установка для санитарной очистки больших объемов газовых промышленных выбросов

Формула изобретения

УСТАНОВКА ДЛЯ САНИТАРНОЙ ОЧИСТКИ БОЛЬШИХ ОБЪЕМОВ ГАЗОВЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЫБРОСОВ, содержащая вертикальную цилиндрическую колонну, выполненную, ступенчатой с уменьшением поперечного сечения ступеней сверху вниз и с соединением ступеней коническими переходами, ориентированными большими основаниями вверх, основной патрубок для ввода газа, тангенциально подведенный к нижней части ступенчатой колонны, дополнительные патрубки для ввода газа с регулирующими задвижками, тангенциально подведенные к ступеням максимального и промежуточных поперечных сечений колонны, патрубки для подачи абсорта, сообщенные с концентрическими трубами, размещенными в верхней части ступенчатой колонны, емкости свежего и циркулирующего абсорбента, насосы циркулирующего абсорбента, соединенные посредством системы циркуляционных трубопроводов и запорной арматуры с патрубками для подачи абсорбента, холодильники для охлаждения циркулирующего абсорбента, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительными колоннами, выполненными с увеличением поперечного сечения каждой колонны по ходу потока, с переходами по газу из каждой нижней в верхнюю колонны прямым отводом верхней части нижней колонны в нижнюю часть верхней колонны, нижняя часть каждой верхней колонны соединена циркуляционным трубопроводом через емкости и насосы с трубами подачи абсорбента нижней колонны, ступенчатая колонна циркуляционным трубопроводом через емкости и насосы сообщена с трубами подачи абсорбента верхней колонны, концентрические трубы для подачи абсорбента в колоннах размещены на двух уровнях в горизонтальных плоскостях и выполнены торообразными с навинченными на специальные патрубки центробежными форсунками, которые расположены равномерно по периметру торообразных труб, с шахматным смещением в плане, при этом каждая центробежная форсунка содержит патрубок с внутренней резьбой для навинчивания, расширяющийся конический корпус с цилиндрической расширенной частью, выполненной с наружной резьбой, коническую крышку с центральным выходным отверстием и с внутренней резьбой для навинчивания на корпус, направляющий диск, размещенный в расширенной части корпуса, плотно прижатый к последнему конической крышкой и выполненный с тангенциально однонаправленными арочными прорезями, равномерно расположенными по концентрическим окружностям в периферийной части диска и имеющими ориентацию арок выпуклостью по потоку абсорбента, а в смежных центробежных форсунках каждой торообразной трубы арочные прорези направляющих дисков имеют противоположные направления.

Описание изобретения к патенту

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 больших объемов газовых промышленных выбросов, содержащая вертикальную цилиндрическую колонну, выполненную ступенчатой с уменьшением поперечного сечения ступеней сверху вниз и с соединением ступеней коническими переходами, ориентированными большими основаниями вверх, основной патрубок для ввода газа, тангенциально подведенный к нижней части ступенчатой колонны, дополнительные патрубки для ввода газа с регулирующими задвижками, тангенциально подведенные к ступеням максимального и промежуточных поперечных сечений колонны, патрубки для подачи абсорбента, сообщенные с концентрическими трубками, размещенными в верхней части ступенчатой колонны, емкости свежего и циркулирующего абсорбента, насосы циркулирующего абсорбента, соединенные посредством системы циркуляционных трубопроводов и запорной арматуры с патрубками для подачи абсорбента, а также холодильники для охлаждения циркулирующего абсорбента.

Однако эта установка не может обеспечить 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 за собой перерасход абсорбента и неоправданное удорожание процесса при наличии достаточно высокой неиспользованной потенциальной активности абсорбента.

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

Для этого установка для санитарной очистки больших объемов газовых промышленных выбросов, содержащая вертикальную цилиндрическую колонну, выполненную ступенчатой с уменьшением поперечного сечения ступеней сверху вниз и с соединением ступеней коническими переходами, ориентированными большими основаниями вверх, основной патрубок для ввода газа, тангенциально подведенный к нижней части ступенчатой колонны, дополнительные патрубки для ввода газа с регулирующими задвижками, тангенциально подведенные к ступеням максимального и промежуточных поперечных сечений колонны, патрубки для подачи абсорбента, сообщенные с концентрическими трубами, размещенными в верхней части ступенчатой колонны, емкости свежего и циркулирующего абсорбента, насосы циркулирующего абсорбента, соединенные посредством системы циркуляционных трубопроводов и запорной арматуры с патрубками для подачи абсорбента, и холодильники для охлаждения циркулирующего абсорбента, снабжена дополнительными колоннами, выполненными с увеличением поперечного сечения каждой колонны по ходу потока, с переходами по газу из каждой нижней в верхнюю колонны прямым отводом верхней части нижней колонны в нижнюю часть верхней колонны, нижняя часть каждой верхней колонны соединена циркуляционным трубопроводом через емкости и насосы с трубами подачи абсорбента нижней колонны, ступенчатая колонна циркуляционным трубопроводом через емкости и насосы сообщена с трубами подачи абсорбента верхней колонны, концентрические трубы для подачи абсорбента в колоннах размещены на двух уровнях в горизонтальных плоскостях и выполнены торообразными с навинченными на специальные патрубки центробежными форсунками, которые расположены равномерно по периметру торообразных труб, с шахматным смещением в плане, при этом каждая центробежная форсунка содержит патрубок с внутренней резьбой для навинчивания, расширяющийся конический корпус с цилиндрической расширенной частью, выполненной с наружной резьбой, коническую крышку с центральным выходным отверстием и с внутренней резьбой для навинчивания на корпус, направляющий диск, размещенный в расширенной части корпуса, плотно прижатый к последнему конической крышкой и выполненный с тангенциально однонаправленными арочными прорезями, равномерно расположенными по концентрическим окружностям на периферийной части диска и имеющими ориентацию арок выпуклостью по потоку абсорбента, а в смежных центробежных форсунках каждой торообразной трубы арочные прорези направляющих дисков имеют противоположные направления.

На фиг. 1 представлена технологическая схема предлагаемой установки; на фиг.2 продольный разрез колонны; 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; на фиг.6 разрез Г-Г на фиг. 4; на фиг.7 разрез Д-Д на фиг.5; на фиг.8 разрез Е-Е на фиг.6; на фиг.9 разрез Ж-Ж на фиг.6.

Установка для санитарной очистки больших объемов газовых промышленных выбросов (фиг.1-9) содержит вертикальную цилиндрическую колонну 1 со ступенчатыми ее частями 2 и 3 с уменьшающимся поперечным сечением, соединенными между собой коническими переходами 4 в виде усеченных конусов, ориентированных большим основанием вверх, тангенциально направленные основные патрубки 5 в самой нижней ступени 3 колонны для ввода газовых выбросов и тангенциально направленные дополнительные патрубки 6 с регулирующими задвижками 7 для ввода газовых выбросов и 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 (трубами 11), осесимметрично концентрически расположенными по отношению к оси колонны 1, в торах 11 снизу 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 с цилиндрической расширенной частью и наружной резьбой, конические крышки 16 с выходным отверстием 17 с вертикальной осью с внутренней эллиптической полированной поверхностью и с внутренней резьбой, совпадающей с наружной резьбой корпуса 15, направляющего диска 18, размещенного внутри конического корпуса 15 по его внутреннему большому диаметру и плотно прижатого конической крышкой 16 с арочными прорезями 19 выпуклостью в сторону крышки 16, расположенными по концентрическим окружностям в периферийной части диска 18 и с тангенциально направленными осями 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. Верхняя часть колонны 1 имеет прямой отвод, входящий в верхнюю колонну 20 большего 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 патрубком 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 попеременно. 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 43, 44 и 45 для охлаждения циркулирующего абсорбента в каждой ступени колонн 1, 20 и 24.

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 и имеют цилиндрическую расширенную часть 46.

Установка для санитарной очистки газовых промышленных выбросов работает следующим образом.

Газовые выбросы подаются (фиг.1-9) в самую нижнюю ступенчатую часть 3 колонны 1 по тангенциально направленным патрубкам 5, а также в верхнюю ступенчатую часть 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 сопротивление 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 ступень закручивания жидкости при выходе из форсунки и степень диспергирования жидкости в зависимости от количества подаваемой жидкости на форсунки 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 будут 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 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 поперечному сечению колонны, так как под действием потока газа, 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, при этом возрастает вероятность столкновения элементарных объемов газа и жидкости и 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.

Отработанный в колонне 1 абсорбент подается из емкости 29 насосом 30 по трубопроводу 39 с задвижкой 40 на регистрацию (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 43, 44 и 45 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 нее в нижнюю колонну 1. Свежий и регенерируемый абсорбент подается в емкость 36 колонны 20 по трубопроводу 41 с задвижкой 42.

Вследствие взаимодействия газовых выбросов и абсорбентов в дисперсном состоянии в полых колоннах гидравлическое сопротивление всей 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 жидкость с твердыми частицами, которые свободно проходят через арочные прорези, что позволяет многократно использовать загрязненные твердыми частицами жидкости.

Технические преимущества установки для санитарной очистки газовых промышленных выбросов заключаются в снижении расхода энергии на диспергирование жидкости в форсунках, в многократном использовании жидкости с твердыми частицами, в снижении стоимости изготовления элементов центробежных форсунок, монтажа, ремонта и обслуживания. Кроме того, преимущества заключаются в значительном уменьшении капитальных и трудовых затрат для изготовления и ремонта установки, в многократном использовании циркулирующего абсорбента и в уменьшении вредных веществ в газовых выбросах, попадающих в окружающую атмосферу.