RU155454U1 - Аппарат для очистки сернистых газов от вредных примесей - Google Patents

Abstract

Аппарат для очистки сернистых газов от примесей, включающий корпус, заполненный жидкостью, крышку с входным патрубком и форсункой для орошения и отводящим газ штуцером, коаксиально размещенные в корпусе аппарата вертикальные кольцевые конусообразные перегородки, к нижней части которых крепятся горизонтально установленные кольцевые диски с тангенциально расположенными вертикальными лопатками и листом, перекрывающими их, отличающийся тем, что в конечной части подводящего газ патрубка установлены тангенциально по отношению к направлению движения газа вертикальные лопатки, при этом вертикальные кольцевые конусообразные перегородки и встроенный конус имеют по две стенки, образующие замкнутые объемы, в которые подается оборотная охлажденная вода, причем на внешней поверхности конуса, расположенного внутри вертикальной кольцевой конусообразной перегородки, установлены на некотором расстоянии друг от друга по высоте конуса несколько ярусов лопаток, размещенных тангенциально по отношению к направлению движения газа.

Description

Полезная модель аппарата для очистки сернистых газов от вредных примесей [соединений As, Se, возгонов металлов, пыли и др.) может быть использована в сернокислотном производстве, в котором осуществляется утилизация отходящих сернистых газов предприятий цветной металлургии.

Известны сернокислотные производства, в которых для очистки газа от примесей используются, как правило, полые и насадочные башни. Данные аппараты применяются для реализации одной и той же технологии очистки газа от вредных примесей: охлаждение исходного газа низкоконцентрированной серной кислотой в испарительном режиме с образованием большого количества тумана, в состав которого переходят серный, мышьяковистый, селенистый ангидриды и другие вещества. Для улучшения условий выделение тумана в мокрых электрофильтрах понижают температуру газа и уменьшают концентрацию орошающей кислоты во второй и увлажнительной башнях, благодаря чему относительная влажность газа повышается, что приводит к поглощению паров воды каплями тумана и увеличению размеров капель. С увеличением размера капель они воспринимают в электрофильтре больший заряд и с большей силой притягиваются к осадительным электродам. Таким образом, принятая во многих сернокислотных производствах технология очистки сернистого газа от примесей путем перевода их в туман требует установки нескольких крупногабаритных и материало- и металлоемких аппаратов, в том числе 3-х башен, 2-х ступеней электрофильтров, холодильного, емкостного и насосного оборудования, что обуславливает значительные капитальные и эксплуатационные затраты. Известно производство серной кислоты, в котором в качестве аппарата, работающего в конденсационном режиме и способствующего укрупнению капель тумана, используется труба Вентури (комбинат «Электроцинк», г. Владикавказ).

Наиболее близким по технической сущности заявляемой полезной модели аппарата является скруббер для промывки и охлаждения сернистых газов, имеющий патент РФ на полезную модель №147796 от 16.10.2014, в котором также предусмотрена подача охлажденной слабой кислоты с целью проведения процесса конденсации паров воды, содержащихся в газе, а также укрупнения капель тумана.

Основным недостатком при использовании труб Вентури, как и при применении башенного оборудования для проведения очистки газа от вредных примесей путем перевода их в туман, являются большие капитальные и эксплуатационные затраты. Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель аппарата, является сокращение капитальных затрат за счет проведения процесса очистки исходного сернистого газа от примесей без образования тумана.

Указанный результат достигается тем, что заявляемый аппарат включает корпус, заполненный концентрированной кислотой, уровень которой может регулироваться, крышку с установленными на ней подводящим газ патрубком с форсункой для орошения и отводящим газ штуцером, при этом в конечной части подводящего газ патрубка установлены тангенциально по отношению к направлению движения газа вертикальные лопатки, коаксиально размещенные в корпусе аппарата вертикальные кольцевые конусообразные перегородки, имеющие по две стенки, образующие замкнутые объемы, в которые подается регулируемая по расходу оборотная охлажденная вода. Внутри 1-ой вертикальной кольцевой конусообразной перегородки на всю ее высоту размещен конус, имеющий две стенки, образующие замкнутый объем, в который также подается регулируемая по расходу оборотная охлажденная вода. Таким образом поверхности вертикальных кольцевых конусообразных перегородок и встроенного конуса служат теплообменными элементами.

Исходный сернистый газ, имеющий температуру 250-320°C и орошаемый 95%-ной серной кислотой с температурой 155-160°C, поступает благодаря установленным в конечной части подводящего газ газохода вертикальным лопаткам тангенциально в свободное пространство, ограниченное 1-ой вертикальной кольцевой конусообразной перегородкой и размещенным внутри ее конусом.

Прямотоком с направлением движения газожидкостного потока подается оборотная охлажденная вода с температурой 20-26°C в замкнутые объемы, образованные двумя стенками вертикальной кольцевой конусообразной перегородки и двумя стенками встроенного в нее конуса. Расход оборотной охлажденной воды, подаваемой в замкнутые объемы перегородки и конуса, может регулироваться. За счет высокого значения величины движущей силы теплопередачи (Δt_cp) в начале тангенциального движения газожидкостного потока, касающегося охлаждаемых поверхностей 1-ой вертикальной кольцевой перегородки и конуса, а также благодаря регулируемому расходу охлажденной оборотной воды, подаваемой в замкнутые объемы перегородки и конуса, идет интенсивное охлаждение газожидкостного потока и высаждающейся из него кислоты на поверхностях перегородки и конуса и при достижении температуры газа и кислоты 140°C протекает процесс конденсации паров серной кислоты на охлажденной пленке кислоты, стекающей по поверхностям вертикальной кольцевой перегородки и конуса, без образования тумана. Одновременно с этим идет процесс абсорбции на охлажденной пленке кислоты, стекающей по поверхностям перегородки и конуса, мышьяковистого и селенистого ангидридов. Процессы конденсации паров серной кислоты и сопровождающей ее абсорбцией мышьяковистого и селенистого ангидридов продолжают интенсивно протекать в горловинах Вентури, образованных прикрепленными к нижней части вертикальных кольцевых конусообразных перегородок горизонтально расположенных кольцевых дисков, являющихся одной из образующих горловин Вентури, а другой образующей является поверхность жидкости, находящаяся в корпусе аппарата, уровень которой может регулироваться в зависимости от содержания вредных примесей в исходном газе. Последнее позволяет изменять проходное сечение горловин, что обеспечивает интенсификацию проходящих тепло- и массообменных процессов при повышенном содержании вредных веществ в газе. При этом использование вертикальных конусообразных перегородок с примыкающими к ним горизонтально расположенными кольцевыми дисками определяет характер входа газа на поверхность жидкости, находящейся в корпусе аппарата, что дает возможность обеспечить орошение горловин Вентури путем диспергизации образующихся брызг кислоты газовым потоком и создания большой поверхности контакта между газом и жидкостью с целью оптимизации условий для проведения массо- и теплообмена. Установка на нижней поверхности кольцевых дисков в конечной их части вертикальных лопаток, расположенных тангенциально по отношению к радиальному направлению движения газа в горловине и погруженных частично в жидкость, находящуюся в корпусе аппарата, которые выходят на верхнюю поверхность кольцевых дисков и образуют криволинейные каналы совместно с листом, перекрывающих их, позволяют обеспечить вывод брызг жидкости из газожидкостного потока. Наряду с этим следует отметить, что свободное пространство для прохода газожидкостного потока между вертикальной кольцевой конусообразной перегородкой и встроенным в нее конусом, уменьшающееся по мере движения газа в нем, позволяет обеспечить высокую скорость газа и реализовать самоочищающий режим работы этого узла аппарата, исключающий вероятность отложения твердых веществ на поверхностях вертикальной кольцевой конусообразной перегородки и встроенного в нее конуса. Последнее интенсифицируется благодаря установленным по высоте конуса нескольким ярусам вертикальных лопаток, размещенных тангенциально к направлению движения газа. Полезная модель иллюстрируется чертежами, где:

- на фиг. 1 показан фронтальный разрез аппарата;

- на фиг. 2 показан вид аппарата сверху.

Аппарат включает корпус 1 и крышку 2, по центру которой расположен входной патрубок 3 с форсункой для орошения 4, при этом в конечной части входного патрубка 3 установлены тангенциально по отношению к направлению движения газа вертикальные лопатки 5. Входной патрубок 3 соединен с вертикальной кольцевой конусообразной перегородкой 6, имеющей две стенки, образующие замкнутый объем. В вертикальную кольцевую конусообразную перегородку 6 на всю ее высоту встроен конус 7, имеющий две стенки, образующие замкнутый объем. На наружной поверхности конуса по его высоте установлены в несколько ярусов лопатки 8, размещенные тангенциально по отношению к направлению движения газа. К нижней части вертикальной кольцевой конусообразной перегородки 6 крепится горизонтально размещенный кольцевой диск 9, на нижней поверхности которого в конечной его части установлены тангенциально вертикальные лопатки 10, выходящие на верхнюю поверхность кольцевого диска 9 и образующие криволинейные каналы совместно с листом 11, перекрывающих их. Лист 11 на некотором расстоянии от наружной поверхности 1-ой вертикальной кольцевой конусообразной перегородки 6 перекрывает ее по всей высоте и затем выходит на 2-ю вертикальную кольцевую перегородку, в конечной части которого установлены тангенциально вертикальные лопатки. На крышке 2 расположен выходной патрубок 12 для отвода газа, а донный патрубок 13 на корпусе 1 служит для отвода жидкости.

Заявляемая полезная модель аппарата работает следующим образом. Исходный сернистый газ, имеющий температуру 250-320°C и содержащий вредные примеси в виде пыли, соединений As, Se и др., поступает в заявляемый аппарат по подводящему газоходу 3, в который через форсунку 4 подается на орошение 95%-ная серная кислота с температурой 155-160°C, благодаря чему в подводящем газоходе идет первичное охлаждение исходного сернистого газа и абсорбция As₂o₃ и SeO₂ серной кислотой. Затем газожидкостный поток проходит вертикальные лопатки 5, установленные тангенциально по отношению к направлению движения газа в конечной части подводящего газохода 3, которые придают ему тангенциальное вращательное направление движения, и входит в свободное пространство, ограниченное вертикальной кольцевой конусообразной перегородкой 6 и встроенным в нее конусом 7. Прямотоком с направлением движения газожидкостного потока подается оборотная охлажденная вода с температурой 20-26°C в замкнутые объемы, образованные двумя стенками вертикальной кольцевой конусообразной перегородки 6 и двумя стенками встроенного в нее конуса 7, при этом расход оборотной охлажденной воды, подаваемой в замкнутые объемы перегородки 6 и конуса 7, может регулироваться. За счет высокого значения величины движущей силы теплопередачи (Δt_cp) в начале тангенциального движения газожидкостного потока, касающегося охлаждаемых поверхностей вертикальной кольцевой перегородки 6 и конуса 7, а также благодаря регулируемому расходу охлажденной оборотной воды, подаваемой в замкнутые объемы перегородки 6 и конуса 7, идет дальнейшее интенсивное охлаждение газожидкостного потока и высаждающейся из него кислоты на поверхностях перегородки 6 и конуса 7 и при достижении температуры газа и кислоты 140°C протекает процесс конденсации паров серной кислоты на охлажденной пленке кислоты, стекающей по поверхностям вертикальной кольцевой конусообразной перегородки 6 и конуса 7, без образования тумана. Одновременно с этим идет процесс абсорбции на охлажденной пленке кислоты, стекающей по поверхностям перегородки 6 и конуса 7, мышьяковистого и селенистого ангидридов. Процессы конденсации паров серной кислоты и абсорбции As₂o₃ и SeO₂ продолжают интенсивно идти в горловине трубы Вентури, образованной прикрепленным к нижней части вертикальной кольцевой перегородки 6 горизонтально установленным кольцевым диском 9, являющимся одной из образующих горловины, а другой образующей является поверхность жидкости, находящаяся в корпусе аппарата, уровень которой может регулироваться в зависимости от содержания вредных примесей в исходном газе. Последнее позволяет изменять проходное сечение горловины, что обеспечивает интенсификацию проходящих в горловине тепло- и массообменных процессов при повышенном содержании вредных веществ в газе. На выходе из объема, ограниченного вертикальной кольцевой конусообразной перегородкой 6 и конусом 7, идет инерционное выделение кислоты и захваченных ее вредных примесей за счет резкого изменения направления движения газового потока при контакте с поверхностью жидкости, находящейся в корпусе аппарата 1. При этом газ, выходящий их объема, ограниченного вертикальной кольцевой перегородкой 6 и конусом 7, со скоростью 23-25 ^м/_с при контакте с поверхностью жидкости, находящейся в корпусе 1 аппарата, вызывает значительное образование брызг, которые диспергируются потоком газа, направляющегося радиально на дальнейшую конденсацию паров кислоты и очистку от примесей в горловину, образованную кольцевым диском 9 и поверхностью жидкости, находящейся в аппарате. В горловине создаются оптимальные условия для проведения очистки газа от примесей за счет максимальной диспергизации жидкости высокоскоростным потоком газа (скорость газа в горловине 35-45 ^м/_с) и создания тем самым большой поверхности контакта между газом и жидкостью. На выходе из горловины газ направляется в каналы, образованные тангенционально установленными по отношению к радиальному направлению движения газа и погруженными частично в жидкость вертикальными лопатками 10 и листом 11, перекрывающим их. В каналах идет выделение брызг кислоты, однако некоторая часть брызг выносится газовым потоком на охлажденную наружную поверхность вертикальной кольцевой перегородки 6, что обеспечивает дальнейшее протекание процессов конденсации паров серной кислоты и абсорбции As₂o₃ и SeO₂. Лист 11 выходит на внутреннюю поверхность 2-ой вертикальной кольцевой конусообразной перегородки в ее верхней части, при этом под ним установлены тангенциально направляющие лопатки. Газовоздушный поток поступает на охлажденную внутреннюю поверхность 2-ой вертикальной кольцевой конусообразной перегородки 6, на которую через форсунки подается концентрированная кислота, где, также как и в горловине, идут аналогичные описанным выше процессы конденсации паров серной кислоты и абсорбции As₂O₃ и SeO₂. После очистки газожидкостного потока от брызг кислоты в криволинейных каналах, газ выходит из аппарата через штуцер 12. Наряду с вышеизложенным необходимо отметить, что свободное пространство для прохода газожидкостного потока, ограниченное 1-ой вертикальной кольцевой конусообразной перегородкой 6 и встроенным в нее конусом 7, снабженным несколькими ярусами лопаток, размещенных тангенциально, позволяет обеспечить многократную раскрутку газожидкостного потока с высокой скоростью и реализовать самоочищающий режим работы этого узла аппарата, исключающий вероятность отложения твердых веществ на поверхностях 1-ой вертикальной кольцевой перегородки 6 и встроенного в нее конуса 7.

Claims (1)

1. Аппарат для очистки сернистых газов от примесей, включающий корпус, заполненный жидкостью, крышку с входным патрубком и форсункой для орошения и отводящим газ штуцером, коаксиально размещенные в корпусе аппарата вертикальные кольцевые конусообразные перегородки, к нижней части которых крепятся горизонтально установленные кольцевые диски с тангенциально расположенными вертикальными лопатками и листом, перекрывающими их, отличающийся тем, что в конечной части подводящего газ патрубка установлены тангенциально по отношению к направлению движения газа вертикальные лопатки, при этом вертикальные кольцевые конусообразные перегородки и встроенный конус имеют по две стенки, образующие замкнутые объемы, в которые подается оборотная охлажденная вода, причем на внешней поверхности конуса, расположенного внутри вертикальной кольцевой конусообразной перегородки, установлены на некотором расстоянии друг от друга по высоте конуса несколько ярусов лопаток, размещенных тангенциально по отношению к направлению движения газа.

   

Images