RU2091154C1

RU2091154C1 - Gas lift apparatus

Info

Publication number: RU2091154C1
Application number: RU96111828A
Authority: RU
Inventors: В.Е. Кононов; В.А. Трофимов; В.П. Шипов
Original assignee: Акционерное общество закрытого типа "Невская линия"
Priority date: 1996-06-11
Filing date: 1996-06-11
Publication date: 1997-09-27

Abstract

FIELD: treatment of three-phase "liquid-gas-solids" systems during processing of precipitated biogenic wastes. SUBSTANCE: proposed apparatus comprises vertical cylindrical shell having lid and bottom with conically shaped lower portion. Apparatus further comprises at least one flow circulation circuit, and inlet and outlet branch pipes for supply of feed mass and for withdrawal of liquid and solid products, as well as for admission of oxygen-containing gas and for ejection of off-gases. Flow circulation circuit is made in form of air lift pipe 9 arranged outside of shell. Lower end of pipe 9 is connected with upper portion of bottom 3, while its upper end is tangentially received into upper portion of cylindrical shell. Branch pipe 10 for supply of oxygen-containing gas communicated with lower portion of air lift pipe 9. It is advisable that branch pipe 4 for supply of feed mass be arranged in top portion of cylindrical shell 1 above entrance point of air lift pipe 9, while it is preferable that liquid product discharge pipe be disposed in lower portion of cylindrical shell. To facilitate discharge of solid product, plurality of water supply pipes 14 can be arranged in conical portion 7 of bottom 3. EFFECT: apparatus can be effectively used for processing wastes and sewage, thereby providing effective environmental control. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к конструкции газлифтных аппаратов, предназначенных для использования в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности для проведения различных химических превращений в системе газ-жидкость-твердое тело. Предлагаемый аппарат может быть использован в области переработки сравнительно небольших объемов осадков различного рода биогенных отходов, в частности для окисления осадков очистных сооружений небольших городов, крупных поселков, свиноферм, птицефабрик, мясоперерабатывающих производств методом окислительно-гидролитической деструкции (мокровоздушного окисления). The invention relates to the construction of gas-lift apparatuses intended for use in the chemical, petrochemical and other industries for various chemical transformations in a gas-liquid-solid system. The proposed apparatus can be used in the processing of relatively small amounts of sediment of various kinds of biogenic waste, in particular for the oxidation of sludge from sewage treatment plants in small cities, large villages, pig farms, poultry farms, meat processing plants using oxidative-hydrolytic destruction (wet-air oxidation).

Известные газлифтные аппараты представляют собой кожухотрубные, предназначенные для проведения экзотермических и эндотермических реакций реакторы, которые, как правило, содержат вертикальный корпус с газовой и жидкостной камерами, с размещенными внутри корпуса и закрепленными в трубных решетках циркуляционными и барботажными трубами. В барботажных трубах предусмотрены отверстия для газа. Known gas-lift apparatuses are shell-and-tube, designed for conducting exothermic and endothermic reactions, which, as a rule, contain a vertical casing with gas and liquid chambers, with circulation and bubble tubes placed inside the casing and fixed in tube sheets. Gas lines are provided in the bubble tubes.

Так известный газлифтный аппарат (авт.св. СССР 1212550, B 01 J 10/00, опубл. Б. И. N 7, 1986) содержит цилиндрический корпус с крышкой и днищем. Внутри корпуса имеются газовая и жидкостная камеры, образованные стенками корпуса и трубными решетками, в которых закреплен пучок вертикальных циркуляционных и барботажных труб, образующих циркуляционные контуры. Корпус снабжен также дополнительной трубной решеткой, установленной над верхней решеткой таким образом, что между двумя верхними трубными решетками и стенкой корпуса образуется газовая камера, при этом концы барботажных труб расположены в жидкостной камере, а на расположенных в газовой камере участках циркуляционных труб выполнены отверстия. The well-known gas-lift apparatus (ed. St. USSR 1212550, B 01 J 10/00, publ. B. I. N 7, 1986) contains a cylindrical body with a lid and a bottom. Inside the casing there are gas and liquid chambers formed by the walls of the casing and tube sheets, in which a bundle of vertical circulation and bubbling pipes is fixed, forming circulating circuits. The housing is also equipped with an additional tube sheet mounted above the top plate in such a way that a gas chamber is formed between the two upper tube sheets and the body wall, while the ends of the bubble tubes are located in the liquid chamber, and openings are made in the sections of the circulation pipes located in the gas chamber.

Такое конструктивное выполнение устройства позволяет создать устойчивый режим циркуляции, увеличить поверхность контакта фаз и реакционную зону аппарата, повысив производительность аппарата. Such a constructive implementation of the device allows you to create a stable circulation mode, to increase the contact surface of the phases and the reaction zone of the apparatus, increasing the productivity of the apparatus.

Известен также выбранный в качестве ближайшего аналога газлифтный аппарат (авт.св. СССР 1012966, B 01 J 14/00, опубл. Б.И. 15, 1983), представляющий собой реактор, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с верхней сепарационной камерой, образующими циркуляционные контуры барботажными и циркуляционными трубами, закрепленными в трубных решетках. В барботажных трубах выполнены отверстия для ввода в них газа. Аппарат имеет также нижнюю цилиндрическую камеру, выполненную в виде цилиндрической обечайки с коническим днищем. Цилиндрическая часть корпуса снабжена теплообменной рубашкой. В нижней жидкостной камере выполнены сепарирующие элементы в виде усеченных конусов, расположенных по винтовой линии конической части жидкостной камеры. Реактор снабжен технологическими патрубками для подачи исходной массы, для подачи газа в аппарат, для вывода готового продукта и опорожнения реактора, для выхода отработанного газа, для ввода и вывода теплоносителя из теплообменной рубашки. В коническом днище корпуса предусмотрен патрубок для выгрузки твердого осадка. Аппарат предназначен для работы с гетерогенными системами. Also known is the gas lift apparatus selected as the closest analogue (autost. USSR 1012966, B 01 J 14/00, publ. B.I. 15, 1983), which is a reactor containing a vertical cylindrical body with an upper separation chamber forming circulating contours with bubbled and circulating pipes fixed in tube sheets. In the bubbler pipes, holes are made for introducing gas into them. The apparatus also has a lower cylindrical chamber, made in the form of a cylindrical shell with a conical bottom. The cylindrical part of the housing is equipped with a heat exchange jacket. Separating elements are made in the lower liquid chamber in the form of truncated cones located along the helical line of the conical part of the liquid chamber. The reactor is equipped with technological nozzles for supplying the initial mass, for supplying gas to the apparatus, for outputting the finished product and emptying the reactor, for the outlet of the exhaust gas, for entering and leaving the coolant from the heat exchange jacket. A conduit for unloading solid sediment is provided in the conical bottom of the housing. The device is designed to work with heterogeneous systems.

Реактор работает следующим образом: реактор заполняют реакционной массой, содержащей твердую фазу; кислородсодержащий газ постоянно подается в аппарат в процессе реакции, скапливается под нижней трубной решеткой, образуя газовый слой, из которого он (газ) через отверстия в барботажных трубах попадает в них, образуя газожидкостную смесь. Вследствие разницы плотностей сред в барботажных и циркуляционных трубах происходит циркуляция реакционной массы. Газожидкостная смесь движется вверх и поступает в газовую камеру, где происходит разделение фаз. Жидкая фаза в виде суспензии по циркуляционным трубам опускается вниз в жидкостную камеру. Отработанный газ, предварительно освобожденный от содержащихся в нем капель, удаляется через патрубок в крышке аппарата. Готовый продукт отводится через размещенный над трубами патрубок для выгрузки жидкого продукта. Твердая фаза реакционной массы оседает на дно жидкостной камеры (коническое днище). В процессе седиментации сепарирующие элементы в конической части аппарата способствуют закручиванию движущегося потока, улучшая агломерацию твердых частиц. По мере накопления твердой фазы в конической части днища твердая нерастворимая часть реакционной массы выводится из аппарата. Конструкция аппарата позволяет повысить степень отделения твердых частиц продукта от жидкой фазы. The reactor works as follows: the reactor is filled with a reaction mass containing a solid phase; oxygen-containing gas is constantly supplied to the apparatus during the reaction, accumulates under the lower tube sheet, forming a gas layer from which it (gas) enters into them through openings in the bubble tubes, forming a gas-liquid mixture. Due to the difference in the density of the media in the bubbler and circulation pipes, the reaction mass circulates. The gas-liquid mixture moves up and enters the gas chamber, where phase separation occurs. The liquid phase in the form of a suspension through the circulation pipes is lowered down into the liquid chamber. Exhaust gas, previously freed from the droplets contained in it, is removed through a pipe in the lid of the apparatus. The finished product is discharged through a pipe placed above the pipes to discharge the liquid product. The solid phase of the reaction mass settles to the bottom of the liquid chamber (conical bottom). In the process of sedimentation, the separating elements in the conical part of the apparatus contribute to the swirling of the moving stream, improving the agglomeration of solid particles. As the solid phase accumulates in the conical part of the bottom, a solid insoluble part of the reaction mass is removed from the apparatus. The design of the apparatus allows to increase the degree of separation of solid particles of the product from the liquid phase.

Задачей изобретения является разработка конструкции аппарата, которая позволила бы перерабатывать трудноокисляемые гетерогенные суспензии, такие как осадки различного рода биогенных отходов. The objective of the invention is to develop a device design that would allow to process difficultly oxidized heterogeneous suspensions, such as sediments of various kinds of biogenic waste.

Для решения этой задачи предложен газлифтный аппарат, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с крышкой и днищем с конической нижней частью, по крайней мере, одним циркуляционным контуром и технологическими патрубками для подачи исходной массы и выгрузки готовых жидкого и твердого продуктов, подачи кислородсодержащего газа и отвода отработанных отводящих газов. Согласно изобретению в предлагаемом газлифтном аппарате циркуляционный контур выполнен в виде выносной эрлифтной трубы, нижний конец которой размещен в днище аппарата, а верхний выполнен тангенциально входящим в днище аппарата, а верхний выполнен тангенциально входящим в цилиндрическую часть корпуса, и патрубок для подачи кислородсодержащего газа сообщен с нижней частью эрлифтной трубы. To solve this problem, a gas-lift apparatus is proposed, comprising a vertical cylindrical body with a lid and a bottom with a conical lower part, at least one circulation circuit and process pipes for supplying the initial mass and unloading the finished liquid and solid products, supplying oxygen-containing gas and exhaust exhaust gases. According to the invention, in the proposed gas-lift apparatus, the circulation circuit is made in the form of a remote airlift pipe, the lower end of which is placed in the bottom of the apparatus, and the upper is tangentially included in the bottom of the apparatus, and the upper is tangentially included in the cylindrical part of the housing, and the pipe for supplying oxygen-containing gas is in communication with the bottom of the airlift pipe.

Патрубок подачи исходной массы размещен в крышке аппарата, либо в верхней части цилиндрической части корпуса, выше входа верхнего конца эрлифтной трубы в корпус. Патрубок выгрузки готового жидкого продукта выполнен в нижней части цилиндрического корпуса. The supply pipe of the initial mass is placed in the lid of the apparatus, or in the upper part of the cylindrical part of the housing, above the entrance of the upper end of the airlift pipe into the housing. The discharge pipe of the finished liquid product is made in the lower part of the cylindrical body.

В конической части днища аппарата целесообразно размещение патрубка подачи воды для промывки при выгрузке твердого водорастворимого осадка. In the conical part of the bottom of the apparatus, it is advisable to place a water supply pipe for washing when unloading a solid water-soluble sediment.

Количество эрлифтных труб определяется размером аппарата и составляет, как правило, от 1 до 3. The number of airlift pipes is determined by the size of the apparatus and is, as a rule, from 1 to 3.

Основным и принципиальным отличием предлагаемого газлифтного аппарата от известного (ближайшего аналога) является то, что циркуляционный контур выполнен в виде выносной эрлифтной трубы, причем нижний конец ее присоединен к днищу корпуса, а верхний тангенциально входит в цилиндрическую часть корпуса ниже патрубка подачи исходной массы. Транспорт газожидкостной реакционной смеси осуществляется вверх по эрлифтной трубе. В этом случае роль циркуляционной трубы в контуре берет на себя сам реактор. The main and fundamental difference between the proposed gas-lift apparatus and the known (closest analogue) is that the circulation circuit is made in the form of a remote airlift pipe, with its lower end attached to the bottom of the body, and the upper tangentially entering the cylindrical part of the body below the source mass supply pipe. The transport of the gas-liquid reaction mixture is carried out up the airlift pipe. In this case, the role of the circulation pipe in the circuit is assumed by the reactor itself.

Выполнение верхнего конца эрлифтной трубы тангенциально входящим в корпус аппарата позволило вводить реакционную массу по касательной к корпусу, создавая тем самым вращение реакционной массы в аппарате, имитируя работу мешалки. В процессе окисления вся реакционная масса закручивается и не оседает. The implementation of the upper end of the airlift pipe tangentially entering the body of the apparatus allowed to introduce the reaction mass tangentially to the body, thereby creating a rotation of the reaction mass in the apparatus, simulating the operation of the mixer. During the oxidation process, the entire reaction mass is twisted and does not settle.

Размещение патрубка подачи кислородсодержащего газа, например воздуха, в нижней части эрлифтной трубы позволяет поднимать реакционную массу вверх по трубе и одновременно интенсифицировать процесс окислительно-гидролитической деструкции. Такое конструктивное решение позволило работать со сложными трехфазными средами, содержащими биоорганику. Процесс возможно осуществлять периодически, по необходимости с большими перерывами. Placing an oxygen-containing gas supply pipe, for example air, in the lower part of the airlift pipe allows the reaction mass to be lifted up the pipe and at the same time intensify the process of oxidative-hydrolytic destruction. Such a constructive solution made it possible to work with complex three-phase media containing a bioorganic. The process can be carried out periodically, as necessary with long interruptions.

Для обеспечения эффективного пеногашения и отделения газовоздушной смеси от реакционной массы, уровень ее целесообразно поддерживать не выше входящих штуцеров эрлифтных труб. To ensure effective defoaming and separation of the gas-air mixture from the reaction mass, it is advisable to maintain its level no higher than the incoming fittings of airlift pipes.

Обогрев реакционной массы может осуществляться через поверхность стенок корпуса с помощью известных средств (электрообогрева, обогрева через рубашку глухим паром либо острым паром через эжектор). Heating of the reaction mass can be carried out through the surface of the walls of the body using known means (electric heating, heating through the jacket with blank steam or hot steam through an ejector).

На фиг.1 представлен схематично общий вид аппарата; на фиг.2 вид сверху (разрез по А-А). Figure 1 presents schematically a General view of the apparatus; figure 2 is a top view (section along aa).

Газлифтный аппарат содержит корпус 1 с крышкой 2 и днищем 3, технологическими патрубками подачи исходной массы 4, выгрузки жидкого продукта (оксидата) 5, отвода отходящих газов 6. В нижней части днища 3 предусмотрена коническая камера 7 для сбора нерастворимого твердого остатка с патрубком 8, через который осуществляется выгрузка. Корпус 1 снабжен по крайней мере одним циркуляционным контуром в виде выносной эрлифтной трубы 9, нижний конец которой размещен в верхней части днища 3 аппарата, а верхний конец тангенциально входит в цилиндрическую часть корпуса 1. Каждая эрлифтная труба 9 в нижней части обустроена штуцером подачи кислородсодержащего газа 10. Кроме того, предусмотрена рубашка 12 для теплоносителя или какой-либо другой нагревательный элемент для подогрева реакционной массы до температуры реакции. The gas-lift apparatus comprises a housing 1 with a cover 2 and a bottom 3, technological nozzles for supplying the initial mass 4, unloading the liquid product (oxidate) 5, exhaust gas 6. A conical chamber 7 is provided at the bottom of the bottom 3 for collecting insoluble solid residue with a nozzle 8, through which the unloading is carried out. The housing 1 is equipped with at least one circulation circuit in the form of a remote airlift pipe 9, the lower end of which is located in the upper part of the bottom 3 of the apparatus, and the upper end tangentially enters the cylindrical part of the housing 1. Each airlift pipe 9 in the lower part is equipped with an oxygen-containing gas supply fitting 10. In addition, a jacket 12 is provided for the coolant or some other heating element for heating the reaction mass to the reaction temperature.

Газлифтный аппарат работает следующим образом: иловая суспензия, сгущенная до 90% -ной влажности с помощью насоса (на чертеже не показано) загружается в реактор под атмосферным давлением до определенного уровня, определяемого размещением верхних концов эрлифтных труб 9. Загрузка осуществляется через патрубок 4. The gas-lift apparatus works as follows: a sludge suspension condensed to 90% moisture by means of a pump (not shown in the drawing) is loaded into the reactor under atmospheric pressure to a certain level, determined by the placement of the upper ends of the airlift pipes 9. Download is made through pipe 4.

Окислительно-гидролитическая деструкция осуществляется следующим образом; в выносные эрлифтные трубы 9 подается кислородсодержащий газ, например воздух через штуцер 10. В результате чего начинается циркуляция иловой суспензии по контуру; эрлифтная труба реактор эрлифтная труба. Насыщенная воздухом циркулирующая суспензия из эрлифтной трубы поступает в корпус реактора, где отделяется избыток газа, главным образом углекислого газа и воздуха. Эта газовоздушная смесь вместе с парами воды направляется через патрубок отвода отходящих газов 6 в холодильник-конденсатор (на чертеже не показано), где пары конденсируются и возвращаются самотеком в реактор, а углекислый газ и воздух выбрасываются в атмосферу через обратный клапан. Oxidative-hydrolytic destruction is as follows; oxygen-containing gas, for example, air, is supplied to the remote airlift pipes 9, for example, air through the nozzle 10. As a result, the sludge suspension begins to circulate along the circuit; airlift pipe reactor airlift pipe. The circulating suspension saturated with air from the airlift pipe enters the reactor vessel, where excess gas, mainly carbon dioxide and air, is separated. This air-gas mixture, together with water vapor, is directed through the exhaust gas outlet pipe 6 to the refrigerator-condenser (not shown in the drawing), where the vapor condenses and returns by gravity to the reactor, and carbon dioxide and air are released into the atmosphere through a non-return valve.

После окончания реакции окислительно-гидролитической деструкции прекращают подачу воздуха в аппарат. В реакторе снижают давление и температуру. По достижении необходимой температуры готовый жидкий оксидат выгружают через патрубок 5 и направляют на концентрирование или используют как готовый продукт. Нерастворимый твердый остаток оседает в конической камере 7 и выгружается через паровой кран 13 с помощью воды, подаваемой через патрубки 14. After the completion of the oxidative-hydrolytic destruction reaction, the air supply to the apparatus is stopped. The pressure and temperature in the reactor are reduced. Upon reaching the required temperature, the finished liquid oxidate is discharged through the pipe 5 and sent for concentration or used as a finished product. The insoluble solid residue settles in the conical chamber 7 and is discharged through the steam valve 13 using water supplied through the nozzles 14.

Предлагаемый аппарат может быть широко использован для окисления осадков биогенных отходов очистных сооружений, когда требуется переработка небольших количеств осадков биогенных отходов, например осадков биогенных отходов небольших городов, крупных поселков, свиноферм, птицефабрик, что позволяет снять опасность загрязнений водоемов или рек, по берегам которых они чаще всего расположены. The proposed apparatus can be widely used for the oxidation of sediments of biogenic waste from sewage treatment plants, when it is necessary to process small amounts of sediment of biogenic waste, for example, sediments of biogenic waste from small cities, large settlements, pig farms, and poultry farms, which makes it possible to remove the danger of pollution of water bodies or rivers along whose banks most often located.

Claims

1. Gas-lifting apparatus for processing three-phase liquid-gas systems - a solid body containing a cylindrical body with a cover and a bottom with a lower conical part, at least one circulation circuit and process pipes for supplying the initial mass and removal of liquid and solid products, for supplying oxygen-containing gas and exhaust gas, characterized in that the circulation circuit is made in the form of an airlift pipe placed outside the housing, the lower end of which is connected to the bottom of the housing, and the upper is made tangential on entering the top of the cylindrical body, and an oxygen-containing gas supply conduit communicates with the bottom of airlift pipe.

2. The apparatus according to claim 1, characterized in that the source mass supply pipe is located in the upper part of the cylindrical body, the liquid product outlet pipe in the lower part of the cylindrical body, and a water supply pipe is made in the conical part of the bottom.