洞为K/Z错排。
实施例4
本实施例提供一种包含波型撑板的高炉煤气水解塔，除了将所述波型撑板的波峰间距改为撑板宽度的1/70，波型撑板的其余结构参数与水解塔的塔身结构均与实施例1相同，故在此不做赘述。
实施例5
本实施例提供一种包含波型撑板的高炉煤气水解塔，除了将所述波型撑板的波峰间距改为撑板宽度的1/2，波型撑板的其余结构参数与水解塔的塔身结构均与实施例1相同，故在此不做赘述。
对比例1
本对比例提供一种高炉煤气水解塔，所述水解塔中除了将撑板更换为CN207287458U公开的栅板，塔身主体的其余构造均与实施例1提供的高炉煤气水解塔相同，故在此不做赘述。
应用例1
本应用例应用实施例1提供的高炉煤气水解塔对高炉煤气进行水解处理，所选用的水解催化剂为粒径4(±1)mm的氧化铝水解剂，堆积密度为0.5(±0.1)t/m3，堆积高度为4m，高炉煤气的截面速度为0.8m/s，体积空速为2000h-1。
在水解过程中，高炉煤气自进气道7进入塔内进气区1，依次穿过预处理催化剂模块区2、催化剂模块区3与过渡区4、出气区5，由出气道8排出塔外。
应用例2
本应用例应用实施例2提供的高炉煤气水解塔对高炉煤气进行水解处理，所选用的水解催化剂种类、粒径、堆积密度、堆积高度与高炉煤气的截面速度与体积空速均与应用例1相同。
在水解过程中，高炉煤气自进气道进入塔内进气区，依次穿过预处理催化剂模块区、催化剂模块区与过渡区、出气区，由出气道排出塔外。
应用例3
本应用例应用实施例3提供的高炉煤气水解塔对高炉煤气进行水解处理，所选用的水解催化剂种类、粒径、堆积密度、堆积高度与高炉煤气的截面速度与体积空速均与应用例1相同。
在水解过程中，高炉煤气自进气道进入塔内进气区，依次穿过预处理催化剂模块区、催化剂模块区与过渡区、出气区，由出气道排出塔外。
应用例4
本应用例应用实施例4提供的高炉煤气水解塔对高炉煤气进行水解处理，所选用的水解催化剂种类、粒径、堆积密度、堆积高度与高炉煤气的截面速度与体积空速均与应用例1相同。
在水解过程中，高炉煤气自进气道进入塔内进气区，依次穿过预处理催化剂模块区、催化剂模块区与过渡区、出气区，由出气道排出塔外。
应用例5
本应用例应用实施例5提供的高炉煤气水解塔对高炉煤气进行水解处理，所选用的水解催化剂种类、粒径、堆积密度、堆积高度与高炉煤气的截面速度与体积空速均与应用例1相同。
在水解过程中，高炉煤气自进气道进入塔内进气区，依次穿过预处理催化剂模块区、催化剂模块区与过渡区、出气区，由出气道排出塔外。
应用例6
本应用例应用实施例1提供的高炉煤气水解塔对高炉煤气进行水解处理，所选用的水解催化剂为粒径4(±1)mm的氧化铝水解剂，堆积密度为0.5(±0.1)t/m3，堆积高度为4m，高炉煤气的截面速度为0.9m/s，体积空速为3000h-1。
在水解过程中，高炉煤气自进气道7进入塔内进气区1，依次穿过预处理催化剂模块区2、催化剂模块区3与过渡区4、出气区5，由出气道8排出塔外。
应用例7
本应用例应用实施例1提供的高炉煤气水解塔对高炉煤气进行水解处理，所选用的水解催化剂为粒径4(±1)mm的氧化铝水解剂，堆积密度为0.5(±0.1)t/m3，堆积高度为4m，高炉煤气的截面速度为0.15m/s，体积空速为1000h-1。
在水解过程中，高炉煤气自进气道7进入塔内进气区1，依次穿过预处理催化剂模块区2、催化剂模块区3与过渡区4、出气区5，由出气道8排出塔外。
对比应用例1
本对比应用例应用对比例1提供的高炉煤气水解塔对高炉煤气进行水解处理，所选用的水解催化剂种类、粒径、堆积密度、堆积高度与高炉煤气的截面速度与体积空速均与应用例1相同。
在水解过程中，高炉煤气自进气道进入塔内进气区，依次穿过预处理催化剂模块区、催化剂模块区与过渡区、出气区，由出气道排出塔外。
应用例1-5与对比应用例1所处理的高炉煤气中羰基硫含量均为200(±50)mg/Nm3，高炉煤气温度为120℃，且处理后各应用例的塔内压降、有机硫水解效率与催化剂利用率见表1。
表1
塔内压降(Pa) 有机硫水解效率(％) 催化剂利用率(％)
应用例1 1000 97 95
应用例2 1100 97 95
应用例3 1160 97 95
应用例4 1050 97 95
应用例5 1100 96 94
应用例6 1080 95 94
应用例7 900 99 99
对比应用例1 2900 75 80
其中，塔内压降为进气区与出气区的压力差值；有机硫水解效率为进气区和出气区羰基硫浓度差值与进气区羰基硫浓度的比值；催化剂利用率为新鲜催化剂和反应后催化剂的铝元素含量差值与新鲜催化剂的铝元素含量比值。
此外，压力的测量方法为在水解塔侧壁设置旁路连接压力表；高炉煤气中羰基硫的测量方法为采用匹配硫磷检测器的气相色谱进行分析；催化剂的元素含量测量方法为荧光光谱检测。
由表可知：相较于传统栅板，波型撑板用在高炉煤气水解塔中可明显降低塔内压降，减小了煤气的传输阻力，提高了煤气中有机硫水解效率和催化剂利用率；此外，高炉煤气水解塔内部的波型撑板结构需要与煤气的截面速度相适应，以此进一步稳定塔内流场并减小系统阻力。
由此可见，本发明提供的波型撑板结构简单，开孔率高，承载力大，可适应各种工况；水解塔内通过设置多个波型撑板，提高了塔内流场的稳定性和填料利用率，进而减少了填料的更换频率和维修时间；波型撑板用在高炉煤气水解塔中提升了煤气与催化剂的接触面积，减小了煤气的传输阻力和塔内压降，提高了煤气中有机硫水解效率。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种波型撑板，其特征在于，所述波型撑板上分布有至少2行孔洞；相邻的2行孔洞直排、45°/60°错排或K/Z错排。
2.根据权利要求1所述的波型撑板，其特征在于，所述波型撑板的波峰间距为所述波型撑板宽度的1/60-1/3。
3.根据权利要求1或2所述的波型撑板，其特征在于，所述波型撑板的峰高为150-450mm。
4.根据权利要求3所述的波型撑板，其特征在于，所述孔洞的形状包括圆形、椭圆形、菱形、正方形或正多边形，优选为圆形；
优选地，所述孔洞的等效圆直径为20-80mm。
5.一种包含如权利要求1-4任一项所述波型撑板的塔设备。
6.根据权利要求5所述的塔设备，其特征在于，所述塔设备的主体横截面形状包括圆形、长方形或正多边形，优选为圆形；
优选地，所述波型撑板的外径与所述塔设备主体的内径相等；
优选地，所述波型撑板的开孔率为所述塔设备主体横截面积的100％-125％。
7.根据权利要求6所述的塔设备，其特征在于，所述塔设备内设置有2-10个波型撑板；
优选地，相邻2个所述波型撑板的距离为塔设备高度的1/15-1/5。
8.根据权利要求7所述的塔设备，其特征在于，所述塔设备的高度为1.5-60m；
优选地，所述塔设备的直径为0.5-10m。
9.一种如权利要求5-8任一项所述塔设备作为高炉煤气水解塔的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，高炉煤气水解时煤气的截面速度为0.15-0.9m/s；
优选地，高炉煤气水解时煤气的体积空速为1000-3000h-1。
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