УСТАНОВКА ДЛЯ САНИТАРНОЙ ОЧИСТКИ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ С ЦЕНТРОБЕЖНЫМИ ФОРСУНКАМИ Российский патент 1995 года по МПК B01D53/18 

Изобретение касается 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.

Известна установка для санитарной очистки газовых выбросов, включающая цилиндрический корпус, патрубки для ввода газа снизу и подачи абсорбента сверху, распределители жидкости, выполненные в виде концентрических торообразных труб с равномерно расположенными в них снизу центробежными форсунками с винтовыми каналами, при этом в смежных форсунках каждой торообразной трубы направления винтовых каналов противоположные. Эта установка обеспечивает высокую производительность по газовым промышленным выбросам и очень низкое гидравлическое сопротивление газовому потоку в условиях противопоточного взаимодействия восходящего потока газа и падающего мелкодисперсного абсорбента в виде капель и брызг.

Однако эта установка не может обеспечить достаточно высокую степень очистки газовых промышленных выбросов от вредных примесей из-за малого времени контакта фаз при однократном взаимодействии газа и жидкости, при этом недостаточно используется активность абсорбента, особенно при переменных и низких концентрациях вредных примесей в газовых выбросах, что влечет перерасход абсорбента и неоправданное удорожание процесса при наличии достаточно высокой неиспользованной потенциальной активности абсорбента.

Наиболее близкой к изобретению является установка для санитарной очистки больших объемов газовых промышленных выбросов, включающая вертикальную цилиндрическую колонну, выполненную ступенчатой с уменьшающимся поперечным сечением сверху вниз и с соединением ступеней коническими переходами, ориентированными большим основанием вверх, над нижней ступенчатой колонной установлено несколько дополнительных колонн с увеличивающимся поперечным сечением снизу вверх с переходами из нижних в верхние колонны прямыми отводами верхних частей нижних колонн в нижние части верхних колонн, тангенциально направленные патрубки для ввода газовых выбросов в нижние части нижней ступенчатой колонны и дополнительные тангенциально установленные патрубки для ввода газовых выбросов с регулирующими задвижками, размещенными на дополнительных патрубках, установленных на ступенях максимального и промежуточных поперечных сечений колонны патрубки для подачи абсорбента в верхней части каждой колонны в концентрические торообразные трубы на двух уровнях в горизонтальных плоскостях с центробежными форсунками, расположенными равномерно по периметру торообразных труб и с шахматным смещением в плане, в смежных форсунках каждой торообразной трубы направления вращения выходящих струй из форсунок противоположное, емкости свежего и циркулирующего абсорбента, насосы циркулирующего абсорбента, соединенные посредством системы трубопроводов и запорной арматуры для каждой колонны, холодильники для охлаждения циркулирующего абсорбента, количество циркулирующего абсорбента каждой верхней колонны больше, чем нижней смежной колонны, отработанный абсорбент каждой верхней колонны служит последовательно свежим абсорбентом нижней колонны, отработанный абсорбент самой нижней колонны подается на регенерацию, регенерированный абсорбент возвращается в систему циркуляции самой верхней колонны.

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

Для этого в установке для санитарной очистки газовых выбросов, включающей вертикальную цилиндрическую колонну, выполненную ступенчатой с уменьшающимся поперечным сечением сверху вниз и с соединением ступеней коническими переходами, ориентируемыми большим основанием вверх, над нижней ступенчатой колонной установлено несколько дополнительных колонн с увеличивающимся поперечным сечением снизу вверх с переходами из нижних в верхние колонны прямыми отводами верхних частей нижних колонн в нижние части верхних колонн, тангенциально направленные патрубки для ввода газовых выбросов в нижние части верхних колонн, тангенциально направленные патрубки для ввода газовых выбросов в нижние части нижней ступенчатой колонны и дополнительные тангенциально установленные патрубки для ввода газовых выбросов с регулирующими задвижками, размещенными на дополнительных патрубках, установленных на ступенях максимального и промежуточных поперечных сечений колонны, патрубки для подачи абсорбента в верхней части каждой колонны в концентрические торообразные трубы на двух уровнях в горизонтальных плоскостях с центробежными форсунками, расположенными равномерно по периметру сверху на торообразных трубах и с шахматным смещением в плане, в смежных форсунках каждой торообразной трубы направления вращения выходящих струй из форсунок противоположное, емкости свежего и циркулирующего абсорбента, насосом циркулирующего абсорбента, соединенные посредством системы трубопроводов и запорной арматуры для каждой колонны, холодильники для охлаждения циркулирующего абсорбента, количество циркулирующего абсорбента каждой верхней колонны больше, чем нижней смежной колонны, отработанный абсорбент каждой верхней колонны служит последовательно свежим абсорбентом нижней колонны, отработанный абсорбент самой нижней колонны подается на регенерацию, регенерированный абсорбент возвращается в систему циркуляции самой верхней колонны, каждая центробежная форсунка выполнена в виде конического корпуса с внутренней резьбой для навинчивания на патрубке в кольцевом торе и конической крышки с центральным выходным отверстием, между которыми плотно зажат болтами направляющий диск с арочными прорезями, выполненными в периферийной части диска выпуклостью вверх в сторону выхода жидкости через крышку, равномерно расположенными по окружности с осями, направленными под острым углом к тангенциальным направлениям к центру, в одну и ту же сторону, пpичем в смежных центробежных форсунках каждого кольцевого тора направления арочных прорезей направляющих дисков противоположные.

При направлении выходных отверстий форсунок вверх под острым углом к горизонтали, близким к 45^о и определяемым корневым углом струи в форсунки обеспечивается максимальное поперечное перекрытие сечения колонн. При этом потребуется минимальное количество центробежных форсунок, устанавливаемых в колоннах.

На фиг. 1 представлена технологическая схема установки; на фиг.2 разрез А-А фиг. 1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.4 разрез В-В на фиг.2; на фиг.5 разрез Г-Г на фиг.3; на фиг.6 разрез Д-Д на фиг.4; на фиг.7 разрез Е-Е на фиг.5; на фиг.8 разрез Ж-Ж фиг.5.

Установка для санитарной очистки газовых выбросов (фиг.1-8) содержит вертикальную цилиндрическую колонну 1 со ступенчатыми частями 2 и 3 с уменьшающимся поперечным сечением, соединенными между собой коническими переходами 4 в виде усеченных конусов, ориентированным большим основанием 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 сверху установлены центробежные форсунки 12 и 13 с патрубками 14 с внутренней резьбой для навинчивания на патрубки в кольцевых торах 11,каждая форсунка выполнена в виде расширяющегося конического корпуса 15 и конической крышки 16 с выходным отверстием 17 с вертикальной осью с внутренней эллиптической полированной поверхностью, между которыми плотно затянут болт, направляющий диск 18 с арочными прорезями 19 выпуклостью вверх в сторону крышки 16, расположенными по окружностям в периферийной части диска 18 и направленными под острым углом к касательным к центру в одну и ту же сторону, причем в смежных форсунках 12 и 13 каждого кольцевого тора 11 направление арочных прорезей 19 в дисках 18 противоположное. Оси арочных прорезей направлены под острым углом к тангенциальным направлениям в сторону центра так, что параллельные линии осям арочных прорезей, проведенные через наружный край прорези, не пересекает смежную впереди расположенную прорезь. Верхняя часть колонны 1 имеет прямой отвод, входящий в верхнюю колонну 20 большого диаметра, чем колонна 1. Колонна 20 также имеет кубовую часть 21 для слива отработанного абсорбента и патрубки 22 и 23 для подачи абсорбента в верхнюю часть колонны 20 через торы 11 с форсунками 12 и 13. Верхняя часть колонны 20 имеет также прямой отвод для ввода в вышерасположенную колонну большого диаметра и т.д. Самая верхняя колонна 24 наибольшего диаметра также имеет кубовую часть 25 для слива абсорбента и патрубки 26 и 27 для подачи абсорбента в верхнюю часть колонны 24 через торы 11 с форсунками 12 и 13. К кубовой части 8 колонны 1 подсоединен патрубок 28 для самотечного слива абсорбента в одну из двух емкостей 29, работающих попеременно, причем вторая емкость 29 всегда заполнена свежим абсорбентом, а первая емкость 29 заполнена циркулирующим абсорбентом. Один из двух центробежных насосов 30 задвижками на всасывающей линии подсоединен к емкости 29 циркулирующего абсорбента, а нагнетательным патрубком соединен с патрубками 9 и 10 для подачи циркулирующего абсорбента через торы 11 и форсунки 12 и 13 в верхнюю часть колонны 1. К кубовой части 21 колонны 20 подсоединен патрубок 31 для самотечного слива абсорбента в одну из двух емкостей 32, работающих попеременно, причем вторая емкость 32 всегда заполнена свежим абсорбентом, а первая емкость 32 заполнена циркулирующим абсорбентом. Один из двух центробежных насосов 33 задвижками на всасывающем трубопроводе подсоединен к емкости циркулирующего абсорбента, а нагнетательным патрубком соединен с патрубками 22 и 23 для подачи циркулирующего абсорбента через торы 11 и форсунки 12 и 13 в верхнюю часть колонны 20. Трубопровод 34 предназначен для перекачки насосом 33 отработанного циркулирующего абсорбента из емкости 32 в емкость 29 свежего абсорбента. К кубовой части 25 колонны 24 подсоединен патрубок 35 для самотечного слива абсорбента в одну из двух емкостей 36, работающих переменно. Из емкости 36 отработанный абсорбент перекачивается насосом 37 по трубопроводу 38 в емкость 32 свежего абсорбента колонны 20. Один из двух центробежных насосов 37 задвижками на всасывающем патрубке подсоединен к емкости 36 циркулирующего абсорбента, а нагнетательным патрубком соединен с патрубками 26 и 27 для подачи циркулирующего абсорбента через торы 11 и форсунки 12 и 13 в верхнюю часть колонны 24. Трубопровод 39 с задвижкой 40 предназначен для подачи отработанного абсорбента из емкости 29 колонны 1 на регенерацию (не показано). Регенерированный абсорбент по трубопроводу 41 с задвижкой 42 подается в емкость 36 свежего абсорбента колонны 24. Установка снабжена холодильниками для охлаждения циркулирующего абсорбента (не показаны).

Размеры и количество форсунок 12 и 13 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 и 13 в торах 11 на двух уровнях в горизонтальных плоскостях в плане размещаются со смещением в шахматном порядке.

Установка для санитарной очистки газовых выбросов работает следующим образом.

Газовые выбросы подаются (фиг.1-8) 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 1 с минимальным поперечным сечением. С помощью регулирующих задвижек 7 распределяется поток газовых выбросов в патрубки 5 и 6, чтобы обеспечить максимально допустимое гидравлическое сопротивлением потоку газовых выбросов в ступенях 3 и 2 и колонне 1, максимальную эффективность массообмена между газом и жидкостью, чтобы при этом не потребовалась установка дополнительных вентиляторов на линиях подачи газовых выбросов. Циркулирующий абсорбент из емкости 29 насосом 30 подается по патрубкам 9 и 10 в верхнюю часть колонны 1 через торы 11 в форсунки 12 и 13 с различными направлениями вращения выходящих жидкостных потоков, обеспечивающими необходимую степень закручивания жидкости при выходе из форсунки и степень диспергирования жидкости в зависимости от количества подаваемой жидкости на форсунку 12 и 13, что определяет эффективность массообмена между газом и жидкостью и гидравлическое сопротивление форсунки. В результате интенсивного вращения жидкости на выходе из отверстий 17 форсунок 12 и 13 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 осей арочных прорезей 19 в дисках 18 в соседних центробежных форсунках 12 и 13 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 с однонаправленными потоками струй жидкости, при этом не будет происходить отражения струй и нарушения равномерного распределения жидкости факелов от каждой форсунки 12 и 13 в отдельности и от всех факелов по всему поперечному сечению колонны. В результате направления осей арочных прорезей под острым углом к тангенциальному направлению струя жидкости, выходящей из арочной прорези, не проходит через впереди расположенную арочную прорезь и не испытывает гидравлического сопротивления потоку жидкости. При этом потери напора при движении жидкости из арочных прорезей к отверстию 17 крышки16 будут незначительными в связи с тем, что внутренняя эллиптическая поверхность крышки 16 полирована.

В нижней ступенчатой части 2 и 3 колонны 1 с уменьшающимся поперечным сечением абсорбент в виде капель и струй отpажается 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 поперечному сечению колонны, так как под действием потока газа, 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. Поскольку возрастает вероятность столкновения элементарных объемов газа и жидкости, обеспечивается 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 механический унос абсорбента с газом.

При направлении выходных струй жидкости из форсунок вверх под острым углом к горизонтали, определяемым корневым углом форсунки и равным около 45^о, достигается максимальная длина пути движения струй жидкости под действием сил инерции и сил гравитации и обеспечивается поперечное перекрытие струями жидкости сечения колонны, что положительно сказывается на эффективности массообмена при меньших количествах форсунок.

Отработанный в колонне 1 абсорбент подается из емкости 29 насосом 30 по трубопроводу 39 с задвижкой 40 на регенерацию (не показано), после чего возвращается обратно в систему свежего абсорбента в емкость 36 колонны 24. После достижения в колонне 24 заданной концентрации циркулирующего абсорбента последний перекачивается в емкость 32 колонны 20, а после достижения в колонне 20 заданной концентрации циркулирующего абсорбента емкость 32 циркулирующего абсорбента отключается, абсорбент перекачивается насосом 33 в емкость 29 свежего абсорбента, а насос 28 подключается к емкости 32 свежего абсорбента, который становится циркулирующим. Циркулирующий абсорбент в каждой ступени охлаждается в холодильниках (не показаны) для повышения поглотительной емкости абсорбента.

Таким образом, в колоннах 1, 20 и 24 газовые выбросы движутся противотоком по отношению к абсорбенту, при этом достигается максимальная движущая сила процесса.

Кроме того, противотоком перемещается абсорбент из верхней колонны 24 в колонну 20, а из колонны 20 в нижнюю колонну 1. Свежий и регенерируемый абсорбент подается в емкость 36 колонны 24 по трубопроводу 41 с задвижкой 42.

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

По технологии изготовления направляющие диски с арочными прорезями намного проще чем винтовые каналы форсунок. Кроме того, предлагаемые форсунки с арочными прорезями в дисках требуют меньшего перепада давления жидкости по сравнению с винтовыми каналами и позволяют использовать жидкости с твердыми частицами, которые свободно проходят через арочные прорези, что позволяет многократно использовать загрязненные твердыми частицами жидкости.

Технические преимущества предлагаемой установки для санитарной очистки газовых промышленных выбросов по сравнению с прототипом заключаются в снижении расхода энергии на диспергирование жидкости в форсунках, в многократном использовании жидкости с твердыми частицами, а также в снижении стоимости изготовления элементов центробежных форсунок, монтажа, ремонта и обслуживания.

Кроме того, преимущества предлагаемой установки заключаются в значительном уменьшении капитальных и трудовых затрат для изготовления и ремонта установки и многократном использовании циркулирующего абсорбента, а также в уменьшении вредных веществ в газовых выбросах, попадающих в окружающую атмосферу.

Экономический эффект от использования предлагаемой установки по сравнению с прототипом может быть обеспечен за счет снижения капитальных затрат для предотвращения загрязнения окружающей воздушной среды вредными веществами.

В настоящее время в лаборатории процессов и аппаратов химической технологии кафедры ТОПП Краснодарского политехнического института изготовлены опытные образцы колонны установки диаметром 400, 600 и 800 мм, на основе чего разработаны проекты опытно-промышленных установок для санитарной очистки газовых выбросов на Краснодарском заводе "Октябрь".

Использование: охрана воздушного бассейна от загрязнений промышленными отходами в виде твердых дисперсных частиц и вредных газовых примесей в химической, нефтехимической, металлургической, энергетической и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: в установке для санитарной очистки газовых промышленных выбросов патрубки для подсоединения центробежных форсунок приклеплены к концентрическим торам вертикально сверху, форсунки размещены равномерно по периметру кольцевых торов, а выходные отверстия всех распылителей направлены вертикально вверх. Форсунки выполнены в виде корпуса с крышкой, между которыми зажат направляющий диск с вырубленными арочными прорезями выпуклостью вверх в сторону выхода с осями, направленными под острым углом к тангенциальному направлению в одну и ту же сторону, при этом в смежных центробежных форсунках кольцевого тора направления арочных прорезей противоположное. В центробежных форсунках направляющих дисков с арочными прорезями, направленными в противоположные стороны в смежных форсунках тора, форсунки расположены над торами с направлением выхода абсорбента под углом вверх. 1 з. п. ф-лы, 8 ил.

1. УСТАНОВКА ДЛЯ САНИТАРНОЙ ОЧИСТКИ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ С ЦЕНТРОБЕЖНЫМИ ФОРСУНКАМИ, включающая вертикальную цилиндрическую колонну, выполненную ступенчатой с уменьшающимся поперечным сечением сверху вниз и с соединением ступеней коническими переходами, ориентированными большим основанием вверх, над нижней ступенчатой колонной установлено несколько дополнительных колонн с увеличивающимся поперечным сечением снизу вверх с переходами из нижних в верхние колонны прямыми отводами верхних частей нижних колонн в нижние части верхних колонн, тангенциально направленные патрубки для ввода газовых выбросов в нижние части нижней ступенчатой колонны и дополнительные тангенциально установленные патрубки для ввода газовых выбросов с регулирующими задвижками, размещенными на дополнительных патрубках, установленных на ступенях максимального и промежуточных поперечных сечений колонны, патрубки для подачи 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 патрубки для подсоединения центробежных форсунок прикреплены к концентрическим торам вертикально сверху, каждая центробежная форсунка выполнена из нижнего конического корпуса и верхней конической крышки, плотно соединенных болтами, между которыми установлен направляющий диск, нижний конический корпус имеет центральное резьбовое отверстие, которым он навинчен на вертикальный патрубок тора с наружной резьбой, верхняя коническая крышка форсунки выполнена в форме эллипса вращения с внутренней полированной поверхностью, центральное отверстие верхней конической крышки имеет расширяющий конус снизу вверх с корневым углом, соответствующим углу наклона образующей конического отверстия, равному 45^o, в направляющем диске равномерно по окружности в периферийной части выполнены арочные прорези, выпуклостью вверх в сторону выходного отверстия конической крышки с осями, направленными под острым углом к тангенциальным направлениям в одну и ту же сторону центра так, что параллельные линии осям арочных прорезей, проведенные через наружный край прорези, не пересекают смежную переднюю прорезь, причем в смежных центробежных форсунках каждого кольцевого тора направления арочных прорезей направляющих дисков противоположные. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что распределитель жидкости в верхней части колонны выполнен в виде концентрически расположенных торообразных труб на двух уровнях в горизонтальных плоскостях с центробежными форсунками.