Установка для улавливания летучих веществ из газовых выбросов
Изобретение относится к области очистки промышленных газовых выбросов от летучих веществ с целью защиты воздушного бассейна от загрязнения и может быть использовано в химической, нефтехимической, газовой и других смежных отраслях промышленности. Сущность изобретения заключается в том, что установка для улавливания летучих веществ из газовых выбросов выполнена в виде ступенчатой колонны увеличивающегося поперечного сечения снизу вверх, с прямыми отводами с нижних в верхние ступени, с увеличивающимися нагрузками по жидкости с нижних к верхним ступеням, отработанный растворитель верхней ступени служит исходным растворителем смежной нижней ступени, над самой верхней ступенью установлена дополнительная ступень с циркулирующей водой для улавливания из газовых выбросов растворителя, который периодически отделяется от воды декантацией и отводится в системы циркулирующего растворителя нижних ступеней, в верхние части каждой ступени колонны подается циркулирующий растворитель через центральные форсунки, с самой нижней ступени растворитель подается на регенерацию, регенерированный растворитель подается на самую верхнюю ступень в качестве свежего растворителя. 1 з.п.ф-лы. 5 ил.
Изобретение относится к области очистки промышленных газовых выбросов от летучих веществ с целью защиты воздушного бассейна от загрязнения и может быть использовано в химической, нефтехимической, газовой и других смежных отраслях промышленности. Цель изобретения повышение эффективности, экономичности и надежности улавливания летучих веществ из больших объемов газовых выбросов. На фиг. 1 представлена технологическая схема установки; на фиг.2 колонна. продольный разрез; на фиг. 3 разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 разрез Б-Б на фиг.3; на фиг. 5 разрез В-В на фиг. 3. Установка для улавливания летучих веществ из газовых выбросов (фиг. 1-5) содержит вертикальную цилиндрическую колонну 1 со ступенчатой ее частью (ступенями 2 и 3) с уменьшающимся поперечным сечением, соединенной между собой коническими переходами 4 в виде усеченных конусов, ориентированных большими основаниями вверх, тангенциально направленные патрубки 5 в самой нижней ступени 3 колонны для ввода газовых выбросов и тангенциально направленные патрубки 6 с регулирующими задвижками 7 для ввода газовых выбросов в промежуточные ступени 2 и колонну 1, соответственно, с промежуточным и максимальным поперечным сечением, кубовую часть 8 колонны для слива отработанного абсорбента, патрубки 9 и 10 для подачи абсорбента в колонну 1 на двух уровнях в горизонтальных плоскостях с горизонтальными торами 11, осесимметрично концентрически расположенными по отношению к оси колонны 1, в торах 11 снизу установлены центробежные форсунки 12 со сменными винтовыми каналами 13 и мундштуками 14, причем направление спиральных каналов 13 в смежных форсунках 12 тора 11 противоположно. Верхняя часть колонны 1 имеет прямой отвод, входящий в верхнюю колонну 15 большего диаметра, чем колонна 1. Колонна 15 также имеет кубовую часть 16 для слива отработанного абсорбента и патрубки 17 и 18 для подачи абсорбента в верхюю часть колонны 15 через торы 11 с форсунками 12. Верхняя часть колонны 15 имеет также прямой отвод для отвода в вышерасположенную колонну большего диаметра и т. д. Самая верхняя колонна 19 наибольшего диаметра также имеет кубовую часть 20 для слива воды и патрубки 21 и 22 для подачи воды в верхнюю часть колонны 19 через торы 11 с форсунками 12. К кубовой части 8 колонны 1 подсоединен патрубок 23 для самотечного слива абсорбента в одну из двух емкостей 24, работающих попеременно, причем вторая емкость 24 всегда заполнена свежим абсорбентом, а первая емкость 24 заполнена циркулирующим абсорбентом. Один из двух центробежных насосов 24 задвижками на всасывающей линии подсоединен к емкости циркулирующего абсорбента 24, а нагнетательным патрубком соединен с патрубками 9 и 10 для подачи циркулирующего абсорбента через торы 11 и форсунки 12 в верхнюю часть колонны 1. К кубовой части 16 колонны 15 подсоединен патрубок 26 для самотечного слива абсорбента в одну из двух емкостей 27, работающих попеременно, причем вторая емкость 27 всегда заполнена свежим абсорбентом, а первая емкость 27 заполнена циркулирующим абсорбентом. Один из двух центробежных насосов 28 задвижками на всасывающем трубопроводе подсоединен к емкости циркулирующего абсорбента, а нагнетательный патрубок соединен с патрубками 17 и 18 для подачи циркулирующего абсорбента через торы 11 и форсунки 12 в верхнюю часть колонны 15. Трубопровод 29 предназначен для перекачки насосом 28 отработанного циркулирующего абсорбента из емкости 27 в емкость 24 свежего абсорбента. К кубовой части 20 колонны 19 подсоединен патрубок 30 для самотечного слива воды в одну из двух емкостей 31, работающих попеременно. Емкости 31 снабжены верхними стеклянными фонарями 32 для слива декантацией органического абсорбента по трубопроводу 33 в емкости 24 абсорбента колонны 1. Один из двух центробежных насосов 34 задвижками на всасывающем патрубке подсоединен к емкости 31 циркулирующей воды, а нагнетательным патрубком соединен с патрубками 21 и 22 для подачи циркулирующей воды через торы 11 и форсунки 12 в верхнюю часть колонны 19. Трубопровод 35 с задвижкой 36 предназначен для подачи отработанного абсорбента из емкости 24 колонны 1 на регенерацию абсорбента и утилизацию летучих веществ (не показано). Регенерированный абсорбент по трубопроводу 37 с задвижкой 38 подается емкость 27 свежего абсорбента колонны 15. Установка снабжена холодильниками для охлаждения циркулирующего абсорбента в каждой ступени (не показано). Размеры и количество форсунок 12 и торов 11 в верхних колоннах больше, чем в нижних в связи с увеличением количества жидкости (абсорбента), подаваемой в колонны с большим диаметром. Форсунки 12 в торах 11 на двух уровнях в горизонтальных плоскостях в плане размещаются со смещением в шахматном порядке. Установка для улавливания летучих веществ из газовых выбросов работает следующим образом. Газовые выбросы подаются (фиг. 1-5) в самую нижнюю ступенчатую часть (3) колонны 1 по тангенциально направленным патрубкам 5, а также в верхнюю ступенчатую часть (2) колонны 1 по тангенциально направленным патрубкам 6 и регулируется расход задвижками 7 так, чтобы обеспечить максимальные скорости газа в самой нижней ступенчатой части 3 колонны с минимальным поперечным сечением. С помощью регулирующих задвижек 7 распределяется поток газовых выбросов в патрубки 5 и 6, чтобы обеспечить максимально допустимое гидравлическое сопротивление потоку газовых выбросов в ступенях 3 и 2 и колонне 1, максимальную эффективность массообмена между газом и жидкостью, при этом не потребовалась бы установка дополнительных вентиляторов на линиях подачи газовых выбросов. Циркулирующий абсор- бент из емкости 24 насосом 25 подается по патрубку 9 и 10 в верхнюю часть колонны 1 через торы 11 в форсунки 12 со сменными винтовыми каналами 13 и мундштуками, обеспечивающими необходимую степень закручивания жидкости при выходе из форсунки и степень диспергирования жидкости при выходе из форсунки и степень диспергирования жидкости в зависимости от количества подаваемой жидкости на одну форсунку 12, что определяет эффективность массообмена между газом и жидкостью и гидравлическое сопротивление форсунки. В результате интенсивного вращения жидкости на выходе из мундштуков 14, форсунок 12, под действием центробежных сил жидкость сильно диспергируется с образованием мелкой дисперсии большой межфазной поверхностью, на которой и происходит массообмен между газом и жидкостью. Направление винтовых каналов 13 в соседних центробежных форсунках 12 и кольцевых торах 11 противоположно, что обеспечивает противоположное направление вращения струй жидкости, выходящих из соседних форсунок, в результате сопряженные вращающиеся струи жидкости в каждой и не будет происходить отражения струй и нарушения равномерного распределения жидкости факелов от каждой форсунки 12 в отдельности и от всех факелов по всему поперечному сечению колонны. В нижней ступенчатой части (2 и 3) колонны 1 с уменьшающимся поперечным сечением абсорбент в виде капель и струй отражается от поверхностей конических переходов 4 в направлении от периферии к центру, так как угол падения приблизительно равен углу отражения капель, в результате чего происходит перераспределение свободно падающего потока жидкости от периферии к центру, чем обеспечивается равномерное распределение жидкости по поперечному сечению колонны, так как под действием потока газа, как известно, скорость которого максимальна в центре, жидкость естественно перемещается от центра к периферии колонны. Тангенциальный ввод газовых выбросов в колонну 1 обеспечивает винтообразное движение газа по колонне 1 вверх и тесное взаимодействие с жидкостью, движущейся вниз под действием сил тяжести, так возрастает вероятность столкновения элементарных объемов газа и жидкости и этим обеспечиваются повышение эффективности массообмена между газом и абсорбентом и извлечение летучих веществ из газовых выбросов. При переходе газовых выбросов из нижних колонн в верхние с увеличивающимся поперечным сечением скорость газа в полном сечении уменьшается, а удельная нагрузка по жидкости (абсорбенту) возрастает, что предупреждает механический унос абсорбента с газом. В самой верхней колонне 19 происходит взаимодействие газа с водой, в результате при больших нагрузках по жидкости абсорбент, являющийся, как правило, высококипящим органическим растворителем, захватывается водой, а после отделения от воды декантацией возвращается в систему циркулирующего абсорбента в емкость 24 по трубопроводу 33 через фонарь 32. Отработанный в колонне 1 абсорбент подается из емкости 24 насосом 25 на регенерацию (не показано), после чего возвращается обратно в систему свежего абсорбента в емкость 27 колонны 15. После достижения в колонне 15 заданной концентрации циркулирующего абсорбента емкость 27 циркулирующего абсорбента отключается, абсорбент перекачивается насосом 28 в емкость 24 свежего абсорбента, а насос 28 подключается к емкости 27 свежего абсорбента, который становится циркулирующим. Циркулирующий абсорбент в каждой ступени охлаждается в холодильниках (не показано) для повышения поглотительной способности абсорбента. Таким образом, в колоннах 1 и 15 газовые выбросы движутся противотоком по отношению к абсорбенту, при этом достигается максимальная движущая сила процесса. Кроме того, противотоком перемещается абсорбент из верхней 15 в нижнюю 1 колонну. Свежий и регенерируемый абсорбент подается в систему колонны 15 по трубопроводу 37 с задвижкой 38. В колонне 19 производится захват абсорбента (органического растворителя), уносимого с нижних колонн 15 и 1 за счет больших нагрузок по жидкости и малой линейной скорости газа в полном сечении колонны. Так как органические летучие вещества в воде не растворимы, то они могут растворяться уносимым снизу абсорбентом, который периодически возвращается в систему колонны 1. Как абсорбент, так и вода не отводятся, а выполняются их потери периодической подпиткой водой и абсорбентом. Вследствие взаимодействий газовых выбросов и абсорбентов в дисперсном состоянии в полых колоннах, гидравлическое сопротивление всей установки не превышает 60-70 Па при скорости газа в полном сечении колонны до 5 м/с. Технические преимущества предлагаемой установки для улавливания летучих веществ из газовых выбросов по сравнению с прототипом заключаются в повышении степени извлечения летучих веществ из газовых выбросов за счет установки последовательно верхних колонн с увеличивающимся поперечным сечением и с увеличивающимся количеством циркулирующего абсорбента, за счет противоточного перетока циркулирующего абсорбента последовательно из систем верхних колонн в системы нижних колонн, что обеспечивает движущую силу процесса при общем противоточном движении газовых выбросов и абсорбента в установке, за счет использования в самой верхней колонне установки в качестве абсорбента воды для улавливания и захвата уносимого с нижних колонн абсорбента органического растворителя, за счет использования в качестве переходов из нижних колонн в верхние прямых отводов верхних частей нижних колонн в нижние части верхних колонн, что обеспечивает уменьшение гидравлического сопротивления потоку газа не меньше чем в два раза по сравнению с переходом в виде отражательного конуса, расширения и изменением направления, за счет использования в качестве распылительных устройств центробежных форсунок, обеспечивающих высокую степень диспергирования жидкости с образованием высокоразвитой межфазной поверхности, способствующих повышению эффективности массообмена между газом и жидкостью. Полезные преимущества установки заключаются в уменьшении летучих веществ в газовых выбросах, попадающих в окружающую атмосферу. Ожидаемый экономический эффект от использования установки для улавливания летучих веществ из газовых выбросов по сравнению с прототипом может быть обеспечен за счет предотвращения загрязнения окружающей воздушной среды летучими веществами и их повторного использования после утилизации с использованием предлагаемой установки. В настоящее время в лаборатории процессов и аппаратов химической технологии кафедры ТОПП Краснодарского политехнического института изготовлены опытные образцы колонны установки диаметром 600 и 800 мм, на основе чего разработан проект опытно-промышленной установки с диаметрами колонн 800/900/11000 /1110 мм для улавливания растворителя (ацетон, толуол, ксилол) из цеха покраски Краснодарского станкостроительного завода им. М.И. Калинина.
Формула изобретения
1. Установка для улавливания летучих веществ из газовых выбросов, включающая вертикальную цилиндрическую колонну, выполненную ступенчатой с уменьшающимся поперечным сечением сверху вниз и с соединением ступеней коническими переходами, ориентированными большими основаниями вверх, верхнюю колонну, установленную над нижней ступенчатой, большего диаметра по сравнению с нижней, тангенциально направленные патрубки для ввода газовых выбросов в нижние части ступенчатой колонны и дополнительные тангенциально установленные патрубки для ввода газовых выбросов и регулируемыми задвижками, размещенными на дополнительных патрубках, установленных на ступенях максимального и промежуточных поперечных сечений колонны, патрубки для подачи абсорбента сверху, струйно-распылительные устройства абсорбента в верхней части каждой колонны, емкости свежего и циркулирующего абсорбента, насосы циркулирующего абсорбента, соединенные посредством системы трубопроводов и запорной арматуры для каждой колонны, холодильники для охлаждения циркулирующего абсорбента, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности, экономичности и надежности улавливания летучих веществ из больших объемов газовых выбросов, установка снабжена несколькими дополнительными колоннами с увеличивающимися поперечными сечениями снизу вверх, при этом переходы из нижних в верхние колонны выполнены в виде прямых отводов верхних частей нижних колонн в нижние части колонны. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что струйно-распылительные устройства для подачи абсорбента в верхней части каждой колонны выполнены в виде центробежных форсунок с винтовыми каналами, установленными в концентрических торообразных трубах на двух уровнях в горизонтальных плоскостях, при этом расположение форсунок на двух уровнях в плане имеет шахматное смещение, а в смежных форсунках каждой торообразной трубы направления винтовых каналов противоположное, размеры форсунок последовательно каждой верхней колонны больше, чем каждой нижней колонны.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000
Извещение опубликовано: 10.11.2000
