專利名稱：氣液接觸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于改善噴淋塔中氣液接觸的裝置，特別涉及用于提高清除煙氣中所含的氧化硫和其他污染物或沾染物的清除效率的裝置。
采用洗滌塔或其他濕式化學(xué)吸收工藝來脫除熱煙氣中的諸如氧化硫之類的沾染物是眾所周知的。這類化學(xué)吸收系統(tǒng)典型地是利用含鈣、鎂或鈉的物質(zhì)的工藝過程。按照這些工藝過程，通常是用堿性水溶液或懸浮液對熱煙氣在一向上流的氣體液體接觸設(shè)備中進行洗滌。這允許以一種可控制的方式將欲清除的沾染物清除到某一可控制的程度(清除率可高達90%以上)。
美國專利U.S.4，263，021揭示了這類滌氣塔的一個典型實例。盡管該專利可以被考慮為實業(yè)界的一項標(biāo)準(zhǔn)，但是對這一技術(shù)的改進構(gòu)成本發(fā)明的主題。該專利所引用的有關(guān)技術(shù)的其他實例分別為授權(quán)給高斯通(Galstaun)等人的U.S.3，489，506、授權(quán)給特蘭納(Terana)的U.S.3，615，199和授權(quán)給達林格爾(Darlinger)等人的U.S.3，834，129。
這種類型的滌氣塔現(xiàn)在被普遍地稱之為塔盤式滌氣塔或噴淋/塔盤式滌氣塔，因為其中采用了諸如盤子或類似形狀的分配氣體和液體的某些裝置。該塔盤使煙氣在塔中流動均勻，使之從其中更加分布均勻地流過，還起到一種質(zhì)量轉(zhuǎn)移設(shè)備的作用。
本發(fā)明的一個目的在于通過改善噴淋塔氣體分布來提高現(xiàn)有的濕式煙氣脫硫技術(shù)。本發(fā)明的另一目的是既要提高反應(yīng)物利用率又要提高氧化硫和/或其他沾染物從氣相到液相的質(zhì)量轉(zhuǎn)移速率，而不論是否使用添加劑。本發(fā)明的再一個目的在于通過改善下游液體輸送設(shè)備前端處的氣體流動剖面來增進氣體和液體的均勻混合。本發(fā)明還有一個目的在于通過改變流動速度、液體流量、pH值、化學(xué)活性懸浮液中的懸浮顆粒的數(shù)量和塔盤的開通面積來改進吸收狀況。本發(fā)明的這些和其他目的在進一步了解后將更為明顯。
本發(fā)明中，煙氣與從靠近塔頂處進入并由塔底排出的液體逆流接觸而向上流過塔。該塔高度的中間處裝有至少一個水平設(shè)置的篩板，液體被噴淋到篩板上。篩板設(shè)有多個隔板，將它們布置成篩板間隔成多個單獨的頂上敞開的小隔室。篩板上的孔是制成為第一區(qū)域有第一個開通面積值和第二個區(qū)域有第二個開通面積值，這些第一和第二開通面積值不相等、要做到能夠改變塔的橫截面的開通面積，以使篩板的總的開通面積將會在篩板總面積的約5%和60%之間變化。
通過對篩板通孔的布置和間隔尺寸以及對液體和氣體流量作適當(dāng)調(diào)整，氣體和液體將會在各隔室中形成氣化的液體物質(zhì)，促使形成穩(wěn)定的液體滯留量，其使兩種介質(zhì)之間既能達到密切的接觸，又有可供進行充分的化學(xué)交換的足夠的接觸時間，以達到吸收的目的。流動與尺寸間的相關(guān)性取決于多種因素，例如所希望的化學(xué)反應(yīng)、液體和氣體的性質(zhì)和所涉及物質(zhì)的量。


圖1是一個吸收塔的側(cè)視剖面圖。
圖2是沿圖1中2-2線取的剖視圖。
圖3是圖1和圖2所示的吸收塔的一部分的放大透視圖。
本發(fā)明涉及對以前授權(quán)為U.S.4，263，021專利的改進。本發(fā)明建立在該項技術(shù)之上，因此，下面僅描述相對于先前專利的說明書和附圖的改進部分。
在本發(fā)明的圖示實施例中，氣體從外部氣源經(jīng)進氣管道11進入接觸塔10(可以是圓形、方形、長方形的或任意形狀的)的下面部分。這些氣體往上通過塔10后從制成在塔10頂上的出口排出。氣體在通過塔10的過程中與由向下噴淋的各噴頭13所噴入的液體逆流接觸，噴頭13裝在塔的中間高度上，并在一個或多個垂直間隔設(shè)置的篩狀塔盤或篩板14和16的頂部的上面或下面。懸浮液受重力作用向下逐次經(jīng)過各篩板，而后從塔10底部18上的任選噴頭17排出。
雖然塔盤14和16通常都有間距均勻的尺寸一致的開孔以便氣體均勻地經(jīng)過塔10;然而至今人們還沒有認(rèn)識或知道這些開孔的間距可以是不同的或整個塔盤上的這些開孔無需是尺寸相同的。這是因為相信，既然通過使氣體和液體均勻混合才能促進吸收，為了氣體和液體的更好接觸，需要有均勻的氣流分布。然而情況未必如此，因為最近人們發(fā)現(xiàn)，通過改變塔盤開通面積可使氣體分布得到改善，進而吸收改善和改善下游液體輸送設(shè)備(即除霧器)前端處的氣體流動剖面。
為了做到塔盤14和16的這種改變，可通過在一所需的區(qū)域增大孔徑或增加孔數(shù)或用更大的孔來增大塔盤14和16的開通面積。相反，若需要，可通過在塔盤14和16的另一特定區(qū)域用較小或較少的孔來使塔盤14和16的開通面積減小。
以往，整個塔盤14和16上統(tǒng)一采用內(nèi)徑約1 3/8 英寸的孔。但現(xiàn)在塔盤14和16上將采用內(nèi)徑范圍為從約9/16英寸至2英寸或更大的孔(或面積約為0.25至3.14平方英寸的開孔)，以便如上所述達到更好的吸收。另外已經(jīng)確定，通過在用于氣相擴散受控反應(yīng)的滌氣塔的塔盤上采用較大尺寸的開孔，二氧化硫的吸收效率可以達到與整個塔盤上用內(nèi)徑為1 3/8 英寸的孔的情況一樣，但是通過塔盤的壓降可以減少許多(約10%)。以往，采用開通面積約為25-50%的塔盤，而現(xiàn)在，已經(jīng)知道開通面積低達17%的塔盤就能滿足工藝過程要求。事實上，根據(jù)這些工藝過程要求，塔盤的開通面積可在5-60%范圍改變。
另外，試驗已表明，對一種固定幾何尺寸的塔盤，塔內(nèi)氣流速度偏離7-8英尺/秒，吸收情況卻能改善。這是根據(jù)流速在約為7-8英尺/秒時SO2的清除率為最小的試驗結(jié)果。在流速超過或低于這一數(shù)值例如為12.5英尺/秒或更大時，SO2吸收率急劇增加。
隨著在篩板14和16上及其上方的區(qū)域氣體和液體均勻地接觸，氣體上升通過來自噴頭13的液體噴淋會攜帶走液滴形式的液體。一些較大的液滴可能在塔中供液給噴頭的支管20的上方被分離出來，但在任何情況下所有氣體都通過諸如公知的巢式迷宮去霧器之類的液滴去除設(shè)備21，而使排放到大氣中的液體為最少。由支管24和25供液的噴頭22和23沖洗去霧器21的進口和出口的表面。
用于吸收的噴淋液體可以含有活性的懸浮顆粒以形成懸浮液。這類化學(xué)活性的吸收介質(zhì)可以是液體溶液，或者這類化學(xué)活性的吸收介質(zhì)可以是懸浮顆粒和液體溶液的混合物。通常，液體將是水，但也可用其他液體。
以往，化學(xué)活性的懸浮液或溶液含有5-10%的懸浮顆粒。但現(xiàn)在認(rèn)識到，塔盤14和16可以與固體總濃度(即溶解的和懸浮的)在近于零至約40%范圍內(nèi)變化的活性的和非活性的懸浮液和溶液一起應(yīng)用。
而且，在助催化系統(tǒng)中(即采用諸如堿性的鎂鹽、有機酸等緩沖劑的系統(tǒng))中采用塔盤與在應(yīng)用這類助催化劑、緩沖劑和/或添加劑之前的具有相同基本的SO2吸收率的噴淋塔相比，已使SO2吸收率增大了。這是因為由于添加劑的緩沖能力，塔盤上起泡層中的反應(yīng)加強了。
盡管都知道以前提到約20GPM/FT2(加侖每分鐘每平方英尺)的液體流量，但在本實施例中，已經(jīng)創(chuàng)下了對于鈉基系統(tǒng)液體流量低達5GPM/FT2，而對于石灰石系統(tǒng)超過75GPM/FT2的紀(jì)錄。另外，在現(xiàn)場氧化石灰石濕式洗滌系統(tǒng)中，塔盤上液體的pH值通常是比洗滌塔內(nèi)部循環(huán)的大量液體的pH值低0.2至2.2個pH值單位。pH值的這種降低使反應(yīng)物的利用率增大，并使在低pH值下可以工作得最好的緩沖劑的效果增強。
如圖所示，每個篩狀塔盤或篩板14和16都由豎直的隔板31分作幾個隔室。這些隔板31在水平方向上間隔開以按照需要形成尺寸完全相同或不同的許多隔室33。圖3示出了用以確立并保持篩板14和16在其位的適當(dāng)結(jié)構(gòu)支承件32。很明顯，支承件32固定于塔10的各壁，而篩板14和16橫向延伸穿過塔10延伸成或小或大的構(gòu)件，這些構(gòu)件構(gòu)成一個對通過塔10的向上的氣流和向下的液流的多孔擋板。
在至此所描述的石灰石洗滌塔的這一具體例子中，塔10是用于從燃燒含硫礦物燃料所產(chǎn)生的煙氣中除去二氧化硫氣體。由進氣管道11進入塔10的煙氣的溫度一般約為華氏200度或更高。但在通過噴頭13之后，煙氣大致是處于約華氏110-140度的飽和溫度。塔10中所用的液體或活性吸收劑最好是含有活性碳酸鈣或氫氧化鈣的一種懸浮液，并混有一般非活性的亞硫酸鈣和/或硫酸鈣。在本實施例中，吸收劑懸浮液經(jīng)支管20送入。由于有至少某些從塔10底部18排出的懸浮液再循環(huán)到支管20，因而懸浮液中有非活性的顆粒存在。任選噴口系統(tǒng)17是用于將空氣引入底部18以產(chǎn)生硫酸鈣。
在各隔室33內(nèi)接觸的懸浮液和氣體的混合物將形成液體和氣體的一種液化物質(zhì)，這種物質(zhì)的表觀上表面將是單單懸浮液的預(yù)期活化表面的大致兩或三倍。起泡或發(fā)泡物質(zhì)的表觀上表面一般要高出篩板14或16的上表面1/2至10英寸左右。
權(quán)利要求
1.一種氣液接觸設(shè)備其特征在于，它包括a)一個有一進氣口、一出氣口和供氣體從中向上通過的裝置的塔；b)設(shè)置在所述塔內(nèi)的并橫越所述氣體流動路徑的至少一塊板，所述板上制有篩孔，其第一區(qū)域有第一開通面積值，而其第二區(qū)域有第二開通面積值，所述第一和第二開通面積值無需相等，所述板的總開通面積在所述板的總面積的約5%與60%之間；c)在所述塔內(nèi)部將所述板的頂部分隔成多個單獨的隔室的隔板裝置；d)在所述塔內(nèi)位于至少一個所述板之上并設(shè)置成使懸浮液或溶液能積存在所述板上的噴頭裝置，藉以有利于提高所述塔對污染物的吸收率。
2.如權(quán)利要求1所述的氣液接觸設(shè)備，其特征在于，所述板上制有許多孔，如果所述孔是圓的，其大小是內(nèi)徑在9/16英寸至2英寸范圍內(nèi);如果所述孔不是圓的，其面積為約0.25平方英寸至約3.14平方英寸。
3.如權(quán)利要求2所述的氣液接觸設(shè)備，其特征在于，所述板的所述第一區(qū)域比所述板的所述第二區(qū)域有數(shù)量更多的孔，或者作為另一方案，所述板的所述第一區(qū)域與所述板的所述第二區(qū)域相比有尺寸更大的孔。
4.如權(quán)利要求2所述的氣液接觸設(shè)備，其特征在于，在設(shè)計狀態(tài)下所述氣體以不同于與最低污染物吸收率相對應(yīng)的流速的速度流過所述塔。
5.如權(quán)利要求4所述的氣液接觸設(shè)備，其特征在于，所述與最低污染物吸收率相對應(yīng)的流速約為7-8英尺/秒。
6.如權(quán)利要求4所述的氣液接觸設(shè)備，其特征在于，所述氣體以大于或小于7-8英尺/秒的速度流經(jīng)所述塔，以達到不是最低的而是較高的污染物吸收率。
7.如權(quán)利要求6所述的氣液接觸設(shè)備，其特征在于，所述氣體以約12.5英尺/秒以上的速度流經(jīng)所述塔。
8.如權(quán)利要求6所述的氣液接觸設(shè)備，其特征在于，該氣液接觸設(shè)備包括一用堿性鎂鹽和/或有機酸之類的緩沖劑助催化的污染物吸收系統(tǒng)。
9.如權(quán)利要求6所述的氣液接觸設(shè)備，其特征在于，對于鈉基系統(tǒng)或助催化系統(tǒng)，所述懸浮液或所述溶液的液體流量可以低達5加侖每分鐘每平方英尺(GPM/FT2)。
10.如權(quán)利要求6所述的氣液接觸設(shè)備，其特征在于，對于石灰石基系統(tǒng)或高污染物吸收率系統(tǒng)，所述懸浮液或所述溶液的液體流量高達或超過約75加侖每分鐘每平方英尺。
11.如權(quán)利要求6所述的氣液接觸設(shè)備，其特征在于，所述塔盤上的液體的pH值一般比在所述塔內(nèi)再循環(huán)的所述懸浮液或所述溶液的pH值低0.2至2.0個pH值單位。
12.如權(quán)利要求6所述的氣液接觸設(shè)備，其特征在于，所述懸浮液或所述溶液中總的固體濃度在約0%至40%范圍內(nèi)。
13.如權(quán)利要求6所述的氣液接觸設(shè)備，其特征在于，在所述懸浮液中用合適的反應(yīng)物可以除去諸如SO2、NOx、HCl、微粒狀物質(zhì)、CO2等污染物。
全文摘要
一種用于以吸收性液體吸收氣體污染物的氣液接觸系統(tǒng)，其中接觸是通過控制氣體和液體之間流動關(guān)系來達到，從而形成有利于氣體和液體之間的密切接觸的液化的液體物質(zhì)。
文檔編號B01F3/04GK1075102SQ9310150
公開日1993年8月11日 申請日期1993年2月6日 優(yōu)先權(quán)日1992年2月7日
發(fā)明者阿南達P·巴特, 丹尼斯W·約翰遜, 羅伯特B·邁爾斯 申請人:巴布考克及威爾考克斯公司