CN101961589A - 动力波液封尾气吸收方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及动力波液封尾气吸收方法及装置，提供了一种动力波液封尾气吸收方法，该方法包括：(a)提供气-液混合液作为形成动力波的吸收液，其中，所述气-液混合液中气泡体积含量为1-50％，气泡粒度为10-40微米；以及(b)使用喷嘴将流入混合器中的吸收液液滴自下而上喷出，与自上而下流入混合器的尾气混合，在混合器中形成覆盖整个混合器水平截面的液封，以充分吸收尾气。本发明还提供了一种动力波液封尾气吸收装置。
Description
技术领域
本发明属于气液混合反应领域，涉及一种两相混合的方法。更具体地说，本发明涉及一种动力波液封尾气吸收方法及装置。
背景技术
在人类社会的进步和现代化生活的发展过程中，空气被污染的现象也伴随着发生。在生产能力，生产产品，运输产品和人类生活过程中，空气污染物作为一种副产品也产生了。主要的空气污染源来自燃烧，而燃烧对人类又是至关重要的。在完全燃烧的过程中，燃料中的碳、氢和空气中的氧相结合，产生热、光、二氧化碳和水蒸气。然而如果燃料中有杂质，燃烧时燃料和空气的比例不合适，燃烧温度太低或太高等等，都会产生一氧化碳、硫氢化物、氮氧化物、飞灰等空气污染物。
气态污染物的控制方法主要有分离法和转化法。分离法是利用污染物与废气中其它组份的物理性质的差别，利用物理方法使污染物从废气中分离出来。吸收、吸附和冷凝都是分离气态污染物常用的方法。转化法是使废气中的污染物发生某些化学反应，转化为无害的物质或易分离的物质。
吸收法是净化气体污染物常用的方法，分离含有SO2、NOx、H2S、HF、SiF4、HCl、C12、NH3、汞蒸气、恶臭、酸雾、沥青烟和多种组份有机物蒸汽皆可以用吸收法。提高吸收效率主要在于开发新的吸收剂和新型吸收设备。在化工、石化、冶金、电力等工业生产中常遇到用溶液(如水、化学溶液等)吸收气体中的均相物质(如空气中的氨、尾气中的SO2等)或固体颗粒(如粉尘、催化剂颗粒等)。常规的方法是气、液两相逆流通过塔设备，达到传质或吸收的目的。但无论是填料塔还是板式塔，都容易造成堵塔、结晶等不良结果，并且塔设备的内部结构复杂，投资高。
因此，本领域迫切需要开发出一种结构简单，容易实施，投资小，操作方便，并适合长周期运转的吸收方法及装置。
发明内容
本发明提供了一种新的动力波液封尾气吸收方法及装置，克服了现有技术存在的缺陷。
一方面，本发明提供了一种动力波液封尾气吸收方法，该方法包括：
(a)提供气-液混合液作为形成动力波的吸收液，其中，所述气-液混合液中气泡体积含量为1-50％，气泡粒度为10-40微米；以及
(b)使用喷嘴将流入混合器中的吸收液液滴自下而上喷出，与自上而下流入混合器的尾气混合，在混合器中形成覆盖整个混合器水平截面的液封，以充分吸收尾气。
在一个优选的实施方式中，该方法还包括：(c)对充分吸收尾气的吸收液进行旋流分离，以使尾气完全吸收和净化。
在另一个优选的实施方式中，所述吸收液选自易于溶解气体的吸收液。
在另一个优选的实施方式中，所述吸收液大量吸收尾气，在混合器内产生虹吸现象。
在另一个优选的实施方式中，该方法对尾气的吸收效率达到99％以上。
另一方面，本发明提供了一种动力波液封尾气吸收装置，该装置包括：
溶气泵，用以提供气-液混合液作为形成动力波的吸收液，其中，所述气-液混合液中气泡体积含量为1-50％，气泡粒度为10-40微米；
与所述溶气泵连接的混合器，用以混合吸收液液滴和尾气；以及
与所述溶气泵连接的、置于混合器内的喷嘴，用以将流入混合器中的吸收液液滴自下而上喷出，与自上而下流入混合器的尾气混合，在混合器中形成覆盖整个混合器水平截面的液封，以充分吸收尾气。
在一个优选的实施方式中，该装置还包括：与所述混合器连接的旋流分离器，用以对充分吸收尾气的吸收液进行旋流分离，以使尾气完全吸收和净化。
在另一个优选的实施方式中，所述混合器是洗涤管或吸收塔，其处理气量为每小时几十立方米到每小时几十万立方米。
在另一个优选的实施方式中，所述喷嘴是开锥孔喷嘴，所述吸收液不发生雾化。
在另一个优选的实施方式中，该装置还包括：置于所述喷嘴内的雾化器，用以雾化吸收液成微小液滴，增加液相比表面积。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施方式的动力波液封尾气吸收处理工艺的示意图。
图2是本发明中使用的溶气泵的工作原理的示意图。
图3示出了图2所示的溶气泵制造的气-液混合物(吸收液)的吸收液-气泡的粒度分布。
具体实施方式
本发明的发明人经过广泛而深入的研究后发现，采用由溶气泵制备的气-液混合物作为撞击动力波洗涤用的吸收洗涤剂，并在洗涤过程中利用撞击动力波装置中的流体湍动驱动气泡微界面，高效快速地吸收废气中的亲水性气体，可以减少液体用量，减少次生废液量，强化气液微粒碰撞概率，从而使废气与吸收液充分混合、吸收，达到净化的目的。基于上述发现，本发明得以完成。
在本发明中使用了动力波装置。动力波装置是一种新型的气液相直接接触的高效传质与传热设备，也可应用于气液相反应与洗涤除尘、增湿等过程。与其它同类设备相比较，它具有以下突出优点：净化效率高，其除尘效率可达到99％以上，净化效率远高于空塔和填料塔等传统设备；设备投资少，占地面积小，流程简单，采用动力波净化系统的投资，比采用传统的工艺与设备要节省30％以上；内部无任何活动部件与约束性部件，安装维修简单；喷嘴的口径大，不易堵塞；设备的可靠性好，运行周期长，操作弹性大；适用范围广，动力波装置不仅有极高的除尘效率，且工作过程不会受温度和压力的影响。
动力波装置一般由波管、喷嘴、溶剂贮槽和循环泵等四个主要部分构成。它以液体(通常为水)作为溶剂，通过与高速气流的直接接触，实现两相间的传热与传质过程，以达到净化(除尘与吸收)、冷却、增湿气体的工艺要求。常用的动力波装置根据两相流体的流向，可分为逆向与同向两种。逆流动力波装置的流程原理是气体自上而下高速进入洗涤管，洗涤剂则自下而上从特制的喷嘴高速喷射逆向进入气流中气液两相在洗涤管中直接逆流接触、碰撞，当两相动量达到平衡时，会形成一段高度湍动的泡沫区，称之为驻波。在驻波区内，气液两相接触面积极大，且不断更新，从而可获得极高的传热与传质效率。
在本发明中，撞击动力波洗涤采用的吸收洗涤剂是由溶气泵制备的气-液混合物，溶气泵能够将微气泡与液体充分混合形成气-液混合物，并将其输送到指定位置。在洗涤过程中利用撞击动力波洗涤器中的流体湍动驱动气泡微界面，高效快速地吸收废气中的亲水性气体。采用气-液混合物作为吸收洗涤剂可以减少液体用量，减少次生废液量，强化气液微粒碰撞概率。
本发明所要解决的技术问题是解决现有工业生产中生产线中尾气排放异常，提供一个整体治理思路。本发明提供了一种以上述思路为核心的新的气液混合方法，以补充现有混合方法的不足。
在本发明的第一方面，提供了一种动力波液封尾气吸收方法，该方法包括：
(a)采用溶气泵制造气-液混合液作为形成动力波的吸收液(液相介质)，其中，所述气-液混合液中气泡体积含量为1-50％，气泡粒度为10-40微米；以及
(b)使用喷嘴将从混合物底部流入混合器中的吸收液液滴自下而上高速喷出，与从混合器顶部自上而下流入混合器的尾气混合，在混合器中形成覆盖整个混合器水平截面的液封，以充分吸收尾气。
在本发明中，以气泡表面形成的界面液相吸收气体中的杂质或污染物，由于吸收过程中气泡的转动和变形，增强了气泡的吸收效果。
在本发明中，所述混合器可以是洗涤管或吸收塔，其规格由处理量决定，处理气量可从每小时几十立方米到每小时几十万立方米，具有超强的适应能力、低廉的设备成本和稳定的操作性能，使之几乎可满足任何规模大气环境治理的需要，包括小到生活锅炉排放的烟气，大到特大型火力发电厂和冶炼厂所排放的尾气处理。
在本发明中，所述喷嘴是开锥孔喷嘴，液体不发生雾化，排气中液体雾沫量极少，可使用常规旋流分离器脱除。
在本发明中，尾气大量被吸收液吸收，混合器内产生虹吸现象，促进了尾气与吸收液的反应。
在本发明的第二方面，提供了一种动力波液封尾气吸收装置，该装置包括：
溶气泵，用以提供气-液混合液作为形成动力波的吸收液；
与所述溶气泵连接的混合器，用以混合吸收液液滴和尾气；以及
与所述溶气泵连接的、置于混合器内的喷嘴，用以在混合器中形成覆盖整个混合器水平截面的液封，以充分吸收尾气。
在本发明中，以溶气泵代替传统的循环泵，制造气-液混合物代替传统的液相吸收剂，减少了吸收液的消耗量或循环量，提高了吸收液中含杂质的浓度。
在本发明中，通过特制喷嘴扩大动力波的喷射扩散角，形成了覆盖整个混合器界面的动力波液封，扩大了气液接触面积，提升了吸收效率。
较佳地，本发明还选用雾化器雾化吸收液成微小液滴，增加液相比表面积从而增大气-液相接触面积，以充分吸收混合物中的尾气。
较佳地，气体自上而下高速进入混合器，雾化器产生的雾化吸收液液滴自下而上从喷嘴高速喷射逆向进入气流，气液两相在塔中直接逆向接触碰撞，当两相动量达到平衡时，能形成高度湍动的泡沫区，即驻波区，以获得在驻波区内极大的气液两相接触面积。
较佳地，吸收液充分吸收尾气后进入旋流分离器，通过旋流分离，达到完全吸收和净化尾气的效果。
以下参看附图。
图1是根据本发明的一个实施方式的动力波液封尾气吸收处理工艺的示意图。如图1所示，由溶气泵1制造的气-液混合液由混合物3的底部入口进入混合器3中，经混合器3中的喷嘴2自下而上高速喷出，与从混合物3顶部气体入口5自上而下进入的尾气混合，形成气-液两相流，在混合区(泡沫区)4形成覆盖整个混合区横截面的液封，以使尾气在混合器3中与吸收液充分混合、吸收；吸收液充分吸收尾气后经混合器3的底部气液出口流出进入旋流分离器进行分离，以达到完全吸收和净化尾气的效果。
图2是本发明中使用的溶气泵的工作原理的示意图。如图2所示，液体和气体分别进入溶气泵中形成了气-液混合物。
图3示出了图2所示的溶气泵制造的气-液混合物(吸收液)的吸收液-气泡的粒度分布。
本发明的方法和装置的主要优点在于：
本发明的方法和装置结构简单，容易实施，投资小，操作方便，并适合长周期运转，废气吸收效率高。
实施例
下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。但是，应该明白，这些实施例仅用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另有说明，所有的百分比和份数按重量计。
中国石化巴陵分公司化肥事业部尿素装置排气筒污染防治项目：
受低压系统超压开大付线卸压和氨系统安全阀起跳等异常工况影响，尿素生产线中的排气筒尾气剧烈异常，其主要波动组分为NH3和CO2，其中尤以NH3对环境的压力更为恶劣，后果更为严重。如若将异常工况下的尾气直接排放，不仅会对周边生态系统产生影响，更将会对大气造成潜在的危害。因此，在现有的工艺流程上补充高效防治设备改善尾气质量势在必行。
为了降低尾气中的氨气含量，采用了本发明的装置。
下表示出了尾气的组分情况：
具体工艺流程如图1所示。
通过雾化器将稀氨水雾化为细微液滴后，含NH3尾气接入动力波洗涤器的逆喷管，烟气自上而下流动，循环液由母液循环泵经上液管送入逆喷管，从喷头自下向上与气流方向逆向喷出，气液逆向碰撞形成泡沫区，逆喷管气速为20m/s，喷头压力为15-20kPa，尾气经母液吸收NH3后，由动力波洗涤器出口管排除，循环液由从母液产出管排出，泡沫区变化不大，操作弹性大，NH3吸收率可达到99％以上。吸收完全后，混合物料进入气液旋流分离器，以富含氨气的液滴为分散相，其余气体为连续相，含氨尾气在经过脱氨后在一定的压力作用下从旋流管进口沿切线方向进入旋流管的内部进行高速旋转，经分离锥后因流道截面的改变，使液流增速并形成螺旋流态，当气体进入尾锥后因流道截面的进一步缩小，旋流速度继续增加，在分离器的内部形成了一个稳定的离心力场，气体在锥管的中心区聚结成气芯，从溢流口排出，实现氨液高效回收和尾气净化目的。雾化吸收尾气中的NH3成分是本方案回收NH3的关键，所以方案通过设置两级雾化吸收和旋流分离，已达到完全吸收和回收氨液的目的。
本方案脱氨目的的实施效果，关键在于液滴喷雾过程对氨气的吸收和旋流分离设备的氨液回收。如果喷雾液滴能够完全吸收混合气中的氨气，旋流分离过程则能保证99％以上的吸收，达到脱除氨气的效果，实现方案过后氨气小于100ppm的目的。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (10)
1.一种动力波液封尾气吸收方法，该方法包括：
(a)提供气-液混合液作为形成动力波的吸收液，其中，所述气-液混合液中气泡体积含量为1-50％，气泡粒度为10-40微米；以及
(b)使用喷嘴将流入混合器中的吸收液液滴自下而上喷出，与自上而下流入混合器的尾气混合，在混合器中形成覆盖整个混合器水平截面的液封，以充分吸收尾气。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
(c)对充分吸收尾气的吸收液进行旋流分离，以使尾气完全吸收和净化。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述吸收液选自易于溶解气体的吸收液。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述吸收液大量吸收尾气，在混合器内产生虹吸现象。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对尾气的吸收效率达到99％以上。
6.一种动力波液封尾气吸收装置，该装置包括：
溶气泵(1)，用以提供气-液混合液作为形成动力波的吸收液，其中，所述气-液混合液中气泡体积含量为1-50％，气泡粒度为10-40微米；
与所述溶气泵(1)连接的混合器(3)，用以混合吸收液液滴和尾气；以及
与所述溶气泵(1)连接的、置于混合器(3)内的喷嘴(2)，用以将流入混合器中的吸收液液滴自下而上喷出，与自上而下流入混合器的尾气混合，在混合器中形成覆盖整个混合器水平截面的液封，以充分吸收尾气。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，该装置还包括：与所述混合器(3)连接的旋流分离器，用以对充分吸收尾气的吸收液进行旋流分离，以使尾气完全吸收和净化。
8.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述混合器是洗涤管或吸收塔，其处理气量为每小时几十立方米到每小时几十万立方米。
9.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述喷嘴是开锥孔喷嘴，所述吸收液不发生雾化。
10.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，该装置还包括：置于所述喷嘴(2)内的雾化器，用以雾化吸收液成微小液滴，增加液相比表面积。
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