Установка для улавливания летучих веществ из газовых выбросов

(51 5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЬСТВУ АВТОРСКОМУ СВИДЕТ чес стке и жидкостью за счет рости газа в нижней многократного диспе ти и равномерного р кости и газа по поп колонны.На Ьилена оснти колонны, пр увеличения скочасти колонны гирования жидкосспределения жидречному сечению обретение отнопдленных газовыхвеществ с цго бассейна отт быть использохимической, га ится к очивыбросов от елью защиты воззагрязнения и ано в химической, овой и других мышпенности. в ,повышение эФена между газ промь етучих душнможенефге ески представнительная часп разрез; на г. 1 схемати овная и доп м отр ь изо ности слях претенияассооб ти одольнь(71) Краснодарский политехни кийинститут(56) Авторское свидетельство СССРВ 1636026, кл. В 01 Р 53/18, 1989.(54) ХСТАНОВКА ДЛЯ УЛАВЛИВАНИЯ ЛЕТУЧИХ ВЕЩЕСТВ ИЗ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ(57) Изобретение относится к очистке промышленных газовых выбросовот летучих веществ с целью защитывоздушного бассейна от загрязнения,может быть -использовано в химической,нефтехимической, газовой и другихсмежных отраслях промьппленности ипозволяет интенсифицировать массообмен между газом и жидкостью за счетувеличения скорости газа в нижнейчасти колонны, многократного диспергирования жидкости и равномерного,распределения жидкости и газа по поперечному сечению колонны, Установкадля улавливания летучих веществ изгазовых выбросов включает вертикальную цилиндрическую колонну с танген,циальным вводом газовых выбросов через патрубки в нижней части колонны и равномерным распределением абсорбента в верхней части посредством коаксиальных трубок со ступенчатыми дисками и кольцами и коаксиальными ступенчатыми отражательными цилиндрами с окнами и простенками, верхнюю дополнительную часть колонны большего чем основная колонна диаметра сраспределением циркулирующего абсорбента через коаксиальные трубы со ступенчатыми дисками и кольцами, , системой емкостей, насосов и трубо,проводов для подачиабсорбента на основную колонну и циркулирующего абсорбента на дополнительную часть19 колонны, систему охлаждения циркулирующего абсорбента в дополнительной части колонны,систему регенерации абсорбента; отводимого из основной части колонны. Нижняя часть колонны ф выполнена ступенчатой формы с умень;шающимся поперечным сечением сверху вниз, коническими переходами в виде усеченных конусов, ориентированных большими основаниями вверх. 8 ил, 16995481699548 Д -А Г.7 Составитель Г. УрусТехред м.дидык Гуньк Редакто орректор М, Самб льскнй комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10 Производственно-из 4419 Тираж Подписное НИИПИ Государственного .комитета по изобретениям и открьггиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раущская наб., д, 4/5Фиг, 2 новки; фиг. 1; Фиг1 на Фиг. на Фиг. на Фиг.- технологическая схема устана Фиг. 3 - разрез А-А на на Фиг. 4 - разрез Б-Б на на Фиг, 5 - вид В-В на Фиг. 1;6 - разрез Г-Г на Фиг. 5;7 - разрез Л-Д на Фиг, 3;8 - разрез Е-Е на Фиг. 3. Установка для улавливания летучих веществ из газовых выбросов содержит вертикальную цилиндрическую колонну 1 со ступенчатой ее частью 2 с уменьшающимся поперечным сечением, соединенной между собой коническими. переходами 3 в виде усеченных конусовориентированных большими основаниями вверху, тангенциально направленные патрубки 4 в самой нижней ступени 2 колонны для ввода газовых выбросов и тангенциально. направленные патрубки 5 с регулирующими задвижками 6 для ввода газовых выбросов в промежуточные ступени 2 и.колонну 1 соответственно с промежуточным и максимальным поперечными сечениями, кубовую часть колонны 7 дпя слива отработанного абсорбента, центральную вертикальную трубу 8 для подачи. абсорбента в колонну 1 с горизонтальным отражательным кольцом 9 на конце и го ризонтальным отражательным диском 10 под трубой 8. Снаружи центральной трубы 8 концентрически установлены ступени вверх трубы 11, к нижним кромкам которых прикреплены верхние отражательные кольца 12, а к соответствующим смежным внутренним трубам прикреплены нижние отражательные кольца 13. Вокруг каждого кольцевого сечения от отражательного кольца 9 40 и диска 10 и колец 12, 13 установле- ны отражательные цилиндры 14 увеличивающихся диаметров и увеличивающихся высот снизу вверх с прямоугольными вертикальными окнами 15 и простен: 45 ками 16 и наружные сплошные цилиндры 17 без окон, Наружные сплошные цилиндры 17 с внутренними отражательными цилиндрами 14 образуют увеличивающиеся по диаметру снизу вверх ступени, причем наружным сплошным цилиндром для самой верхней ступени наибольшего диаметра служит корпус. колонны 1. Отражательные 14 и сплошные 17 цилиндры крепятся между собой и к трубам 8 и 11 радиальными ригелями 18, установленными на опоре колонны 1. При условии равномерного распределения абсорбента па поперечному сечению колонны 1 отношение цилиндра 14 равно отношению площади кольцевого сечения между стенкой сплошного цилиндра 17 и данного отражательного цилиндра 14 к ппощади кольцевого сечения между данным отражательным ципиндром 14 и внутренним смежным цилиндром 14, ширина окон 15 и простенков 16 каждого наружного цилиндра 14 больше, чем смежного внутреннего цилиндра 14, а количество окон 15 цилиндров 14 равно простым числам, увеличивающимся от внутренних к наружным цилиндрам 14дпя предупреждения совпадения положений окон 15 и простенков 16, расположенньм концентрическии обеспечениятем саум равномерного абсорбента по всему сечению колонны при произвольной установке отражательных цилиндров 14 и с их окнами 15 друг относительно друга. Смежные концентрические трубы 11Фиксируются между собой и с трубой 8(не показано) и сообценымежду собойвершинами открытыми концаья в наружной трубе 11. Размеры труб 11 и центральной трубы 8 принимаются так, чтоплощади кольцевых сечений между трубами 11 и между отражательными кбльцами 12 и 13 каждой ступени пропорциональны кольцевым сечениям колон. - ны между сплошными цилиндрами 17 каждой ступени, .на которую подается абсорбент из кольцевого сечения, а площадь кольцевого сечения между отражательными кольцами 12 и 13 равна площади кольцевого межтрубного сечения между внутренним диаметром наружной трубы 11 и наружным диаметром смежной с ней внутренней трубы 11 ипи поперечным сечением центральной трубы 8, К наружной трубе 11 подсоединен патрубок 19 для подачиабсорбента в колонну 1, Над основной колонной 1 коаксиально установленадополнительная часть колонны 20 большего диаметра, чем основная колонна,конический переход 21 между основной колонной 1 и дополнительной частью 20 расположен ниже верхней кромки колонны 1 так, что между коническим переходом 21 и колонной 1 образован карман дпя сбора абсорбента, осесимметрично в дополнительной части колонны20 установлена центральная вертикальная труба.22 для подачи абсорбентас горизонтальным отражательным коль 1699548цом 23 на конце и горизонтальным отражательным диском 21 под трубой. Снаружи центральной трубы 22 концентрически установлены ступенями трубы25, к нижним кромкам которых прикреп 5лены верхние отражательные кольца 26,а к соответствующим смежным внутренним трубам 25 - нижние отражательные кольца 27. Смежные концентрические трубы 25 фиксируются между собой и . трубой 22 (не показано) и сообщены между собой верхними открытыми кольцами в наружной трубе 25, К наружной трубе 25 подсоединен патрубок 28 для подачи абсорбента в дополнительную часть колонны 20. Наружная труба крепится к радиальным ригелям 29, установленным на опоры в дополнительной части колонны 20. В кармане конического перехода 2 1 имеется патрубок 30,20 из которого абсорбент самотеком стекает по трубопроводу 31 в одну из ,двух емкостей 32, работающих попеременно, причем вторая емкость 32 всег да заполнена свежим абсорбентом, а первая емкость 23 - циркулирующим абсорбентом, Центробежный насос 33 задвижками 34 на всасывающем патрубке подсоединен к емкости 32 циркулирующего раствора, а нагнетательным трубопроводом 35 соединен с патрубком 28 для подачи циркулирующего абсорбента в распределитель жидкости дополнительной части колонны 20. Центробежный насос 36 задвижки 37 на вса сывающем патрубке. подсоединен к емкости 32 циркулирующего абсорбента, а нагнетательным трубопроводом 38 - с патрубком 15 для подачи абсорбента в распределитель жидкости колонны 1, 40 К кубовой части 7 колонны 1 подсоединен центробежный насос 39 для подачи отработанного абсорбента на регенерацию и утилизацию летучих веществ (не показано), Регенерованный и свежий .абсорбенты по трубопроводу 40 с задвижками 41 подаются в емкость 32 свежего абсорбента. На нагнетательном трубопроводе 35 установлен холодильник 42 для охлаждения циркулиру ющего абсорбента перед подачей его в распределитель жидкости дополнительной части колонны 20.Установка для улавливания летучих веществ из газовых выбросов работает следующим образом.Циркулирующий абсорбент из емкости 32 (6 иг. 1-8) центробежным насосом 36 по трубопроводу 38 через патрубок 18 подается в наружную трубу и в концентрически расположенные в ней трубы 11 и центральную трубу 8 в колонне 1 и выходит между горизонтальными отражательными кольцами 12 и 13, а также между кольцом 9 и диском 10, в результате чего под действием сил инерции, обусловленных скоростным напором, и сил тяжести по высоте образуются в каждой ступени параболоиды вращения, которые на своем пути встречают отражательные цилиндры 14 с вертикальными прямоугольными окнами 15 и простенками 16 исплошными цилиндрами 17, причем жидкость проходит через окна 15 и отражается от простенков 16 каждого отражательного цилиндра 14 и, наконец, отстенок сплошного цилиндра 17 в каждой ступени.При истечении абсорбента из кольцевого сечения между отражательными кольцами 12 и 13 в виде параболоида вращения в данной ступенинаибольшее количество абсорбента проходит через окна 15 внутреннего отражательного цилиндра 14, затем последовательно проходит через окна 15 следующих наружных цилиндров 14, причем каждый раз количество абсорбента, проходящее через окна 15 последующего наружного цилиндра 14, меньше, чем количество абсорбента, прошедшее через окна 15 смежного внутреннего цилиндра 14, на величину отражательного абсорбента от простенков 16, в результате чего абсорбент равномерно распределяется по поперечному сечению колонны в каждой ступени, а абсорбвнт в мелкодисперсном состоянии обеспечивает высокую удельную поверхность массообмена и высокую эффективность массообмена между газом и абсорбентом.В нижней ступенчатой части 2 колонны 1 с уменьшающимся поперечным сечением абсорбент в виде капель и струй отражается от поверхностей конических переходов 3 в направлении от периферии к центру, так как угол падения приблизительно равен углу падения 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 действи 1699548ем потока газа, как известно, скорость которого максимальна в центре, жидкость естественно перемещается от центра к стенкам колонны.Газовые выбросы подаются в самую нижнюю ступенчатую часть 2 колонны по тангенциально направленным патрубкам 4, а также в верхнюю ступенчатую часть 2 колонны и в колонну 1 с мак симальным поперечным сечением по тангенциально направленным патрубкам 5 с регулирующими задвижками 6, что позволяет обеспечить максимальные скорости газа в самой нижней ступен чатой части 2 колонны с минимальным поперечным сечением и минимальные скорости газа в колонне 1 с максимальным поперечным сечением за счет регулирующих задвижек 6 на патрубках 5. 2 О При этом одновременно обязательно с помощью регулирующих задвижек 6 достигается такое распределение потоков газовых выбросов по патрубкам 4 и 5, которое обеспечивает максимально до пустимое гидравлическое сопротивление потоку газовых выбросов в ступенях 2 и колонны 1, при этом достигается максимальная эффективность массообмена между газом и жидкостью, При достиО жении такого гидродинамического режима не потребуется установки дополнительных вентиляторов на линиях подачи газовых выбросов в установку, при этом достигается максимальная эффективность работы установки.При параллельном соединении (не показано) соответствующих тангенциальных вводов газовых выбросов че рез патрубки 4 и 5 на различных уров О нях ступенчатых частей 2 колонны, 1 с различнь 1 ми поперечными сечениями за счет регулирования степени открытия регулирующих задвижек 6 на уровнях максимального сечения колонны 1 . 45 и промежуточных поперечных сечений ступенчатой части 2 колонны 1 обеспечивается постоянно максимальная скорость газа в нижних переменных сечениях колонны при неравномерной подаче в установку газовых выбросов от источников их образования, При минимальной подаче газовых выбросов в установку наибольшее количество газа пойдет через тангенциальные вводы газа 4 без задвижек в самую55 нижнюю ступенчатую часть 2 колонны с минимальным поперечным сечением и меньше газа пойдет через патрубки 5 с регулирующими прикрытыми задвижками 6 верхней. ступенчатой части 2 и колонны 1 с максимальным поперечньк сечением, что обеспечивает максимальные скорости газа в самой нижнейчасти колонны с наименьшим поперечным сечением. При максимальной подаче газовых выбросов в части колонны с.большим поперечным сечением поступает больше газа по сравнению с ми-. нимальной подачей газа, но в самую нижнюю часть колонны также увеличивается подача газа по сравнению с общей минимальной подачей газовых выбросов, что приводит к равномерному распределению подачи газа по всем подводящим патрубкам 4, 5 на различных уровнях в зависимости от гидравлических сопротивлений патрубков 4,.патрубков 5 с регулирующими задвижками 6 и гидравлических сопротивлений ступенчатых частей 2 колонны с различными поперечными сечениями, т.е.происходит авторегулирование потоков газа и высокой эффективности массо- обмена между газом и жидкостью.Газовые выбросы подаются в нижнюючасть колонны 1 и ступенчатые частичерез тангенциально направленные патрубки 5"и 4 соответственно, что обеспечивает винтообразное движение газовых выбросов в колонне вверх и тесное взаимодействие с движущимся вниз абсорбентом в виде капель как в зоне между отражательными цилиндрами 14 и сплошными цилиндрами 17, где происходит интенсивное диспергирование жидкой фазы и высокоэхЬективный массообмен между газом и абсорбентом, так и ниже этой зоны в условиях свободного падения капель жидкой фазы. Вращательное движение газа создает дополнительные взаимодействия элементарных объемов газа в горизонталонных плоскостях с каплями жидкости,что практически в два раза увеличивает вероятность столкновения элементарных объемов газовой и жидкой фаз и обеспечивает повышение эффективности массообмена между газом и абсорбентом и извлечение летучих веществ из газовых выбросов.После прохождения зоны отражательных цилиндров 14 и сплошных цилиндров 17 колонны 1 газовые выбросыпродолжают вращательное восходящее движение в дополнительную часть колонны 20, где резко увеличиваетсяПодача в дополнительную часть колонны 20 охлажденного абсорбентаспособствует повышению его абсорбционной способности и снижению содержания летучих вецеств в отходящихгазовых выбросов.Установка для улавливания летучихвеществ из газовых выбросов обеспечивает высокоэФФективное поглощениелетучих веществ из газовых выбросовпри максимальной движущей силе процесса масообмена в противоточномвзаимодействиии с абсорбентом в колонне 1 в условиях многократного диспергирования жидкой Фазы и ударно-отражательного действия в распределитележидкости при восходящем вращательномдвижении газовых выбросовВзаимодействие газовых выбросов в дополнительной части колонны 20 с циркулирующимабсорбентом, намного большим в количественном отношении, чем в колонне 1,обеспечивает увеличение движущей силы процесса массообмена и способствует повьппению степени извлечения летучих веществ и газовых выбросов,Использование охлажденного циркулирующего абсорбента также способствует более полному улавливанию летучихвеществ из газЬвых выбросов в дополнительной части колонны 20.Увеличенный диаметр дополнительнойчасти колонны 20 по сравнению с колонной 1 обеспечивает улавливание вдополнительной части колонны 20 унесенных капель абсорбента с газовымивыбросами из колонны 1 за счет резкого уменьшения скорости газовых выбросов в полном сечении колонны.Вследствие выполнения конструктив-ных элементов отражательных цилинд-.ров из листового материала в колонне поперечное сечение колонны 20, следовательно., резко уменьшается линейная скорость движения газовых выбросов в полном сечении дополнительной5 части колонны 20, что приводит к осаждению унесенных капель яащкости из колонны 1, где скорость газа намного вьппе, и захвату их циркулирующим абсорбентом через распределитель жидкости в дополнительной части колонны 20, Циркулирующий абсорбент в распределитель:кидкости в дополнительной части колонны 20 подается ,центробежным насосом 33 из емкости циркулирующего абсорбента 32 по трубопроводу 35 через холодильник 42 по патрубку 28. Из патрубка 28 циркулирующий абсорбент поступает в наружную трубу и в концентрически расположенные в ней трубы 25 и центральную трубу 22 в дополнительной части колонны 20 и выходит между горизонтальными отражательными кольцами 26 и 27, а также между кольцом 25 23 и диском 24, в результате чего под действием сил инерции, обусловленных скоростным напором, и сил тяжести по высоте образуются в каждой ступени расходящиеся от центра к ЭО периферии потоки абсорбента в виде параболоидов врацения, которые на своем пути тесно взаимодействуют с вращающимся восходяцим потоком газовых выбросов,Так как количество циркулирующего абсорбента в дополнительной части колонны 20 намного больше, чем в колонне 1, а скорость газовых выбросов намного меньше, то в дополнительной 4 О части колонны 20 из газовых выбросов циркулирующим абсорбентом извлекаются остатки летучих веществ и унесенные из колонны 1 капли абсорбента, После взаимодействия с газовыми выбросами 45 абсорбент под действием сил инерции и силы тяжести по параболическим траекториям попадает на стенки дополнительной части колонны 20 и стекает в конический переход 21, из которого самотеком стекает через патрубок 30 по трубопроводу 31 в работающую емкость 32.циркулирующего абсорбента.Циркулирующий абсорбент в работающей емкости 32 вырабатывается за счет55 подачи его насосом 36 в распределитель жидкости колонны 1,После выработки циркулирующего раствора из работающей емкости,32 задвижками 34 и 37 переключаются насосы 33 и 36 на вторую емкость 32 свежего абсорбента, которая становится уже работающей с циркулирующим абсорбентом, а первая емкость 32 заполняется регенерированным и свежим абсорбентом по трубопроводу 40 с задвижками 41.Отработанный, насыщенный летучими веществами в колонне 1 абсорбент стекает в кубовую часть колонны 7, откуда центробежным насосом 39 подается на регенерацию (не показано), из абсорбента выделяются и утилизируются летучие вещества.1699548и отсутствия отражательных элементов в дополнительной части колонны 20гидравлическое сопротивление в колонных потоку газовых выбросов оченьмало и не превышает 60-70 Па при скоростях газа в полном сечении колонныдо 5 м(с, поэтому не требуется установка дополнительных вентиляторовдля проталкивания газовых выбросовчерез колонны для улавливания из нихлетучих веществ, а достаточно их под"вести газопроводами в нижнюю частьколонны.Технические преимущества предлагаемой установки для улавливания летучих веществ из газовых выбросов посравнению с известной заключаютсяв повышении степени извлечения летучих веществ из газовых выбросов 20путем увеличения скорости газа в нижней ступенчатой части колонны засчет уменьшения поперечного сеченияв ступенчатой части колонны и переключения подачи газовых выбросов на 25различные уровни колонны с переменнымпоперечным сечением при переменнойподаче газовых выбросов для обеспечения максимально допустимой скорости газа при максимальном гидравлическом сопротивлении потоку газа в колонне, в результате чего при максимальных скоростях газа и при противоточном движении газа и жидкостидостигается максимальная зективность массообмена между газом и абсорбентом, извлечение летучих веществиз газовых выбросов, при этом происходит максимальное насыщение абсорбента, так как массообмен происходит 40при начальных максимальных концентрациях летучих веществ в газовыхвыбросах,Преимущества предлагаемой установки для улавливания летучих веществ 45из газовых выбросов по сравнению сизвестной заключаются в уменьшениилетучих веществ в газовых выбросах,попадающих в окружающую атмосферу.Формула изобретенияУстановка для улавливания летучих веществ из газовых выбросов, включающая вертикальную цилиндрическую колонну, тангенциально направленные55 патрубки для ввода газовых выбросов в нижней части и патрубки подачи абсорбента сверху, кубовую часть колонны для слива отработанного абсорбен 12 та, струйно-распыпительное контактное устройство, содержащее центральную вертикальную трубу для подачи жидкости с горизонтальным отражательным диском под нижним срезом трубы, имекицим диаметр больше диаметра трубы, отражательное кольцо, прикрепленное к нижнему срезу центральной трубы и выполненное диаметром, равным диаметру отражательного диска, концентрически установленные ступенчато трубы, расположенные снаружи центральной трубы с отражательными кольцами, одни из которых прикреплены к нижним кромкам каждой трубы, а другие - к смежной внутренней трубе и расположены на расстоянии друг относительно друга с образованием кольцевого сечения, размещенные вокруг центральной трубы концентрически установленные отражательные цилиндры с вертикальныии окнами и простенками, равномерно выполненными в боковых стенках, при этом отношение ширины окна к ширине простенка по окружности каждого цилиндра равно отношению площади кольцевого сечения между стенкой колонны и данными отражательными цилиндрами и смежньк внутренним цилиндром, верхние кромки окон отражательных цилиндров расположены выше отражательного диска центральной трубы, а нижние - ниже отражательного диска, вокруг каждого кольцевого сечения. коаксиально по отношению к отражательным цилиндрам расположены дополнительные отражательные сплошные цилиндры, выполненные с увеличивающимися диаметрами и высотами снизу вверх, смежные трубы соединены друг с другом,и сообщены концами между собой в наружной трубе, ппощади кольцевых сечений между отражательными кольцами каждой ступени трУб пропорциональны кольцевым сечениям колонны между сплошными цилиндрае ми соответствующей ступени, дополнительную цилиндрическую часть колонны, коаксиально установленную над основlной, диаметром большим диаметра основной колонны, при этом соединение, между ними выполнено коническим ниже верхней кромки основной колонны с образованием кармана для сбора абсорбента, снабженную дополнительным струйнораспылительным контактным устройством, выполненным аналогично основному и установленным осесимметрично в допол1699548 25 25 нительной части колонны, емкость циркулирующего абсорбента, насос циркулирующего абсорбента, соединенные посредством системы трубопроводов и запорной арматуры с дополнительным струйно-распылительным контактным устройством, емкость свежего абсорбента, насосы свежего абсорбента, соединенные посредством системы трубо-. проводов и запорной арматуры с основным контактньи устройством, трубопровод регенерированного абсорбента, соединенный с емкостью свежего абсорбента, холодильник для охлаждения аб,15 сорбента, установленный перед дополнительным оросительньм устройством, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью интенсификации массообмена между газом и жидкостью за счет увеличения скорости газа в нижней частиколонны, многократного диспергирования жидкости и равномерного распределения жидкости и газа по поперечному сечению колонны, нижняя часть колонны выполнена ступенчатой с уменьшающимся поперечным сечением сверхувниз, соединения ступеней имеют конические переходы, ориентированныебольшими основаниями вверх, при этомступени снабжены дополнительными тангенциально установленными патрубкамидля ввода газа и регулирующими задвижками, размещенными на дополнительных патрубках ввода газа, установленных на ступенях максимальногои промежуточных поперечных сеченийтсолонны