一种喷淋吸收塔及多级喷淋吸收装置及方法

技术领域

本发明属于化工及环保领域，涉及一种喷淋吸收塔，具体涉及一种喷淋吸收塔及多级喷淋吸收装置及方法。

背景技术

工业生产中伴随着产品的产生，一般会产生废水、废气。由于环保要求，高浓度的废气不能直接排放入大气中，必须经过处理，降低浓度到符合排放标准才可进行排放。近年来国家对环保的要求不断加大，这对废气处理装置及工艺也提出了更高要求。

丙酮、乙醇等有机或无机废气，根据相似相容原理，它们具有易溶于水（或吸收剂）、沸点低、易挥发的共性，可用水（或吸收剂）作为吸收液进行吸收处理。常用喷淋吸收塔来处理这类废气，将废气通入塔底，在塔顶喷入吸收液（常用的吸收液为水），经填料扩大气液两相的接触面积，完成对废气的吸收处理，处理后的气体由塔顶排出，进入下一级吸收处理装置继续处理，直至达到排放标准。

现有的喷淋吸收塔，塔身直接坐落在循环水箱上，水从塔顶喷入后边吸收废气边下落，最终落入循环水箱中，由水泵将循环水箱中的水抽出，循环喷入塔中，继续吸收废气，直至饱和吸收，此时循环水箱中的吸收液变成饱和溶液，再将饱和溶液排出，重新喷入新水进行废气的循环吸收。在这个过程中，由于塔身和循环水箱的接触面积大，循环水箱内吸收液中的废气易挥发，导致喷淋吸收塔的废气吸收效率差，不易形成饱和溶液，使得喷淋吸收塔的经济性较差，废气的吸收处理成本较高。另外，吸收处理后的气体经除雾室除雾后由排放口排出至下一级装置，除雾室中常规设置拉西环球环进行除雾，但除雾效果并不理想，需要寻求新的除雾材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种喷淋吸收塔及多级喷淋吸收装置及方法，能够对沸点较低、易挥发的一类废气进行吸收处理，抑制循环水箱内吸收液中这类废气的挥发，提高这类废气的吸收效果，延长这类废气的饱和吸收时间，提高这类废气吸收处理的经济性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明提供的喷淋吸收塔，包括循环水箱和位于循环水箱上方的喷淋吸收塔本体，其中喷淋吸收塔本体从上到下依次为排气口、除雾室、喷淋室、填料室、孔板和进气室；进气口与进气室相连通；喷淋室的顶部设有喷淋管架，喷淋管架上设有螺旋喷嘴；喷淋管架通过喷管与水泵的出口相连，水泵的进口通过水管与循环水箱底部相连；其特征在于：所述喷淋吸收塔本体通过支座固定；所述进气室的底部设有开口向下的锥斗，锥斗底部的开口通过回液管与循环水箱的顶部相连，气平衡管的两端分别与进气室和循环水箱相连通；所述除雾室中散堆放置钢丝球。

所述喷淋管架为十字形，喷淋管架上设置四个螺旋喷嘴，其中一个螺旋喷嘴位于喷淋室截面的圆心处，其余三个螺旋喷嘴均匀分布在与喷淋室截面同心的同一圆周上。

所述循环水箱的底部设有底座，循环水箱上部设有进水口；所述循环水箱的底面为倾斜设计，排水口设置在循环水箱底面较低一侧的中部；或者循环水箱的底面为开口向下的锥形，排水口设置在锥形的开口处。

所述喷淋室一侧设有入料视窗，填料室底部一侧设有出料视窗。

所述填料室中放置特拉瑞拉西环填料。

本发明提供的多级喷淋吸收装置，包括串联的多级喷淋吸收塔，上一级喷淋吸收塔的排气口与下一级喷淋吸收塔的进气口相连，最后一级喷淋吸收塔的排气口与风机相连；第一级喷淋吸收塔的进气管路上设有新风阀、进口浓度检测装置和压力变送器，最后一级喷淋吸收塔的排气管路上设有压力变送器、流量计和出口浓度检测装置。

本发明提供的基于多级喷淋吸收装置的喷淋吸收方法，该方法的具体步骤为：

1）、开启水泵，在每一级的喷淋吸收塔内喷淋吸收液；

2）、打开风机进行抽气，用变频器及压力变送器调节风速，并用流量计进行观测，调节喷淋吸收塔的空塔风速至预设值；

3）、每一级的喷淋吸收塔均采用微分接触逆流式送气；废气经新风阀和压力变送器调节，并经进口浓度检测装置检测达到预设浓度后，从第一级喷淋吸收塔塔体下方的进气口沿切向进入第一级喷淋吸收塔内，在风机的动力作用下，均匀通过均流段至填料层，与顶部喷淋的吸收液进行气--液两相充分接触吸收反应，再经除雾层脱水除雾后，由排气口排出，进入下一级喷淋吸收塔的进气口内，重复上述吸收过程，直至由最后一级喷淋吸收塔的排气口排出，排出的气体经出口浓度检测装置检测，若符合排放标准则直径排放，不符合排放标准则进入下一步处理程序；

4）、步骤3）持续进行一段时间后，喷淋吸收塔内吸收液的吸收程度趋于饱和，废气的吸收处理能力下降，当最后一级喷淋吸收塔排出的废气浓度升至预设浓度时，停机更换吸收液，根据实际工况，将每级喷淋吸收塔的吸收液均更换为新吸收液，或将第一级喷淋吸收塔的吸收液移出，将后一级喷淋吸收塔的吸收液移至前一级喷淋吸收塔内，将最后一级喷淋吸收塔的吸收液更换为新液，然后继续开机，重复上述步骤，对废气进行吸收处理。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

本发明提供的喷淋吸收塔，在喷淋吸收塔本体底部设置锥斗，锥斗上部与进气室相连，锥斗底部通过回液管与循环水箱顶部连通，由于回液管的直径较喷淋吸收塔的塔身直径大大缩小，因此能够较大程度抑制像丙酮、乙醇等沸点较低、易挥发的这类废气的挥发，提高喷淋吸收塔对这类废气的吸收效率，延长吸收时间，循环水箱中的吸收液在较长的时间内达到饱和吸附，提高喷淋吸收塔对这类废气吸收处理的经济性，降低这类废气的吸收处理成本。本发明中设置了气平衡管来连通循环水箱和进气室，使得循环水箱内不会产生负压，能够防止循环水箱内液位的升高。另外，本发明中选择了非常规的除雾材料，在除雾室中以散堆的形式堆放钢丝球进行除雾，风机的压力损失小，而且除雾效果好，经测试，四级串联的喷淋吸收装置在吸收处理过程中，最终的排气管路内的气体不含水雾，能够降低对风机的腐蚀，延长设备的使用寿命。

进一步的，循环水箱底部采用倾斜设计或锥形设计，能够保证循环水箱内的液体完全排出无残留。四个螺旋喷嘴的位置设计能够保证喷洒的均匀性，提高气液接触面积，增强丙酮的吸收效果。通过入料视窗和出料视窗能够方便的随时观察喷淋吸收塔内的情况。

本发明提供的多级喷淋吸收装置，包括串联的多级喷淋吸收塔，对丙酮、乙醇等沸点较低、易挥发的这类废气的吸收处理能力较单个喷淋吸收塔更强，通过新风阀和压力变送器能够调节废气的进气浓度，并通过进口浓度检测装置可以进行实时监测；通过流量计能够观测风机风速，通过出口浓度检测装置能够实时监测吸收处理后排放气体中废气的出口浓度。本发明的多级喷淋吸收装置可以设置为二级、三级、四级、五级、六级、七级、八级……等等，级数越多，经吸收处理后的废气浓度越低，即级数越多可以获得越低的出口浓度。另外，如果都换成全新的吸收液，在同样的进口废气浓度，同时规定同样的最高出口废气浓度情况下，逐级吸收的过程中，到达规定的最高出口值，喷淋吸收装置的级数越多，吸收液的总体使用量越少。

本发明提供的喷淋吸收方法，利用多级喷淋吸收装置进行对丙酮、乙醇等沸点较低、易挥发的这类废气进行吸收处理，可调节废气进气浓度，根据实际工况不同，不同的废气出气浓度下更换吸收液的持续吸收处理时间不同，能够寻找到更换吸收液频率和废气排放浓度的最佳经济性能下的平衡，降低这类废气的吸收处理成本。

附图说明

图1是本发明提供的喷淋吸收塔的结构示意图，其中A是主视图，B是侧视图；

图2是本发明提供的喷淋吸收塔的另一种结构示意图；

图3是本发明的喷淋吸收塔中喷嘴和喷淋管架的示意图；

图4是本发明提供的多级喷淋吸收装置的示意图；

其中：1为排气口，2为除雾室，3为喷淋室，4为填料室，5为孔板，6为进气口，7为进气室，8为支座，9为气平衡管，10为锥斗，11为回液管，12为循环水箱，13为进水口，14为排水口，15为底座，16为入料视窗，17为出料视窗，18为螺旋喷嘴，19为水泵，20为喷管，21为喷淋管架，22为新风阀，23为进口浓度检测装置，24为压力变送器，25为流量计，26为出口浓度检测装置，27为风机，28为丙酮储罐。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

参见图1至图3，本发明提供的喷淋吸收塔，包括喷淋吸收塔本体、循环水箱12、和循环洒水管路（包括螺旋喷嘴18、喷淋管架21、喷管20和水泵19），喷淋吸收塔本体通过若干支座8固定在地面上并位于循环水箱12上方，支座8沿喷淋吸收塔本体周向均匀设置。喷淋吸收塔本体从上到下依次为排气口1、除雾室2、喷淋室3、填料室4、孔板5、进气室7和锥斗10，锥斗10底部的开口通过回液管11与循环水箱12的顶部相连。气平衡管9的两端分别与进气室7和循环水箱12相连通。进气口6与进气室7相连通。喷淋室3的顶部设有十字形的喷淋管架21，喷淋管架21上设置四个螺旋喷嘴18，其中一个螺旋喷嘴18位于喷淋室3截面的圆心处，其余三个螺旋喷嘴18均匀分布在与喷淋室3截面同心的同一圆周上。喷淋管架21通过喷管20与水泵19的出口相连，水泵19的进口通过水管与循环水箱12底部相连。除雾室2中散堆放置钢丝球形成除雾层。填料室4中放置特拉瑞拉西环填料形成填充层。喷淋室3一侧设有入料视窗16，填料室4底部一侧设有出料视窗17。循环水箱12的底部设有底座15，循环水箱上部设有进水口13；循环水箱12的底面为倾斜设计，排水口14设置在循环水箱12底面较低一侧的中部；或者循环水箱12的底面为开口向下的锥形，排水口14设置在锥形的开口处。

如图4所示，本发明提供的多级喷淋吸收装置，包括串联的多级喷淋吸收塔，上一级喷淋吸收塔的排气口1与下一级喷淋吸收塔的进气口6相连，最后一级喷淋吸收塔的排气口1与风机27相连；第一级喷淋吸收塔的进气管路上设有新风阀22、进口浓度检测装置23和压力变送器24，最后一级喷淋吸收塔的排气管路上设有压力变送器24、流量计25和出口浓度检测装置26。

本发明提供的基于多级喷淋吸收装置的喷淋吸收方法，该方法的具体步骤为：

1）、开启水泵19，在每一级的喷淋吸收塔内喷淋吸收液；

2）、打开风机27进行抽气，用变频器及压力变送器24调节风速，并用流量计25进行观测，调节喷淋吸收塔的空塔风速至预设值；

3）、每一级的喷淋吸收塔均采用微分接触逆流式送气；废气经新风阀22和压力变送器24调节，并经进口浓度检测装置23检测达到预设浓度后，从第一级喷淋吸收塔塔体下方的进气口6沿切向进入第一级喷淋吸收塔内，在风机27的动力作用下，均匀通过均流段至填料层，与顶部喷淋的吸收液进行气--液两相充分接触吸收反应，再经除雾层脱水除雾后，由排气口1排出，进入下一级喷淋吸收塔的进气口6内，重复上述吸收过程，直至由最后一级喷淋吸收塔的排气口1排出，排出的气体经出口浓度检测装置26检测，若符合排放标准则直径排放，不符合排放标准则进入下一步处理程序；

4）、步骤3）持续进行一段时间后，喷淋吸收塔内吸收液的吸收程度趋于饱和，废气的吸收处理能力下降，当最后一级喷淋吸收塔排出的废气浓度升至预设浓度时，停机更换吸收液，根据实际工况，将每级喷淋吸收塔的吸收液均更换为新吸收液，或将第一级喷淋吸收塔的吸收液移出，将后一级喷淋吸收塔的吸收液移至前一级喷淋吸收塔内，将最后一级喷淋吸收塔的吸收液更换为新液，然后继续开机，重复上述步骤，对废气进行吸收处理。

本发明的工作原理为：喷淋吸收塔采用微分接触逆流式，针对排气的物理化学性质，像丙酮、乙醇等有机或无机废气具有沸点较低、易挥发的共性，这类废气易溶于吸收液中。例如丙酮易溶于水或与水互溶，可采用水作为吸收液对丙酮进行吸收。废气从喷淋吸收塔塔体下方进气口6沿切向进入喷淋吸收塔，在风机27的动力作用下，均匀通过均流段（在进气室7内进行均流）至填料层，与顶部喷淋的吸收液进行气--液两相充分接触吸收反应，废气经过净化后，再经除雾层脱水除雾后引入下级深度处理，从而达到净化气体的功效。

对本发明的喷淋吸收塔及多级喷淋吸收装置的废气吸收处理效果进行实验验证，以丙酮废气的吸收效果为例，实验过程中用丙酮储罐28中的丙酮溶液挥发来模拟工业丙酮废气。经实验，对于单个喷淋吸收塔，以水作为吸收液，当丙酮废气进口浓度控制在1200ppm，风量在200 CMH时，只需10分钟即可达到90%的丙酮去除率。对于四级喷淋吸收塔串联而成的喷淋吸收装置，当丙酮废气进口浓度控制在1200 ppm，风量在200 CMH时，全部新水喷淋，处理后的废气中丙酮浓度可降低至100 mmp。

工业实际应用中，需要找到废气吸收处理效果和更换吸收液时间的平衡，从而得到最佳的操作经济性。下面以丙酮的吸收处理过程为例，通过具体实验来说明。

一、喷淋吸收装置概况：

1、喷淋吸收塔规格：φ572×2375mm，4套

2、水泵：220L/min，14m，4台

3、填料：特拉瑞拉西环φ50，厚度800mm

4、除雾层：钢丝球，厚度250mm

5、风机：420CMH，4KW，1台

6、进气管路及排气管路的管径：DN200

7、储罐：丙酮储罐

二、试验方案：

丙酮储罐28+四级喷淋吸收塔串联+风机27；第一级喷淋吸收塔进口阀门全开，循环水箱12注水至600mm高度，四级喷淋吸收塔的水泵19开启喷淋，然后开风机27，调整风机27的频率，使用风速仪测量风机27的出口风速，并观察流量计25的数值，使风量达到200m

三、试验步骤：

喷淋试验共进行2组1200 ppm，200 CMH的试验，第1组试验进行了5次试验，前4次的目的是探究第1级喷淋吸收塔去除率30%时，第4级水转至第3级，第3级水转至第2级，第2级水转至第1级，第4级水补充新水的持续时间；第5次的目的是探究第4级水转至第3级，第3级水转至第2级，第2级水转至第1级，第4级水补充新水，至第4级出口饱和所用的时间。第2组试验进行了2次试验，其目的探究4级喷淋吸收塔全部为新水，至第4级出口饱和所用的时间。以上试验每个喷淋吸收塔的水量为600kg。

四、实验结果：

1.1 第1组第1次试验，四级淋洗全部为新水，1级进口浓度控制在1200 ppm，风量在200 CMH下，1级去除率达30%时，共持续3小时。

1.2 第1组第2次试验，是在1.1试验的基础上，第1级淋洗水移出，2级移至1级，3级移至2级，4级移至3级，第4级补充新水。1级进口浓度控制在1200 ppm，风量在200 CMH下，1级去除率达30%时，共持续1小时40分钟。

1.3 第1组第3次试验，是在1.2试验的基础上，第1级淋洗水移出，2级移至1级，3级移至2级，4级移至3级，第4级补充新水。1级进口浓度控制在1200 ppm，风量在200 CMH下，1级去除率达30%时，共持续55分钟。

1.4 第1组第4次试验，是在1.3试验的基础上，第1级淋洗水移出，2级移至1级，3级移至2级，4级移至3级，第4级补充新水。1级进口浓度控制在1200 ppm，风量在200 CMH下，1级去除率达30%时，共持续25分钟。

1.5 第1组第5次试验，是在1.4试验的基础上，第1级淋洗水移出，2级移至1级，3级移至2级，4级移至3级，第4级补充新水。1级进口浓度控制在1200 ppm，风量在200 CMH下，第4级出口达500 ppm时，持续4小时20分钟。

2.1 第2组第1次试验，四级淋洗全部为新水，1级进口浓度控制在1200 ppm，风量在200CMH下，第4级出口达700时，持续时间6小时40分钟。

2.2 第2组第2次试验，四级淋洗全部为新水，1级进口浓度控制在1200 ppm, 风量在200CMH下，第4级出口达500时，持续时间5小时10分钟。

五、实验结论：

以上实验进行多次，得到的平均数据如下：当丙酮废气进口1200 ppm、200 CMH时，单级新水出口达到500 ppm时，约1.5小时，单级饱和需要3.5小时；四级全部新水串联出口达到500 ppm时，约5小时10分钟，四级新水第四级出口饱和需要9小时。考虑到实际换水的时间差，及操作复杂性，工业中四级喷淋塔全部采用清水喷淋，效果最佳。

通过以上实验可以看出，本发明的喷淋吸收塔以及多级喷淋吸收装置，对丙酮有良好的吸收处理效果，但本发明并不限于对丙酮进行吸收处理。对沸点较低、易挥发的这类废气，用本发明的喷淋吸收塔以及多级喷淋吸收装置对这类废气进行吸收处理，均能够较大程度抑制这类废气的挥发，提高这类废气的吸收效率，延长这类废气的饱和吸收时间，提高这类废气吸收处理的经济性，降低这类废气的吸收处理成本。像丙酮、乙醇等沸点较低、易挥发的废气，易溶于水或与水互溶，可采用水作为吸收液对其进行吸收处理；对于其他沸点较低、易挥发的废气，可采用其他吸收效果较好的溶剂作为吸收液，均可达到良好的吸收处理效果。

本发明的多级喷淋吸收装置，并不限于图4所示的四级喷淋吸收装置，根据实际工况需要，本发明的多级喷淋吸收装置可以设置为二级、三级、四级、五级、六级、七级、八级……等等，级数越多，经吸收处理后的废气浓度越低，即级数越多可以获得越低的出口浓度。另外，如果都换成全新的吸收液，在同样的进口废气浓度，同时规定同样的最高出口废气浓度情况下，逐级吸收的过程中，到达规定的最高出口值，喷淋吸收装置的级数越多，吸收液的总体使用量越少。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。