CN217549446U - 一种组合式填料吸收塔 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种组合式填料吸收塔，其包括单塔结构或者双塔结构，当其为单塔结构时，包括喷淋反应区、气流均布区及泡沫反应区，喷淋反应区位于吸收塔底部，气流均布区和泡沫反应区并排布置于喷淋反应区的上部且气流均布区的底部及顶部分别与喷淋反应区的顶部、泡沫反应区的顶部相通；当其为双塔结构时，包括第一吸收塔和第二吸收塔，第一吸收塔和第二吸收塔通过管道连通；喷淋反应区或者第一吸收塔内由下到上设置储液区、进气管、填料层及液体分布器，气流均布区包括烟道及设置于烟道顶部的第一雾滴发生器，泡沫反应区或者第二吸收塔内由上到下设置第二雾滴发生器、若干微孔填料段、液‑泡沫混相区、出气管及临时储液区。

Description

一种组合式填料吸收塔

技术领域

本实用新型涉及一种组合式填料吸收塔，属于化工环保设备技术领域。

背景技术

目前，醇胺法是应用最广的脱硫、脱碳工艺，而塔器是重要的传质、传热分离设备。其中，填料塔具有制造和更换容易、材质范围广、适应能力强和节能等优点，且大多数情况下分离性能优于板式塔，因此填料塔在醇胺法工艺中应用逐渐增多。填料是填料塔的核心构件，填料的传质效率直接关系到填料塔的操作性能。固定填料具有以下缺点：在填料塔中，气固两相都是逆流接触，气固两相表面接触时间太短，且填料的比表面积固定，为了增加传质面积及反应时间只能增加填料高度，但此时也大大增加了投资成本；填料本身固定不变的材质、几何结构、参数等决定了其有限的液体浸润性，且液膜湍动、传质效率有限。未来塔器设计要求塔器设备具有高通量、高效率和低压降等优良的综合性，重点在于如何提高填料的传质效率，如何加大填料的比表面积、提高表面利用率、提高扩散系数或减小滞流膜层厚度等因素。

与本实用新型相关的现有技术一：

现有技术一的技术方案：

中国专利CN102698550A公开了一种泡沫、填料一体化炉气净化塔，其将传统的填料塔和泡沫塔合二为一组合起来，解决了工业硫酸生产过程中阻力大、除尘效率低及净化效果一般的问题。

现有技术一的缺点：

(1)在吸收单元，气液直接在填料接触反应导致操作运行过程中出现吸收剂的夹带、起泡、沟流和溢流等现象；

(2)气固两相都是逆流接触，为了提高其吸收和传质速率，导致捕集设备体积庞大，造成投资成本较高。

与本实用新型相关的现有技术二：

现有技术二的技术方案：

中国专利CN103370119A公开了一种垂直和水平两种吸收器，其利用溶剂泡沫来吸收二氧化碳，通过多个筛子阵列形成泡沫并反复使泡沫破裂，形成迅速变化的吸收表面，提高了传质的表面区域，吸收效率显著增加。

现有技术二的缺点：

(1)吸收过程为放热反应，泡沫表面的液膜不断破裂和再生过程中，温度升高，液膜破裂和再生频率会逐步下降，会影响吸收传质效果；

(2)单纯依靠规整泡沫传质技术，泡沫定向有序碰撞破裂过程中会使局部形成液膜，存在填料阻力大、易堵塞的问题。

因此，提供一种新型的组合式填料吸收塔及烟道气的净化工艺已经成为本领域亟需解决的技术问题。

实用新型内容

为了克服现有技术中的吸收塔所存在的填料体积大、成本昂贵、规整泡沫传质技术阻力大、易堵塞、无控温措施等缺陷和不足，本实用新型的目的在于提供一种组合式填料吸收塔。

为达上述目的，本实用新型提供了一种组合式填料吸收塔，其中，所述组合式填料吸收塔包括单塔结构或者双塔结构，当所述组合式填料吸收塔为单塔结构时，其包括喷淋反应区、气流均布区及泡沫反应区，所述喷淋反应区位于吸收塔底部，所述气流均布区和所述泡沫反应区并排布置于所述喷淋反应区的上部，且所述气流均布区的底部及顶部，即烟道的底部及顶部分别与所述喷淋反应区的顶部、所述泡沫反应区的顶部相通；

所述喷淋反应区由下到上设置有储液区、进气管、填料层及液体分布器，其中，所述储液区的一侧设置有出液口，所述进气管的一侧设置有进气口，所述气流均布区包括烟道及设置于烟道顶部的第一雾滴发生器，所述泡沫反应区由上到下设置有第二雾滴发生器、若干微孔填料段、液-泡沫混相区、出气管及临时储液区；

当所述组合式填料吸收塔为双塔结构时，其包括第一吸收塔和第二吸收塔，所述第一吸收塔和第二吸收塔通过管道连通，且所述第一吸收塔内由下到上设置有储液区、进气管、填料层及液体分布器，所述第二吸收塔内由上到下设置有第二雾滴发生器、若干微孔填料段、液-泡沫混相区、出气管及临时储液区。

本实用新型中，所述喷淋反应区使用的填料层为由常规填料形成的填料层，可以根据现场实际作业需要合理进行选择，只要保证可以实现本实用新型的目的即可。

作为本实用新型以上所述组合式填料吸收塔的一具体实施方式，其中，所述第一雾滴发生器可为一个或者多个。

作为本实用新型以上所述组合式填料吸收塔的一具体实施方式，其中，所述临时储液区的排液口通过回流管道经由循环泵与所述液体分布器相通。

作为本实用新型以上所述组合式填料吸收塔的一具体实施方式，其中，所述烟道的底部与喷淋反应区交接处的烟道进口为直角三角形结构，且直角三角形结构的斜边与所述烟道相对侧的塔壁连接。本实用新型采用直角三角形结构的烟道进口可以减小气体传输过程中的阻力。

作为本实用新型以上所述组合式填料吸收塔的一具体实施方式，其中，所述烟道的顶部与泡沫反应区交接处的烟道进口还分别设置有导流板以及整流格栅，用于将烟道内的气体引流至泡沫反应区。

作为本实用新型以上所述组合式填料吸收塔的一具体实施方式，其中，所述烟道顶部弯头设置有导流板，泡沫反应区顶部的烟道进口/气流均布区顶部的烟道出口为三角翼结构，三角翼结构与塔壁交汇处布置一层整流格栅，所述整流格栅的下方再设置第二雾滴发生器。

作为本实用新型以上所述组合式填料吸收塔的一具体实施方式，其中，若干所述微孔填料段包括上层填料、下层填料及于上层填料、下层填料之间所形成的泡沫生成区，其中，所述上层填料为有序规整微孔网板结构填料，下层填料为无序多孔碳化硅填料，且上层填料与下层填料的孔径不同。

作为本实用新型以上所述组合式填料吸收塔的一具体实施方式，其中，所述上层填料为U型微孔网板结构填料，于波峰、波谷及侧壁板均布有直径小于0.05mm的网孔，下层填料为直径为1-2mm的非金属多孔泡沫碳化硅填料。

作为本实用新型以上所述组合式填料吸收塔的一具体实施方式，其中，所述上层填料、下层填料分别包括由支撑杆形成的网格支撑结构，每个所述网格内设置有圆形填料环，所述圆形填料环内装填所述填料，且所述网格与所述圆形填料环之间的空隙填充有耐水材料；

所述第二雾滴发生器的数量与所述圆形填料环的数量相同，且所述第二雾滴发生器的喷嘴中心正对所述圆形填料环的中心。

作为本实用新型以上所述组合式填料吸收塔的一具体实施方式，其中，所述上层填料、下层填料中的圆形填料环的数量相同。

作为本实用新型以上所述组合式填料吸收塔的一具体实施方式，其中，所述圆形填料环≥4个。

作为本实用新型以上所述组合式填料吸收塔的一具体实施方式，其中，所述微孔填料段的外侧，即临近塔壁侧的微孔填料段的边缘设置有挡水堰，所述挡水堰朝向微孔填料段的侧面/垂直面分别与所述上层填料、下层填料相连，其上端略高出上层填料，所述挡水堰背向微孔填料段的侧面/垂直面通过水平连接段与所述泡沫反应区的内侧壁相连，且所述挡水堰背向微孔填料段的侧面与所述泡沫反应区的内侧壁之间形成溢流段。

作为本实用新型以上所述组合式填料吸收塔的一具体实施方式，其中，所述水平连接段由微孔填料组成，材质与上层填料一致，即在本实用新型的一些实施例中，所述水平连接段的材质可为U型微孔网板结构填料。

作为本实用新型以上所述组合式填料吸收塔的一具体实施方式，其中，所述挡水堰背向微孔填料段的侧面/垂直面通过两条相互平行且分别与上层填料、下层填料位于同一高度的水平连接段与所述泡沫反应区的内侧壁相连。

作为本实用新型以上所述组合式填料吸收塔的一具体实施方式，其中，所述泡沫生成区具有文丘里管结构。

作为本实用新型以上所述组合式填料吸收塔的一具体实施方式，其中，所述文丘里管结构外从上到下缠绕多圈文丘里冷却盘管。

在本实用新型的一些实施例中，所述文丘里冷却盘管中可使用的冷却介质可为水、空气或其他常用冷却剂。

作为本实用新型以上所述组合式填料吸收塔的一具体实施方式，其中，所述微孔填料段的数量为n+1，其中，n为≥1的整数；

相邻所述微孔填料段之间形成泡沫自由混合区。

作为本实用新型以上所述组合式填料吸收塔的一具体实施方式，其中，所述下层填料的下方设置有若干个可伸缩式喷头，其能回缩至塔壁边缘。

在本实用新型的一些实施例中，所述可伸缩式喷头所使用/喷出的介质为压缩空气或过热蒸汽。

本实用新型中，所述组合式填料吸收塔经过一段时间的运行，泡沫反应区的填料可能会发生堵塞，造成塔内压降过大。此时即可启动下层填料下方配备的可伸缩式喷头，对上层填料和下层填料进行简单、快速吹扫，在压缩空气或过热蒸汽的作用下，填料孔洞堵塞可以得到疏通。

作为本实用新型以上所述组合式填料吸收塔的一具体实施方式，其中，所述出气管的进气端朝下并设置有丝网除沫器。

作为本实用新型以上所述组合式填料吸收塔的一具体实施方式，其中，所述丝网除沫器的孔口直径为3mm。

本实用新型中，所述出气管的进气端朝下并设置有丝网除沫器，有利于泡沫层净化后的气体与残余泡沫更有效地分离，减少对后续管道、风机的汽蚀。

作为本实用新型以上所述组合式填料吸收塔的一具体实施方式，其中，所述液-泡沫混相区的内侧壁设置有多圈液-泡沫混相区冷却盘管。

在本实用新型的一些实施例中，所述液-泡沫混相区冷却盘管中可使用的冷却介质可为可为水、空气或其他常用冷却剂。

作为本实用新型以上所述组合式填料吸收塔的一具体实施方式，其中，所述第一雾滴发生器和第二雾滴发生器优先采用孟莫克动力波喷嘴，其所形成的雾滴的平均直径小于0.2mm。新鲜溶剂或贫溶剂通过贫液管线分别被送至第一雾滴发生器和第二雾滴发生器，新鲜溶剂或贫溶剂分为三股，两股沿切向进喷嘴、一股沿轴向进喷嘴，分别自上而下与烟道气逆流或者顺流接触。

另外，所述第一雾滴发生器和第二雾滴发生器也可以采用超声波雾化器或蒸汽雾化器。

作为本实用新型以上所述组合式填料吸收塔的一具体实施方式，其中，所述组合式填料吸收塔的横截面可以为圆形、椭圆形、矩形等任何形状，可根据现场实际情况进行合理选择。

本实用新型中，所述喷淋反应区、气流均布区及泡沫反应区的侧壁均可以称作塔壁。

本实用新型所述的组合式填料吸收塔可以适用于多种不同的工艺进行烟道气的净化，为了进一步对本实用新型的组合式填料吸收塔进行说明，本实用新型还提供了应用本实用新型的组合式填料吸收塔对烟道气进行净化的工艺，所述工艺包括以下步骤：

(1)烟道气从进气管进入喷淋反应区并向上通过填料层，于填料层中与液体分布器喷淋的半富液逆流接触使得烟道气完成一次净化处理；

(2)步骤(1)中完成一次净化处理的烟道气进入烟道或者管道并继续上升，上升过程中，第一雾滴发生器所喷出的微细雾滴与所述烟道气接触并对其进行降温、除尘及二次净化处理；

(3)步骤(2)中完成二次净化处理的烟道气进入泡沫反应区，第二雾滴发生器所喷出的微细雾滴随烟道气气流通过若干微孔填料段时，气流被雾滴阻隔形成动态泡沫并与雾滴进行接触传质形成微滴、泡沫的混合体；

随后所述混合体随烟道气进入液-泡沫混相区，在急冷作用下，混合体中的泡沫形成半富液并落至临时储液区，最后将于微孔填料段、液-泡沫混相区完成第三次净化处理后的烟道气排出。

作为本实用新型以上所述工艺的一具体实施方式，其中，所述工艺还包括：当临时储液区的液位达到一定程度后，通过循环泵对其中的半富液进行加压，并通过回流管道送至液体分布器进行喷淋。

本实用新型所提供的烟道气的净化工艺的净化过程/原理为：

首先，烟道气从进气管进入喷淋反应区并向上通过填料层，于填料层中与液体分布器喷淋的半富液逆流接触使得烟道气完成一次净化处理；

其次，上一步骤中完成一次净化处理的烟道气进入烟道或者管道并继续上升，上升过程中，第一雾滴发生器所喷出的微细雾滴与所述烟道气接触对其进行降温、除尘及二次净化处理；

再次，上一步骤中完成二次净化处理的烟道气进入泡沫反应区，第二雾滴发生器将贫液通过喷嘴以一定的发散角分散，形成均匀、细小的雾滴，该雾滴随气流通过微孔网板的孔道时，气流被雾滴阻隔形成一些直径较小，扰动十分剧烈的动态泡沫，由于泡沫接触状态表面积大，并不断更新，是一种较好的接触状态。泡沫接触状态下的两相传质表面不是为数不多的气泡表面，而是面积很大的液膜。这种液膜不同于因表面活性剂的存在而形成的稳定泡沫，它高度湍动且会不断合并和破裂，为两相传质创造良好的流体力学条件。此时动态泡沫与雾滴进行接触传质形成微滴、泡沫的混合体；

随后所述混合体随烟道气进入液-泡沫混相区，在急冷作用下，混合体中的泡沫形成半富液并落至临时储液区，再将于微孔填料段、液-泡沫混相区完成第三次净化处理后的烟道气排出；

最后，将泡沫破裂后形成的半富液加压，通过回流管道送至液体分布器进行喷淋，通过半富液在填料层与烟道气中所含的酸性气的再次反应，进一步完成对酸性气的净化，从而完成一个完整的烟道气中所含酸性气的吸收内循环。

与现有技术相比，本实用新型所能达成的有益技术效果包括：

本实用新型中，采用泡沫代替部分复杂的填料结构，增加液体-气体接触表面区域，加速传质，反应表面连续地且猛烈地破裂和重组以使传质效率大幅提升，同时该过程中还可产生高的浓度梯度，使传质驱动力最大化。

本实用新型中，由于气体与极大的且迅速更新的液体表面湍冲接触形成泡沫区，在泡沫发生区及液-泡沫混相区设置热交换装置(冷却盘管)，以产生气体急冷作用，温度降低将提高吸收剂吸收CO₂的传质推动，从而提高对CO₂的吸收容量，减小吸收塔体积。

本实用新型中，于烟道内，在烟道气上升过程中对其进行预喷雾处理，液滴迅速蒸发时，在液滴附近区域内产生蒸汽组分的浓度梯度，形成由液滴向外流动扩散的斯蒂芬流，气体中的亚微米及微米级的杂质颗粒，会在斯蒂芬流的输送作用下运动，最后接触并粘附在凝结液滴上被湿润捕集，降低了其进入后续微孔填料堵塞孔板的风险。

本实用新型中，每一微孔填料段均包括上层填料和下层填料两层填料，且每层填料的孔径不同，可充分控制过网气速。另，液相在微孔填料上呈运动着的泡沫状态，经过有序规整微孔网板填料、无序多孔碳化硅填料后的气体过网速度逐层提高，泡沫横向的运动大大加强，泡沫表面气液两相间湍流程度强，气液间接触面积大且在不断更新，传质作用被不断加强。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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。

图1为本实用新型实施例1提供的组合式填料吸收塔的结构示意图。

图2为本实用新型实施例1中任意相邻两个微孔填料段以及之间所形成的泡沫自由混合区的结构示意图。

图3为本实用新型实施例1中任一微孔填料段的结构示意图。

图4为本实用新型实施例1中任一微孔填料段中上层填料的结构示意图。

图5为本实用新型实施例1中任一微孔填料段中下层填料的结构示意图。

图6为本实用新型实施例1中任一微孔填料段的剖面结构示意图。

主要附图标号说明：

10、进气管；100、进气口；

11、出液口；

12、填料层；

13、液体分布器；

14、储液区；

15、导流板；

16、第一雾滴发生器；160、贫液管线；

17、整流格栅；

18、第二雾滴发生器；

19、液-泡沫混相区；190、液-泡沫混相区冷却盘管；

20、烟道；200、塔壁；201、烟道进口；202、烟道出口；

21、出气管；210、丝网除沫器；

22、临时储液区；220、排液口；

23、循环泵；230、回流管道；

24、微孔填料段；240、上层填料；240a、微孔网板结构网孔；240b、微孔网板结构网板；241、下层填料；241a、碳化硅孔口；241b、碳化硅网板；242、泡沫生成区；243、文丘里冷却盘管；244、耐水材料；245、溢流段；246、挡水堰；247、泡沫自由混合区；248、支撑杆；

25、可伸缩式喷头；250、介质管线。

具体实施方式

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本实用新型中，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“中”、“顶”及“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本实用新型及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本实用新型中的具体含义。

此外，术语“设置”、“连接”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型中，醇胺溶液为一类有机碱溶液的统称，通常指的是在脱硫脱碳化工过程中用于吸收硫化氢或二氧化碳的弱碱性有机胺溶剂；

富液为在吸收塔的吸收操作过程中，易溶组分在塔内被吸收剂吸收后，于塔底流出的溶液(其中包含有被吸收组分)；

半富液为只吸收了部分CO₂，未完全转化为富液的贫液；

贫液为在解吸塔的解吸操作中，易溶组分从吸收剂分离，从塔底流出的溶液。

本实用新型所公开的“范围”以下限和上限的形式给出。可以分别为一个或多个下限，和一个或多个上限。给定的范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的。选定的下限和上限限定了特别范围的边界。所有以这种方式进行限定的范围是可组合的，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，针对特定参数列出了60-120和80-110的范围，理解为60-110和80-120的范围也是可以预料到的。此外，如果列出的最小范围值为1和2，列出的最大范围值为3，4和5，则下面的范围可全部预料到：1-3、1-4、1-5、2-3、2-4和2-5。

在本实用新型中，除非有其他说明，数值范围“a-b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0-5”表示本实用新型中已经全部列出了“0-5”之间的全部实数，“0-5”只是这些数值组合的缩略表示。

在本实用新型中，如果没有特别的说明，本实用新型所提到的所有实施方式以及优选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。

在本实用新型中，如果没有特别的说明，本实用新型所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。下列所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本实用新型，而不应视为限制本实用新型的范围。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

本实施例提供了一种组合式填料吸收塔，其结构示意图如图1所示，从图1中可以看出，所述组合式填料吸收塔为单塔结构，其塔体为圆柱形、垂直延伸的塔体，包括喷淋反应区、气流均布区及泡沫反应区，所述喷淋反应区位于吸收塔底部，所述气流均布区和所述泡沫反应区并排布置于所述喷淋反应区的上部，且所述气流均布区的底部及顶部分别与所述喷淋反应区的顶部、所述泡沫反应区的顶部相通；

所述喷淋反应区由下到上设置有储液区14、进气管10、填料层12及液体分布器13，其中，所述储液区14的一侧设置有出液口11，所述进气管10的一侧设置有进气口100；其中，所述填料层12为不锈钢316L材质的型号为M250Y的板波纹规整填料；

所述气流均布区包括烟道20及设置于烟道20顶部的若干个第一雾滴发生器16；所述烟道20顶部弯头设置有导流板15，泡沫反应区顶部的烟道进口/气流均布区顶部的烟道出口202为三角翼结构，三角翼结构与塔壁200交汇处布置一层整流格栅17，所述烟道底部与喷淋反应区交接处的烟道进口201为三角形结构，且三角形结构的斜边与所述烟道相对侧的塔壁200连接；

所述泡沫反应区由上到下设置有第二雾滴发生器18、微孔填料段24、液-泡沫混相区19、出气管21及临时储液区22；其中，所述整流格栅17的下方设置该第二雾滴发生器18，且贫液管线分别与若干个所述第一雾滴发生器16及所述第二雾滴发生器18连通；所述出气管21的进气端朝下并设置有丝网除沫器210，所述丝网除沫器210的孔口直径为3mm；所述临时储液区22的一侧开设有排液口220，所述排液口220通过回流管道230经由循环泵23后与所述液体分布器13相通；所述液-泡沫混相区19的内侧壁设置有多圈液-泡沫混相区冷却盘管190；

本实施例中，所述微孔填料段24的数量为3段，相邻所述微孔填料段24之间形成泡沫自由混合区247，任意相邻两个微孔填料段24以及之间所形成的泡沫自由混合区247的结构示意图如图2所示；

其中，任一微孔填料段24的结构示意图如图3所示，从图3中可以看出，所述微孔填料段24包括上层填料240、下层填料241及于上层填料240、下层填料241之间所形成的泡沫生成区242，其中，上层填料240、下层填料241的结构示意图分别如图4、图5及图6所示，所述上层填料240为有序规整微孔网板结构填料，下层填料241为无序多孔碳化硅填料，且上层填料240与下层填料241的孔径不同；具体地，本实施例中，所述上层填料240为U型微孔网板结构填料，于波峰、波谷及侧壁板，即微孔网板结构网板240b均布有直径为0.04mm的微孔网板结构网孔240a，下层填料241为直径(即碳化硅孔口241a的直径，所述碳化硅孔口241a开设于碳化硅网板241b)为1.5mm的非金属多孔泡沫碳化硅填料；

所述泡沫生成区242具有文丘里管结构，所述文丘里管结构外从上到下缠绕多圈文丘里冷却盘管243；

其中，所述上层填料240、下层填料241分别包括由支撑杆248形成的网格支撑结构，每个所述网格内设置有圆形填料环，所述圆形填料环内装填所述填料，即U型微孔网板结构填料和非金属多孔泡沫碳化硅填料，且所述网格与所述圆形填料环之间的空隙以及未形成网格的支撑杆248与塔壁200之间的空隙(见图6中箭头所示的四个角)均填充有耐水材料244；其中，所述上层填料240、下层填料241分别设置有32个圆形填料环，且耐水材料244、支撑杆248、圆形填料环、挡水堰246以及塔壁等的材质均为316L不锈钢；

所述第二雾滴发生器18的数量与所述圆形填料环的数量相同，且所述第二雾滴发生器18的喷嘴中心正对所述圆形填料环的中心；

其中，所述微孔填料段24的外侧设置有挡水堰246，所述挡水堰246朝向微孔填料段24的侧面分别与所述上层填料240、下层填料241相连，挡水堰246的上端略高出上层填料240，所述挡水堰246背向微孔填料段24的侧面通过水平连接段与所述泡沫反应区的内侧壁相连，且所述挡水堰246背向微孔填料段24的侧面与所述泡沫反应区的内侧壁之间形成溢流段245；

本实施例中，所述水平连接段也由微孔填料组成，材质与上层填料一致，即其材质为U型微孔网板结构填料；并且所述挡水堰246背向微孔填料段24的侧面/垂直面通过两条相互平行且分别与上层填料240、下层填料241位于同一高度的水平连接段与所述泡沫反应区的内侧壁相连；

其中，所述下层填料241的下方设置有若干个可伸缩式喷头25，其能回缩至塔壁200的边缘，若干个所述可伸缩式喷头25与介质管线250相连通。

本实施例中，所述第一雾滴发生器16和第二雾滴发生器18采用孟莫克动力波喷嘴，其所形成的雾滴的平均直径小于0.2mm。新鲜溶剂或贫溶剂通过贫液管线分别被送至第一雾滴发生器16和第二雾滴发生器18，新鲜溶剂或贫溶剂分为三股，两股沿切向进喷嘴、一股沿轴向进喷嘴，分别自上而下与烟道气逆流或者顺流接触。

为了更清楚地说明本实用新型实施例1所提供的组合式填料吸收塔，现利用所述组合式填料吸收塔对烟道气进行净化，包括以下具体步骤：

来自电厂的烟道气经脱硫、脱硝等工序处理后去除杂质，所得烟道气的温度为40℃，其含有12％vol的CO₂以及余量的N₂等非酸性气体，该烟道气从进气管的进气口进入喷淋反应区，并向上运动通过填料层，在填料层中与液体分布器喷淋的半富液逆流接触，时烟道气得到一次净化处理，与烟道气逆流接触的半富液变为富液汇集在储液区，并从储液区的出液口排出；

一次净化处理后的烟道气经三角形结构的烟道进口沿烟道继续上升，在上升过程中，烟道顶部的第一雾滴发生器的喷头开始喷雾，产生微细雾滴并与烟道气进行逆流接触，对烟道气进行降温、除尘及二次净化处理；

二次净化处理后的烟道气在导流板、整流格栅的引流作用下进入泡沫反应区，从第二雾滴发生器喷头喷出的液体呈均匀辐射状扩散，经上层填料后，产生众多直径为3-5毫米级的气泡，由中向外封住泡沫生成区腔体，使液体在微观上旋转翻腾，与气体强烈湍冲接触，提高表面更新能力，从而建立动态平衡的泡沫区，泡沫生成区腔体为文丘里管结构，可加速泡沫向下迁移，抵消泡沫形成的阻力，相邻微孔填料段间配置一层泡沫自由混合区，此区域内，泡沫、微滴、破裂泡发生无序接触，猛烈破裂、重组，又一次形成微滴、泡沫的混合体，同时在烟道气的惯性作用下，流向下一段微孔填料段，重复发生上述过程，直到通过所有微孔填料段；

在液气比L/G＝4的条件下，65-90％的吸收过程发生在雾化和起泡阶段，控制雾滴尺寸小于100μm，可将泡沫平均直径控制在3-3.7mm；与本领域现有技术中只采用装填有250Y规整填料的吸收塔进行烟道气净化的技术相比，本实用新型实施例中采用微细喷雾和泡沫的组合进行烟道气净化，可将气液接触比表面积提高6倍，吸收率提高4倍；

新鲜溶剂或贫溶剂通过贫液管线被分别送至第一雾滴发生器和第二第一雾滴发生器中，经喷头喷出形成微细的雾滴，与烟道气发生反应；

以质量浓度30％的MEA水溶液作为吸收剂吸收酸性气体的反应为放热反应，反应过程中温度升高不利于反应的进行，泡沫生成区腔体的文丘里管壁板周边设置有文丘里冷却盘管，在冷却介质，如水、空气或其他常用冷却剂的换热作用下，对烟道气、泡沫、雾滴进行降温(降温7℃)处理，在急冷作用下，泡沫加速破裂、重组，液-气接触频率增加，传质能力得到提升；

烟道气通过所有微孔填料段后，进入液-泡沫混相区，此区域塔壁设置有多圈液-泡沫混相区冷却盘管，其所用冷却介质也可为水、空气或其他常用冷却剂等；在此区域失去二次生成作用力，在急冷(降温12℃)作用下，泡沫迅速破裂，汇聚成小液滴，小液滴进一步聚合成较大的液滴，形成半富液并滴落至临时储液区，当临时储液区的液位达到一定程度后，开启循环泵，将半富液加压后通过回流管道送至液体分布器进行喷淋，从而完成一个完整的烟道气中所含酸性气体的吸收内循环。烟道气于微孔填料段、液-泡沫混相区完成第三次净化，完成净化后的烟道气通过出气管排出，完成净化后的烟道气中残余CO₂的体积浓度降至1％vol，CO₂的去除率达90％以上。

其中，出气管的进气端朝下并设置有丝网除沫器，有利于泡沫层净化后的气体与残余泡沫更有效地分离，减少对后续管道、风机的汽蚀；

经过一段时间的运行，微孔填料段中的填料可能会发生堵塞，造成塔内压降过大，此时启动下层填料下方配备的可伸缩式喷头，对填料进行简单、快速吹扫，在压缩空气或过热蒸汽的作用下，填料孔洞堵塞得到疏通。

综上，本实用新型实施例中，采用泡沫代替部分复杂的填料结构，增加液体-气体接触表面区域，加速传质，反应表面连续地且猛烈地破裂和重组以使传质效率大幅提升，同时该过程中还可产生高的浓度梯度，使传质驱动力最大化。

本实用新型实施例中，由于气体与极大的且迅速更新的液体表面湍冲接触形成泡沫区，在泡沫发生区及液-泡沫混相区设置热交换装置(冷却盘管)，以产生气体急冷作用，温度降低将提高吸收剂吸收CO₂的传质推动，从而提高对CO₂的吸收容量，减小吸收塔体积。

本实用新型实施例中，于烟道内，在烟道气上升过程中对其进行预喷雾处理，液滴迅速蒸发时，在液滴附近区域内产生蒸汽组分的浓度梯度，形成由液滴向外流动扩散的斯蒂芬流，气体中的亚微米及微米级的杂质颗粒，会在斯蒂芬流的输送作用下运动，最后接触并粘附在凝结液滴上被湿润捕集，降低了其进入后续微孔填料堵塞孔板的风险。

本实用新型实施例中，每一微孔填料段均包括上层填料和下层填料两层填料，且每层填料的孔径不同，可充分控制过网气速。另，液相在微孔填料上呈运动着的泡沫状态，经过有序规整微孔网板填料、无序多孔碳化硅填料后的气体过网速度逐层提高，泡沫横向的运动大大加强，泡沫表面气液两相间湍流程度强，气液间接触面积大且在不断更新，传质作用被不断加强。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施例，不能以其限定实用新型实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。

Claims (14)

1.一种组合式填料吸收塔，其特征在于，所述组合式填料吸收塔包括单塔结构或者双塔结构，当其为单塔结构时，包括喷淋反应区、气流均布区及泡沫反应区，所述喷淋反应区位于吸收塔底部，所述气流均布区和所述泡沫反应区并排布置于所述喷淋反应区的上部，且所述气流均布区的底部及顶部分别与所述喷淋反应区的顶部、所述泡沫反应区的顶部相通；

所述喷淋反应区由下到上设置有储液区、进气管、填料层及液体分布器，所述气流均布区包括烟道及设置于烟道顶部的第一雾滴发生器，所述泡沫反应区由上到下设置有第二雾滴发生器、若干微孔填料段、液-泡沫混相区、出气管及临时储液区；

当其为双塔结构时，包括第一吸收塔和第二吸收塔，所述第一吸收塔和第二吸收塔通过管道连通，且所述第一吸收塔内由下到上设置有储液区、进气管、填料层及液体分布器，所述第二吸收塔内由上到下设置有第二雾滴发生器、若干微孔填料段、液-泡沫混相区、出气管及临时储液区。

2.根据权利要求1所述的组合式填料吸收塔，其特征在于，所述临时储液区的排液口通过回流管道经由循环泵与所述液体分布器相通。

3.根据权利要求1或2所述的组合式填料吸收塔，其特征在于，所述烟道的底部与喷淋反应区交接处的烟道进口为直角三角形结构，且直角三角形结构的斜边与所述烟道相对侧的塔壁连接。

4.根据权利要求1或2所述的组合式填料吸收塔，其特征在于，所述烟道的顶部与泡沫反应区交接处的烟道进口还分别设置有导流板以及整流格栅，用于将烟道内的气体引流至泡沫反应区。

5.根据权利要求1所述的组合式填料吸收塔，其特征在于，若干所述微孔填料段包括上层填料、下层填料及于上层填料、下层填料之间所形成的泡沫生成区，其中，所述上层填料为有序规整微孔网板结构填料，下层填料为无序多孔碳化硅填料，且上层填料与下层填料的孔径不同。

6.根据权利要求5所述的组合式填料吸收塔，其特征在于，所述上层填料为U型微孔网板结构填料，于波峰、波谷及侧壁板均布有直径小于0.05mm的网孔，下层填料为直径1-2mm的非金属多孔泡沫碳化硅填料。

7.根据权利要求5或6所述的组合式填料吸收塔，其特征在于，所述上层填料、下层填料分别包括由支撑杆形成的网格支撑结构，每个所述网格内设置有圆形填料环，所述圆形填料环内装填所述填料，且所述网格与所述圆形填料环之间的空隙填充有耐水材料；

所述第二雾滴发生器的数量与所述圆形填料环的数量相同，且所述第二雾滴发生器的喷嘴中心正对所述圆形填料环的中心。

8.根据权利要求5或6所述的组合式填料吸收塔，其特征在于，所述微孔填料段的外侧设置有挡水堰，所述挡水堰朝向微孔填料段的侧面分别与所述上层填料、下层填料相连，其上端高出上层填料，所述挡水堰背向微孔填料段的侧面通过水平连接段与所述泡沫反应区的内侧壁相连，且所述挡水堰背向微孔填料段的侧面与所述泡沫反应区的内侧壁之间形成溢流段。

9.根据权利要求5或6所述的组合式填料吸收塔，其特征在于，所述泡沫生成区具有文丘里管结构。

10.根据权利要求9所述的组合式填料吸收塔，其特征在于，所述文丘里管结构外从上到下缠绕多圈冷却盘管。

11.根据权利要求1或2所述的组合式填料吸收塔，其特征在于，所述微孔填料段的数量为n+1，其中，n为≥1的整数；

相邻所述微孔填料段之间形成泡沫自由混合区。

12.根据权利要求5或6所述的组合式填料吸收塔，其特征在于，所述下层填料的下方设置有若干个可伸缩式喷头，其能回缩至塔壁边缘。

13.根据权利要求1或2所述的组合式填料吸收塔，其特征在于，所述出气管的进气端朝下并设置有丝网除沫器。

14.根据权利要求1或2所述的组合式填料吸收塔，其特征在于，所述液-泡沫混相区的内侧壁设置有多圈冷却盘管。

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