专利名称：气液接触系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于改善喷淋塔中气液接触的装置，特别涉及用于提高清除烟气中所含的氧化硫和其他污染物或沾染物的清除效率的装置。
采用洗涤塔或其他湿式化学吸收工艺来脱除热烟气中的诸如氧化硫之类的沾染物是众所周知的。这类化学吸收系统典型地是利用含钙、镁或钠的物质的工艺过程。按照这些工艺过程，通常是用碱性水溶液或悬浮液对热烟气在一向上流的气体液体接触设备中进行洗涤。这允许以一种可控制的方式将欲清除的沾染物清除到某一可控制的程度(清除率可高达90%以上)。
美国专利U.S.4，263，021揭示了这类涤气塔的一个典型实例。尽管该专利可以被考虑为实业界的一项标准，但是对这一技术的改进构成本发明的主题。该专利所引用的有关技术的其他实例分别为授权给高斯通(Galstaun)等人的U.S.3，489，506、授权给特兰纳(Terana)的U.S.3，615，199和授权给达林格尔(Darlinger)等人的U.S.3，834，129。
这种类型的涤气塔现在被普遍地称之为塔盘式涤气塔或喷淋/塔盘式涤气塔，因为其中采用了诸如盘子或类似形状的分配气体和液体的某些装置。该塔盘使烟气在塔中流动均匀，使之从其中更加分布均匀地流过，还起到一种质量转移设备的作用。
本发明的一个目的在于通过改善喷淋塔气体分布来提高现有的湿式烟气脱硫技术。本发明的另一目的是既要提高反应物利用率又要提高氧化硫和/或其他沾染物从气相到液相的质量转移速率，而不论是否使用添加剂。本发明的再一个目的在于通过改善下游液体输送设备前端处的气体流动剖面来增进气体和液体的均匀混合。本发明还有一个目的在于通过改变流动速度、液体流量、pH值、化学活性悬浮液中的悬浮颗粒的数量和塔盘的开通面积来改进吸收状况。本发明的这些和其他目的在进一步了解后将更为明显。
本发明中，烟气与从靠近塔顶处进入并由塔底排出的液体逆流接触而向上流过塔。该塔高度的中间处装有至少一个水平设置的筛板，液体被喷淋到筛板上。筛板设有多个隔板，将它们布置成筛板间隔成多个单独的顶上敞开的小隔室。筛板上的孔是制成为第一区域有第一个开通面积值和第二个区域有第二个开通面积值，这些第一和第二开通面积值不相等、要做到能够改变塔的横截面的开通面积，以使筛板的总的开通面积将会在筛板总面积的约5%和60%之间变化。
通过对筛板通孔的布置和间隔尺寸以及对液体和气体流量作适当调整，气体和液体将会在各隔室中形成气化的液体物质，促使形成稳定的液体滞留量，其使两种介质之间既能达到密切的接触，又有可供进行充分的化学交换的足够的接触时间，以达到吸收的目的。流动与尺寸间的相关性取决于多种因素，例如所希望的化学反应、液体和气体的性质和所涉及物质的量。
图1是一个吸收塔的侧视剖面图。
图2是沿图1中2-2线取的剖视图。
图3是图1和图2所示的吸收塔的一部分的放大透视图。
本发明涉及对以前授权为U.S.4，263，021专利的改进。本发明建立在该项技术之上，因此，下面仅描述相对于先前专利的说明书和附图的改进部分。
在本发明的图示实施例中，气体从外部气源经进气管道11进入接触塔10(可以是圆形、方形、长方形的或任意形状的)的下面部分。这些气体往上通过塔10后从制成在塔10顶上的出口排出。气体在通过塔10的过程中与由向下喷淋的各喷头13所喷入的液体逆流接触，喷头13装在塔的中间高度上，并在一个或多个垂直间隔设置的筛状塔盘或筛板14和16的顶部的上面或下面。悬浮液受重力作用向下逐次经过各筛板，而后从塔10底部18上的任选喷头17排出。
虽然塔盘14和16通常都有间距均匀的尺寸一致的开孔以便气体均匀地经过塔10;然而至今人们还没有认识或知道这些开孔的间距可以是不同的或整个塔盘上的这些开孔无需是尺寸相同的。这是因为相信，既然通过使气体和液体均匀混合才能促进吸收，为了气体和液体的更好接触，需要有均匀的气流分布。然而情况未必如此，因为最近人们发现，通过改变塔盘开通面积可使气体分布得到改善，进而吸收改善和改善下游液体输送设备(即除雾器)前端处的气体流动剖面。
为了做到塔盘14和16的这种改变，可通过在一所需的区域增大孔径或增加孔数或用更大的孔来增大塔盘14和16的开通面积。相反，若需要，可通过在塔盘14和16的另一特定区域用较小或较少的孔来使塔盘14和16的开通面积减小。
以往，整个塔盘14和16上统一采用内径约1 3/8 英寸的孔。但现在塔盘14和16上将采用内径范围为从约9/16英寸至2英寸或更大的孔(或面积约为0.25至3.14平方英寸的开孔)，以便如上所述达到更好的吸收。另外已经确定，通过在用于气相扩散受控反应的涤气塔的塔盘上采用较大尺寸的开孔，二氧化硫的吸收效率可以达到与整个塔盘上用内径为1 3/8 英寸的孔的情况一样，但是通过塔盘的压降可以减少许多(约10%)。以往，采用开通面积约为25-50%的塔盘，而现在，已经知道开通面积低达17%的塔盘就能满足工艺过程要求。事实上，根据这些工艺过程要求，塔盘的开通面积可在5-60%范围改变。
另外，试验已表明，对一种固定几何尺寸的塔盘，塔内气流速度偏离7-8英尺/秒，吸收情况却能改善。这是根据流速在约为7-8英尺/秒时SO2的清除率为最小的试验结果。在流速超过或低于这一数值例如为12.5英尺/秒或更大时，SO2吸收率急剧增加。
随着在筛板14和16上及其上方的区域气体和液体均匀地接触，气体上升通过来自喷头13的液体喷淋会携带走液滴形式的液体。一些较大的液滴可能在塔中供液给喷头的支管20的上方被分离出来，但在任何情况下所有气体都通过诸如公知的巢式迷宫去雾器之类的液滴去除设备21，而使排放到大气中的液体为最少。由支管24和25供液的喷头22和23冲洗去雾器21的进口和出口的表面。
用于吸收的喷淋液体可以含有活性的悬浮颗粒以形成悬浮液。这类化学活性的吸收介质可以是液体溶液，或者这类化学活性的吸收介质可以是悬浮颗粒和液体溶液的混合物。通常，液体将是水，但也可用其他液体。
以往，化学活性的悬浮液或溶液含有5-10%的悬浮颗粒。但现在认识到，塔盘14和16可以与固体总浓度(即溶解的和悬浮的)在近于零至约40%范围内变化的活性的和非活性的悬浮液和溶液一起应用。
而且，在助催化系统中(即采用诸如碱性的镁盐、有机酸等缓冲剂的系统)中采用塔盘与在应用这类助催化剂、缓冲剂和/或添加剂之前的具有相同基本的SO2吸收率的喷淋塔相比，已使SO2吸收率增大了。这是因为由于添加剂的缓冲能力，塔盘上起泡层中的反应加强了。
尽管都知道以前提到约20GPM/FT2(加仑每分钟每平方英尺)的液体流量，但在本实施例中，已经创下了对于钠基系统液体流量低达5GPM/FT2，而对于石灰石系统超过75GPM/FT2的纪录。另外，在现场氧化石灰石湿式洗涤系统中，塔盘上液体的pH值通常是比洗涤塔内部循环的大量液体的pH值低0.2至2.2个pH值单位。pH值的这种降低使反应物的利用率增大，并使在低pH值下可以工作得最好的缓冲剂的效果增强。
如图所示，每个筛状塔盘或筛板14和16都由竖直的隔板31分作几个隔室。这些隔板31在水平方向上间隔开以按照需要形成尺寸完全相同或不同的许多隔室33。图3示出了用以确立并保持筛板14和16在其位的适当结构支承件32。很明显，支承件32固定于塔10的各壁，而筛板14和16横向延伸穿过塔10延伸成或小或大的构件，这些构件构成一个对通过塔10的向上的气流和向下的液流的多孔挡板。
在至此所描述的石灰石洗涤塔的这一具体例子中，塔10是用于从燃烧含硫矿物燃料所产生的烟气中除去二氧化硫气体。由进气管道11进入塔10的烟气的温度一般约为华氏200度或更高。但在通过喷头13之后，烟气大致是处于约华氏110-140度的饱和温度。塔10中所用的液体或活性吸收剂最好是含有活性碳酸钙或氢氧化钙的一种悬浮液，并混有一般非活性的亚硫酸钙和/或硫酸钙。在本实施例中，吸收剂悬浮液经支管20送入。由于有至少某些从塔10底部18排出的悬浮液再循环到支管20，因而悬浮液中有非活性的颗粒存在。任选喷口系统17是用于将空气引入底部18以产生硫酸钙。
在各隔室33内接触的悬浮液和气体的混合物将形成液体和气体的一种液化物质，这种物质的表观上表面将是单单悬浮液的预期活化表面的大致两或三倍。起泡或发泡物质的表观上表面一般要高出筛板14或16的上表面1/2至10英寸左右。
权利要求
1.一种气液接触设备其特征在于，它包括a)一个有一进气口、一出气口和供气体从中向上通过的装置的塔；b)设置在所述塔内的并横越所述气体流动路径的至少一块板，所述板上制有筛孔，其第一区域有第一开通面积值，而其第二区域有第二开通面积值，所述第一和第二开通面积值无需相等，所述板的总开通面积在所述板的总面积的约5%与60%之间；c)在所述塔内部将所述板的顶部分隔成多个单独的隔室的隔板装置；d)在所述塔内位于至少一个所述板之上并设置成使悬浮液或溶液能积存在所述板上的喷头装置，藉以有利于提高所述塔对污染物的吸收率。
2.如权利要求1所述的气液接触设备，其特征在于，所述板上制有许多孔，如果所述孔是圆的，其大小是内径在9/16英寸至2英寸范围内;如果所述孔不是圆的，其面积为约0.25平方英寸至约3.14平方英寸。
3.如权利要求2所述的气液接触设备，其特征在于，所述板的所述第一区域比所述板的所述第二区域有数量更多的孔，或者作为另一方案，所述板的所述第一区域与所述板的所述第二区域相比有尺寸更大的孔。
4.如权利要求2所述的气液接触设备，其特征在于，在设计状态下所述气体以不同于与最低污染物吸收率相对应的流速的速度流过所述塔。
5.如权利要求4所述的气液接触设备，其特征在于，所述与最低污染物吸收率相对应的流速约为7-8英尺/秒。
6.如权利要求4所述的气液接触设备，其特征在于，所述气体以大于或小于7-8英尺/秒的速度流经所述塔，以达到不是最低的而是较高的污染物吸收率。
7.如权利要求6所述的气液接触设备，其特征在于，所述气体以约12.5英尺/秒以上的速度流经所述塔。
8.如权利要求6所述的气液接触设备，其特征在于，该气液接触设备包括一用碱性镁盐和/或有机酸之类的缓冲剂助催化的污染物吸收系统。
9.如权利要求6所述的气液接触设备，其特征在于，对于钠基系统或助催化系统，所述悬浮液或所述溶液的液体流量可以低达5加仑每分钟每平方英尺(GPM/FT2)。
10.如权利要求6所述的气液接触设备，其特征在于，对于石灰石基系统或高污染物吸收率系统，所述悬浮液或所述溶液的液体流量高达或超过约75加仑每分钟每平方英尺。
11.如权利要求6所述的气液接触设备，其特征在于，所述塔盘上的液体的pH值一般比在所述塔内再循环的所述悬浮液或所述溶液的pH值低0.2至2.0个pH值单位。
12.如权利要求6所述的气液接触设备，其特征在于，所述悬浮液或所述溶液中总的固体浓度在约0%至40%范围内。
13.如权利要求6所述的气液接触设备，其特征在于，在所述悬浮液中用合适的反应物可以除去诸如SO2、NOx、HCl、微粒状物质、CO2等污染物。
全文摘要
一种用于以吸收性液体吸收气体污染物的气液接触系统，其中接触是通过控制气体和液体之间流动关系来达到，从而形成有利于气体和液体之间的密切接触的液化的液体物质。
文档编号B01F3/04GK1075102SQ9310150
公开日1993年8月11日 申请日期1993年2月6日 优先权日1992年2月7日
发明者阿南达P·巴特, 丹尼斯W·约翰逊, 罗伯特B·迈尔斯 申请人:巴布考克及威尔考克斯公司