Установка для санитарной очистки больших объемов газовых промышленных выбросов

 

Использование: в области охраны воздушного бассейна от загрязнений промышленными отходами в виде твердых дисперсных частиц и вредных газовых примесей и может найти применение в химической, нефтехимической, металлургической и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: установка выполнена из вертикальных цилиндрических колонн с увеличивающимся поперечным сечением снизу вверх, переходы нижних колонн в верхние выполнены в виде прямых отводов, каждая колонна представляет ступень с системой циркулирующего абсорбента, газовые выбросы движутся в колоннах снизу вверх, а абсорбент сверху вниз и диспергируется в верхней части колонны центробежными форсунками, отработанный абсорбент с верхних ступеней подается в нижнюю смежную ступень для использования в качестве свежего исходного абсорбента, из самой нижней ступени абсорбент отводится периодически на регенерацию после достижения в нем насыщенной концентрации поглощаемых компонентов. В заявляемой установке обеспечивается отвод абсорбента из самой нижней ступени в состоянии равновесия с газовыми выбросами. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к охране воздушного бассейна от загрязнений промышленными отходами в виде твердых дисперсных частиц и вредных газовых примесей и может найти применение в химической, нефтехимической, металлургических и других отраслях промышленности.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является установка для санитарной очистки больших объемов газовых промышленных выбросов, включающая вертикальную цилиндрическую колонну, струйно-распылительное устройство абсорбента в верхней части колонки, технологические трубопроводы с арматурой для ввода снизу в колонну газовых выбросов и для подачи абсорбента сверху в колонну, емкости и насосы циркулирующего абсорбента.

Цель изобретения повышение эффективности, экономичности и надежности очистки больших объемов газовых промышленных выбросов от вредных примесей.

На фиг. 1 представлена технологическая схема установки; на фиг.2 схематически представлен продольной разрез колонны; на фиг.3 разрез по А-А на фиг.2; на фиг.4 вид по Б-Б на фиг.3; на фиг.5 вид по В-В на фиг.3.

Установка для санитарной очистки больших объемов газовых промышленных выбросов (фиг.1-5) содержит вертикальную цилиндрическую колонну 1 со ступенчатой ее частью 2 и 3 с уменьшающимся поперечным сечением, соединенный между собой коническими переходами 4 в виде усеченных конусов, ориентированным 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 дополнительную 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 верхнюю часть колонны 15 через торы 11 с форсунками 12. Верхняя часть дополнительной колонны 15 имеет также прямой отвод для ввода в вышерасположенную колонну большего диаметра и т.д. Самая верхняя дополнительная колонна 19 наибольшего диаметра также имеет кубовую часть 20 для слива абсорбента и патрубка 21 и 22 для подачи абсорбента 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 25 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 дополнительной 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 нагнетательным патрубком соединен с патрубками 17 и 18 для подачи циркулирующего абсорбента через торы 11 и форсунки 12 в верхнююю часть дополнительной 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 абсорбента в одну из двух емкостей 31, работающих попеременно. Из емкости 31 отработанный абсорбент перекачивается насосом 32 по трубопроводу 33 в емкость 27 свежего абсорбента колонны 15. Один из двух центробежных насосов 32 задвижками на всасывающем патрубке подсоединен к емкости циркулирующего абсорбента 31, а нагнетательным патрубком соединен с патрубками 21 и 22 для подачи циркулирующего абсорбента через торы 11 и форсунки 1 в верхнюю часть дополнительной колонны 19. Трубопровод 34 с задвижкой 35 предназначен для подачи отработанного абсорбента из емкости 24 колонны 1 на регенерацию (не показано). Регенерированный абсорбент по трубопроводу 36 с задвижкой 37 подается в емкость 31 свежего абсорбента дополнительной колонны 19. Установка снабжена холодильниками для охлаждения циркулирующего абсорбента (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 санитарной очистки газовых промышленных 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 тангениально направленным патрубкам 6 и регулируется расход задвижками 7 так, чтобы обеспечить максимальные скорости газа в самой нижней ступенчатой части 3 колонны 1 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, 2 и колонне 1, максимальную эффективность масообмена между газом и жидкостью, чтобы при этом не потребовалась бы установка дополнительных вентиляторов на линиях подачи газовых выбросов. Циркулирующий абсорбент из емкости 24 насосом 25 подается по патрубкам 9 и 10 в верхнюю часть колонны 1 торы 11 в форсунки 12 со сменными винтовыми каналами 13 и мундштуками 14, обеспечивающими необходимую степень закручивания 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 с большой межфазной поверхностью, на которой и происходит массообмен между газом и жидкостью. Направление винтовых каналов 13 в соседних центробежных форсунках 12 в кольцевых торах 11 противоположно, что обеспечивает противоположное направление вращения струй жидкости, выходящих из соседних форсунок, в результате сопряженные вращающиеся струи жидкости в каждом торе 11 соприкасаются однонаправленными потоками струй жидкости 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 поверхности 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 поперечому сечению колонны, так как под действием потока газа, как известно, скорость которого максимальная 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 обеспечивается этим 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 колонны уменьшается, а удельная нагрузка по жидкости (абсорбенту) возрастает, что предупреждает механичеиский унос абсорбента с газом.

Отработанный в колонне 1 абсорбент подается из емкости 24 насосом 25 по трубопроводу 34 с задвижкой 35 на регенерацию (не показано), после чего возвращается обратно в систему свежего абсорбента в емкость 31 колонны 19. После достижения в дополнительной колонне 19 заданной концентрации циркулирующего абсорбента последний перекачивается в емкость 27 колонны 15, а после достижения в дополнительной 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 емкости абсорбента.

Таким образом в колоннах 1, 15 и 19 газовые выбросы движутся противотоком по отношению к абсорбенту, при этом, как известно, достигается максимальная движущая сила процесса. Кроме того, противотоком перемещается абсорбент из верхней 19 и 15, из 15 в нижнюю 1 колонну. Свежий и регенерируемый абсорбент подается в емкость 31 колонны 15 по трубопроводу 36 с задвижкой 37.

Вследствие взаимодействия газовых выбросов и абсорбентов в дисперсном состоянии в полых колоннах, гидравлическое сопротивление всей устанровки не превышает 60-70 Па при скорости газа в полном сечении колонны до 5 м/с.

Технические преимущества заявляемой установки для санитарной очистки газовых промышленных выбросов по сравнению с прототипом заключаются в повышении степени извлечения вредных веществ из газовых выбросов за счет установки последовательно верхних колонн с увеличивающимся поперечным сечением с увеличивающимся количеством циркулирующего абсорбента за счет противоточного перетока циркулирующего абсорбента последовательно из систем верхних колонн в системы нижних колонн, что обеспечивает увеличение движущей силы процесса при общем противоточном движении газовых выбросов и абсорбента в установке, за счет режима работы самой нижней колонны в режиме достижения равновесия циркулирующего абсорбента, что обеспечивает минимальный расход абсорбента и минимальные расходы энергии на регенерацию абсорбента; 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 переходом в виде отражательного конуса расширения и изменения 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.

Общественно полезные преимущества установки для санитарной очистки газовых промышленных выбросов, вытекающие из технических преимуществ, по сравнению с прототипом, заключаются в уменьшении вредных веществ в газовых выбросах, попадающих в окружующую атмосферу.

Ожидаемый экономический эффект от использования установки для санитарной очистки газовых промышленных выбросов по сравнению с прототипом может быть обеспечен за счет предотвращения загрязнения окружающей воздушной среды вредными веществами.

Формула изобретения

1. УСТАНОВКА ДЛЯ САНИТАРНОЙ ОЧИСТКИ БОЛЬШИХ ОБЪЕМОВ ГАЗОВЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЫБРОСОВ, включающая вертикальную цилиндрическую колонну, струйно-распылительные устройства абсорбента в верхней части колонны, технологические трубопроводы с арматурой для ввода снизу в колонну газовых выбросов и для подачи абсорбента сверху в колонну, емкости и насосы циркулирующего абсорбента, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности, экономичности и надежности улавливания вредных веществ из больших объемов газовых выбросов, установка снабжена дополнительными колоннами с увеличивающимся поперечным сечением снизу вверх и расположенными над основной колонной, при этом верхняя часть основной колонны выполнена в виде прямого отвода, входящего в нижнюю часть вышерасположенной дополнительной колонны, а верхняя часть каждой дополнительной колонны выполнена в виде прямого отвода, входящего в нижнюю часть вышерасположенной дополнительной колонны, установка снабжена системой регенерации абсорбента, каждая дополнительная колонна снабжена системой из емкостей свежего и циркулирующего абсорбента, насосов циркулирующего абсорбента, соединенных всасывающими патрубками с емкостями циркулирующего абсорбента, а нагнетательными патрубками с патрубками для подачи циркулирующего абсорбента в распылительные устройства в верхней части колонны, трубопроводом, соединяющим нижнюю часть колонны с емкостью циркулирующего абсорбента, трубопроводом с регулирующей задвижкой, соединяющим нагнетательный патрубок насоса циркулирующего абсорбента с емкостью свежего абсорбента системы нижней колонны, при этом всасывающий трубопровод насоса циркулирующего абсорбента нижней колонны соединен трубопроводом с регулирующей задвижкой с системой регенерации абсорбента, а нагнетательный трубопроводом с регулирующей задвижной для подачи регенерирующего абсорбента с емкостью подачи свежего абсорбента верхней дополнительной 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 форсунки на двух уровнях в плане расположены с шахматным смещением, а в смежных форсунках каждой торообразной трубы винтовые каналы имеют противоположное направление, размер форсунок каждой верхней колонны больше, чем каждой нижней колонны.