CN112452291A - 一种错排双层撑板及塔设备与应用 - Google Patents

一种错排双层撑板及塔设备与应用 Download PDF

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CN112452291A CN202011165200.4A CN202011165200A CN112452291A CN 112452291 A CN112452291 A CN 112452291A CN 202011165200 A CN202011165200 A CN 202011165200A CN 112452291 A CN112452291 A CN 112452291A
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朱廷钰
李玉然
王斌
林玉婷
许志成
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Abstract

本发明涉及一种错排双层撑板及塔设备与应用，所述错排双层撑板包括平行设置的第一板片与第二板片，所述第一板片设置于第二板片的上方，所述第一板片包括至少2个并列排布的第一单板，所述第二板片包括至少2个并列排布的第二单板，所述第一板片的垂直投影与所述第二板片不相重合；所述塔设备为包含所述错排双层撑板的塔设备，且所述塔设备可用作高炉煤气脱硫塔。本发明进一步优化了高炉煤气脱硫塔内的催化剂撑板，提升了煤气与催化剂的接触面积和塔内流场的稳定性，进而提高了催化剂的利用率和煤气的脱硫效率。

Description

一种错排双层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，尤其涉及一种错排双层撑板及塔设备与应用。
背景技术
在化工生产过程中，塔设备的应用相当广泛，而塔设备中的填料撑板对于塔设备处理能力及生产效率的影响不容忽视。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％，且气相或液相的流动阻力较大，塔内压降较高，影响填料的利用率。
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。
此外，在各种使用撑板的塔设备中，高炉煤气脱硫塔对于撑板的选择和优化至关重要。目前工业中普遍采用的脱硫工艺分为干法脱硫与湿法脱硫，其中干法脱硫工艺所使用的脱硫塔中需要撑板将催化剂固定在塔内特定位置，以提升煤气与催化剂的接触面积，进而提升催化剂的利用率。
CN 209702678U公开了一种高炉煤气干法脱硫装置，所述装置包括高炉煤气温度冷却器、高炉煤气干式脱硫塔、高炉煤气旁路调节阀与高炉煤气脱硫塔进口管，然而所述实用新型仅提供了装置的摆放位置等内容，并未详细说明装置的内部及外部结构，更未提及脱硫塔中所使用撑板的具体类型。
CN 107485962A公开了一种煤气净化吸附塔及其煤气净化的方法，所述吸附塔包括壳体、进料口、出料口、排污口、卸料孔、装料孔、吸附剂支撑板和温度计套管，壳体内部包含有不同填料层的装填方案，可用于焦炉煤气发电的工业生产中。然而所述吸附剂支撑板的开孔率仅为20％-70％，导致煤气传输阻力较大，塔内流场不稳定，催化剂利用率和煤气脱硫效率不高。
由此可见，如何进一步优化高炉煤气脱硫塔内的催化剂撑板，提升煤气与催化剂的接触面积和塔内流场的稳定性，进而提高催化剂的利用率和煤气的脱硫效率，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错排双层撑板及塔设备与应用，所述发明进一步优化了高炉煤气脱硫塔内的催化剂撑板，提升了煤气与催化剂的接触面积和塔内流场的稳定性，进而提高了催化剂的利用率和煤气的脱硫效率。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种错排双层撑板，所述错排双层撑板包括平行设置的第一板片与第二板片。
所述第一板片设置于第二板片的上方。
所述第一板片包括至少2个并列排布的第一单板。
所述第二板片包括至少2个并列排布的第二单板。
所述第一板片的垂直投影与所述第二板片不相重合。
本发明中，所述错排双层撑板具有两层板片，且每层板片是由一系列并列排布的单板组成，上下两组单板交错布置，互为补充，这种排布方式有利于流动相在塔内的充分扩散，增大了气固或液固的接触面积，从而提升了填料的利用率。
优选地，所述至少2个并列排布的第一单板等宽。
优选地，所述第一单板的宽度为错排双层撑板横截面宽度的1/100-1/5，例如可以是1/100、1/90、1/80、1/70、1/60、1/50、1/40、1/30、1/20、1/10或1/5，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，所述至少2个并列排布的第二单板等宽。
优选地，所述第二单板的宽度为错排双层撑板横截面宽度的1/100-1/5，例如可以是1/100、1/90、1/80、1/70、1/60、1/50、1/40、1/30、1/20、1/10或1/5，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，所述第一板片的垂直投影面积与第二板片的垂直投影面积之和为所述错排双层撑板横截面积的100％。
优选地，所述第一板片与第二板片的距离为20-400mm，例如可以是20mm、60mm、100mm、140mm、180mm、200mm、240mm、280mm、300mm、340mm、380mm或400mm，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，所述第一板片与第二板片的交错排布方式增强了流动相的扰动，使其在塔设备内的扩散更均匀，进而增大了物料与填料之间的接触面积，提升了塔设备的处理能力。
第二方面，本发明提供一种包含第一方面所述错排双层撑板的塔设备。
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，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，所述错排双层撑板的外径与所述塔设备主体的内径相等。
优选地，所述塔设备内设置有2-10个错排双层撑板，例如可以是2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个或10个错排双层撑板。
本发明中，通过在所述塔设备内设置多个错排双层撑板，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个所述错排双层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，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，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，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脱硫塔的应用。
优选地，高炉煤气脱硫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，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，高炉煤气脱硫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，所述高炉煤气脱硫塔内部的错排双层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，错排双层撑板的单板(包括第一单板与第二单板)宽度为撑板横截面宽度的1/100-1/50，有利于塔内流场的稳定；当煤气截面速度为0.55-0.9m/s时，错排双层撑板的单板(包括第一单板与第二单板)宽度为撑板横截面宽度的1/50-1/5，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)本发明提供的错排双层撑板结构简单，强度高，可适应各种工况；
(2)本发明提供的塔设备内通过设置多个错排双层撑板，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)本发明提供的错排双层撑板用在高炉煤气脱硫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，提高了煤气的脱硫效率。
附图说明
图1是实施例1提供的高炉煤气脱硫塔结构示意图；
图2是实施例1提供的错排双层撑板正视图；
图3是实施例1提供的错排双层撑板俯视图。
其中：1-进气区；2-催化剂区；3-过渡区；4-出气区；5-错排双层撑板；6-进气道；7-出气道；8-卸灰道；9-卸料人孔；10-装料人孔；11-集灰区。
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所示的包含错排双层撑板的高炉煤气脱硫塔，所述高炉煤气脱硫塔的高度为30m，塔身主体横截面为直径5m的圆形，脱硫塔主体内部自下而上依次分为集灰区11、进气区1、3个催化剂区2、2个过渡区3与出气区4，其中的催化剂区2与过渡区3交替排布，且每层催化剂区2的底部均设置有错排双层撑板5；塔底部侧面设置有进气道6，顶部设置有出气道7，底部设置有卸灰道8，以及设置在塔身的卸料人孔9与装料人孔10。
本实施例中，所述脱硫塔内部设置有3个错排双层撑板，且所述错排双层撑板的外径与所述脱硫塔主体的内径相等，相邻2个所述错排双层撑板的距离为脱硫塔高度的1/6。
如图2所示为错排双层撑板的正视图，所述错排双层撑板包括平行设置的第一板片与第二板片，第一板片设置于第二板片的上方，且两层板片之间的距离为200mm；第一板片包括3个并列排布的第一单板，第二板片包括4个并列排布的第二单板，第一板片的垂直投影与第二板片不相重合。图2中虚线箭头路径为高炉煤气流经错排双层撑板的路径。
如图3所示为错排双层撑板的俯视图，其中阴影部分为第一单板，空白部分为第二单板，所述并列排布的第一单板与第二单板均等宽，且两种单板的宽度均为错排双层撑板横截面宽度的1/7，所述第一板片的垂直投影面积与第二板片的垂直投影面积之和为所述错排双层撑板横截面积的100％。
实施例2
本实施例提供一种包含错排双层撑板的高炉煤气脱硫塔，所述高炉煤气脱硫塔的高度为1.5m，塔身主体横截面为直径0.5m的圆形，脱硫塔主体内部自下而上依次分为集灰区、进气区、2个催化剂区、1个过渡区与1个出气区，其中的催化剂区与过渡区交替排布，且每层催化剂区的底部均设置有错排双层撑板；塔底部侧面设置有进气道，顶部设置有出气道，底部设置有卸灰道，以及设置在塔身的卸料人孔与装料人孔。
本实施例中，所述脱硫塔内部设置有2个错排双层撑板，且所述错排双层撑板的外径与所述脱硫塔主体的内径相等，相邻2个所述错排双层撑板的距离为脱硫塔高度的1/5。
本实施例中，所述错排双层撑板包括平行设置的第一板片与第二板片，第一板片设置于第二板片的上方，且两层板片之间的距离为20mm；第一板片包括2个并列排布的第一单板，第二板片包括3个并列排布的第二单板，第一板片的垂直投影与第二板片不相重合。
本实施例中，所述并列排布的第一单板与第二单板均等宽，且两种单板的宽度均为错排双层撑板横截面宽度的1/5，所述第一板片的垂直投影面积与第二板片的垂直投影面积之和为所述错排双层撑板横截面积的100％。
实施例3
本实施例提供一种包含错排双层撑板的高炉煤气脱硫塔，所述高炉煤气脱硫塔的高度为60m，塔身主体横截面为直径10m的圆形，脱硫塔主体内部自下而上依次分为集灰区、进气区、10个催化剂区、9个过渡区与1个出气区，其中的催化剂区与过渡区交替排布，且每层催化剂区的底部均设置有错排双层撑板；塔底部侧面设置有进气道，顶部设置有出气道，底部设置有卸灰道，以及设置在塔身的卸料人孔与装料人孔。
本实施例中，所述脱硫塔内部设置有10个错排双层撑板，且所述错排双层撑板的外径与所述脱硫塔主体的内径相等，相邻2个所述错排双层撑板的距离为脱硫塔高度的1/15。
本实施例中，所述错排双层撑板包括平行设置的第一板片与第二板片，第一板片设置于第二板片的上方，且两层板片之间的距离为400mm；第一板片包括50个并列排布的第一单板，第二板片包括50个并列排布的第二单板，第一板片的垂直投影与第二板片不相重合。
本实施例中，所述并列排布的第一单板与第二单板均等宽，且两种单板的宽度均为错排双层撑板横截面宽度的1/100，所述第一板片的垂直投影面积与第二板片的垂直投影面积之和为所述错排双层撑板横截面积的100％。
对比例1
本对比例提供一种高炉煤气脱硫塔，所述脱硫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提供的高炉煤气脱硫塔相同，故在此不做赘述。
应用例1
本应用例应用实施例1提供的高炉煤气脱硫塔对高炉煤气进行脱硫处理，所选用的脱硫催化剂为粒径4(±1)mm的氧化锌脱硫剂，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。
在脱硫过程中，高炉煤气自进气道6进入塔内进气区1，在错排双层撑板5的作用下均匀穿过催化剂区2、过渡区3，进入出气区4，经出气道7排出塔外。高炉煤气中的灰分等杂质，在穿过错排双层撑板5时，部分被拦下，掉落于集灰区11，灰分等定期由卸灰道8排出脱硫塔。
应用例2
本应用例应用实施例2提供的高炉煤气脱硫塔对高炉煤气进行脱硫处理，所选用的脱硫催化剂种类、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。
在脱硫过程中，高炉煤气自进气道进入塔内进气区，在错排双层撑板的作用下均匀穿过催化剂区、过渡区，进入出气区，经出气道排出塔外。高炉煤气中的灰分等杂质，在穿过错排双层撑板时，部分被拦下，掉落于集灰区，灰分等定期由卸灰道排出脱硫塔。
应用例3
本应用例应用实施例3提供的高炉煤气脱硫塔对高炉煤气进行脱硫处理，所选用的脱硫催化剂种类、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。
在脱硫过程中，高炉煤气自进气道进入塔内进气区，在错排双层撑板的作用下均匀穿过催化剂区、过渡区，进入出气区，经出气道排出塔外。高炉煤气中的灰分等杂质，在穿过错排双层撑板时，部分被拦下，掉落于集灰区，灰分等定期由卸灰道排出脱硫塔。
应用例4
本应用例应用实施例1提供的高炉煤气脱硫塔对高炉煤气进行脱硫处理，所选用的脱硫催化剂为粒径4(±1)mm的氧化锌脱硫剂，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。
在脱硫过程中，高炉煤气自进气道6进入塔内进气区1，在错排双层撑板5的作用下均匀穿过催化剂区2、过渡区3，进入出气区4，经出气道7排出塔外。高炉煤气中的灰分等杂质，在穿过错排双层撑板5时，部分被拦下，掉落于集灰区11，灰分等定期由卸灰道8排出脱硫塔。
应用例5
本应用例应用实施例1提供的高炉煤气脱硫塔对高炉煤气进行脱硫处理，所选用的脱硫催化剂为粒径4(±1)mm的氧化锌脱硫剂，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。
在脱硫过程中，高炉煤气自进气道6进入塔内进气区1，在错排双层撑板5的作用下均匀穿过催化剂区2、过渡区3，进入出气区4，经出气道7排出塔外。高炉煤气中的灰分等杂质，在穿过错排双层撑板5时，部分被拦下，掉落于集灰区11，灰分等定期由卸灰道8排出脱硫塔。
对比应用例1
本对比应用例应用对比例1提供的高炉煤气脱硫塔对高炉煤气进行脱硫处理，所选用的脱硫催化剂种类、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。
在脱硫过程中，高炉煤气自进气道进入塔内进气区，在栅板的作用下均匀穿过催化剂区、过渡区，进入出气区，经出气道排出塔外。高炉煤气中的灰分等杂质，在穿过栅板时，部分被拦下，掉落于集灰区，灰分等定期由卸灰道排出脱硫塔。
应用例1-5与对比应用例1所处理的高炉煤气中硫化氢含量均为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、高炉煤气脱硫效率与催化剂利用率见表1。
表1
塔内压降(Pa) 高炉煤气脱硫效率(％) 催化剂利用率(％)
应用例1 900 97 97
应用例2 850 97 97
应用例3 980 97 97
应用例4 920 95 95
应用例5 790 98 99
对比应用例1 2530 75 80
其中，塔内压降为进气区与出气区的压力差值；脱硫效率为进气区和出气区硫化物浓度差值与进气区硫化物浓度的比值；催化剂利用率为新鲜催化剂和反应后催化剂的锌元素含量差值与新鲜催化剂的锌元素含量比值。
此外，压力的测量方法为在脱硫塔侧壁设置旁路连接压力表；高炉煤气中硫化物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，错排双层撑板用在高炉煤气脱硫塔中可明显降低塔内压降，减小了煤气的传输阻力，提高了煤气的脱硫效率和催化剂利用率；此外，高炉煤气脱硫塔内部的错排双层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，本发明提供的错排双层撑板结构简单，强度高，可适应各种工况；脱硫塔内通过设置多个错排双层撑板，提高了塔内流场的稳定性和催化剂利用率，进而减少了催化剂的更换频率和维修时间；错排双层撑板用在高炉煤气脱硫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，提高了煤气的脱硫效率。
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)

1.一种错排双层撑板，其特征在于，所述错排双层撑板包括平行设置的第一板片与第二板片；
所述第一板片设置于第二板片的上方；
所述第一板片包括至少2个并列排布的第一单板；
所述第二板片包括至少2个并列排布的第二单板；
所述第一板片的垂直投影与所述第二板片不相重合。
2.根据权利要求1所述的错排双层撑板，其特征在于，所述至少2个并列排布的第一单板等宽；
优选地，所述第一单板的宽度为错排双层撑板横截面宽度的1/100-1/5；
优选地，所述至少2个并列排布的第二单板等宽；
优选地，所述第二单板的宽度为错排双层撑板横截面宽度的1/100-1/5；
优选地，所述第一板片的垂直投影面积与第二板片的垂直投影面积之和为所述错排双层撑板横截面积的100％。
3.根据权利要求1或2所述的错排双层撑板，其特征在于，所述第一板片与第二板片的距离为20-400mm。
4.一种包含如权利要求1-3任一项所述错排双层撑板的塔设备。
5.根据权利要求4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，所述错排双层撑板的外径与所述塔设备主体的内径相等。
6.根据权利要求5所述的塔设备，其特征在于，所述塔设备内设置有2-10个错排双层撑板。
7.根据权利要求6所述的塔设备，其特征在于，相邻2个所述错排双层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4-8任一项所述塔设备作为高炉煤气脱硫塔的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，高炉煤气脱硫时煤气的截面速度为0.15-0.9m/s；
优选地，高炉煤气脱硫时煤气的体积空速为1000-3000h-1。
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