專利名稱：一種低壓降納微結(jié)構(gòu)化填料旋轉(zhuǎn)床超重力裝置及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種脫除工業(yè)尾氣中腐蝕性有害氣體的超重力裝置及其應(yīng)用，具體涉 及一種納微結(jié)構(gòu)化旋轉(zhuǎn)床超重力裝置在脫除有害氣體工藝中的應(yīng)用，特別適合于要求低壓 降的硫酸等工業(yè)尾氣中二氧化硫深度脫除，屬于超重力技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在硫酸、化肥、冶煉等工業(yè)尾氣中往往包含二氧化硫、硫化氫、HC1、HF等酸性或 NH3、揮發(fā)性有機(jī)胺等堿性腐蝕性有害氣體。隨著環(huán)保壓力以及資源回收有效利用的要求的 日益提高，有害氣體的深度脫除受到了高度的重視。以硫酸工業(yè)為例，尾氣中產(chǎn)生的二氧化 硫已成為了空氣的主要污染物之一，由二氧化硫排放所帶來(lái)的酸雨也更加頻繁，嚴(yán)重危害 到了建筑物、土壤和人類的生存環(huán)境。因此，世界各國(guó)紛紛降低二氧化硫的排放指標(biāo)，以進(jìn) 一步限制汽車尾氣和工業(yè)尾氣等煙氣中二氧化硫的排放。目前煙氣脫硫技術(shù)種類達(dá)幾十 種，按吸收劑及脫硫產(chǎn)物在脫硫過(guò)程中的干濕狀態(tài)可將脫硫技術(shù)分為濕法、干法和半干半 濕法；按脫硫劑的種類，可分為以下五種方法以CaC03(石灰石)為基礎(chǔ)的鈣法，以MgO為 基礎(chǔ)的鎂法，以Na2SO3為基礎(chǔ)的鈉法，以NH3為基礎(chǔ)的氨法，以有機(jī)堿為基礎(chǔ)的有機(jī)堿法。世 界上普遍使用的商業(yè)化技術(shù)是化學(xué)吸收法。目前，我國(guó)硫酸等工業(yè)尾氣二氧化硫排放指標(biāo)為800-1200mg/m3。為了滿足國(guó)家 對(duì)于環(huán)境保護(hù)的要求，國(guó)家環(huán)保部門正在考慮將二氧化硫排放指標(biāo)進(jìn)一步降低至400mg/ m3(折合為 140ppm)以下。為此，需要在原有技術(shù)和工藝上增加二氧化硫超低排放、深度 脫硫裝置，由于現(xiàn)有工業(yè)尾氣允許的壓降很低(一般小于2000Pa)，因此急需開發(fā)低壓降深 度脫硫裝置及工藝?，F(xiàn)有的脫硫裝置多為塔設(shè)備，傳統(tǒng)塔設(shè)備存在著設(shè)備龐大、運(yùn)行維護(hù)費(fèi) 用高、傳質(zhì)效率低、壓降大等問(wèn)題，尤其是對(duì)于具有腐蝕性的工業(yè)尾氣，塔設(shè)備需要防腐金 屬材料多，造價(jià)高昂，導(dǎo)致其難以滿足工廠現(xiàn)有脫硫技術(shù)改造對(duì)脫硫裝置壓降低、占地空間 小、成本低的需求。近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的超重力技術(shù)是一項(xiàng)強(qiáng)化傳質(zhì)、混合和化學(xué)反應(yīng)的新技術(shù)，該技 術(shù)利用超重力旋轉(zhuǎn)床內(nèi)部轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力模擬超重力環(huán)境來(lái)強(qiáng)化傳遞和反應(yīng)過(guò) 程，大幅度地提高傳遞與反應(yīng)過(guò)程的效率，關(guān)于超重力裝置在早期的專利(詳見中國(guó)專 利91109255. 2,91111028. 3，ZL95215430. 7等)已經(jīng)公開。目前該技術(shù)從最初應(yīng)用于分 離、解吸等物理過(guò)程已經(jīng)擴(kuò)展應(yīng)用到化學(xué)反應(yīng)、超微顆粒制備等諸多領(lǐng)域(詳見中國(guó)專利 92102061,93104828. 1,95105344. 2,2004100378859 等)。旋轉(zhuǎn)床裝置主要包括密閉的殼 體，內(nèi)有一個(gè)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子上有環(huán)形填料層，不同的流體從殼體相應(yīng)的入口流入旋轉(zhuǎn) 床，在旋轉(zhuǎn)的填料層中的離心力場(chǎng)下(即超重力環(huán)境)進(jìn)行傳質(zhì)過(guò)程，傳質(zhì)速率比傳統(tǒng)的塔 器中提高1 3個(gè)數(shù)量級(jí)。對(duì)旋轉(zhuǎn)床強(qiáng)化傳質(zhì)過(guò)程原理的一般認(rèn)識(shí)是流體在離心力場(chǎng)環(huán) 境下被撕裂成細(xì)小的液滴、液絲或液膜，產(chǎn)生大量的快速更新的表面積，大大強(qiáng)化傳質(zhì)和混 合過(guò)程。雖然與塔器設(shè)備相比，旋轉(zhuǎn)床超重力裝置已經(jīng)具有被認(rèn)可的明顯優(yōu)勢(shì)。但是，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)床超重力裝置采用轉(zhuǎn)子內(nèi)裝絲網(wǎng)填料作為核心結(jié)構(gòu)，由于填料的無(wú)規(guī)整性，仍 然存在壓降較大等缺點(diǎn)，導(dǎo)致其也難以滿足工廠深度脫硫技術(shù)改造時(shí)所面臨的低壓降的需 求。浙江工業(yè)大學(xué)等提出的折流式孔板(旋轉(zhuǎn)部件無(wú)填料)旋轉(zhuǎn)床超重力裝置(申請(qǐng)?zhí)?01268009,200510049145)的氣相壓降更大，更難以滿足低壓降深度脫硫的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)深度脫除工業(yè)尾氣中有害氣體對(duì)設(shè)備低壓降、高效率的要 求，提供了一種低壓降、填料具有納微結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)床超重力裝置及脫除有害氣體的新工藝， 其核心是采用結(jié)構(gòu)化SiC、燒結(jié)陶瓷、粉末燒結(jié)鈦基合金填料替代雜亂無(wú)規(guī)的絲網(wǎng)填料或折 流式孔板，使流體在結(jié)構(gòu)可控的規(guī)整流道中流動(dòng)以降低流動(dòng)阻力，減小壓降。同時(shí)，在填料 表面通過(guò)燒結(jié)等方法構(gòu)筑了微觀上凸凹形的納微結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高比表面積，以強(qiáng)化傳質(zhì)， 實(shí)現(xiàn)高效深度脫除有害氣體的目的。本發(fā)明提供的工業(yè)尾氣有害氣體深度脫除用低壓降、表面具有納微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)化 填料旋轉(zhuǎn)床超重力裝置，包括在密閉的殼體中安裝有由轉(zhuǎn)子和填料組成轉(zhuǎn)動(dòng)部件，殼體及 上蓋上開有液體進(jìn)、出口及氣體進(jìn)、出口，液體進(jìn)口設(shè)有延伸到轉(zhuǎn)子中心空腔中的液體分布 器，其特征在于，上述裝置中轉(zhuǎn)動(dòng)部件中的填料采用了具有納微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)化SiC、燒結(jié)陶 瓷、粉末燒結(jié)鈦基合金填料，結(jié)構(gòu)化填料流道直徑0. 1 5mm，孔隙率55 97%，填料表面 具有0. 01 3 μ m凸凹形納微結(jié)構(gòu)，其比表面積200 2000m2/m3。對(duì)于上述旋轉(zhuǎn)床超重力裝置，可采用氣液并流操作，此時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)部件上安裝排風(fēng)型 葉片，與轉(zhuǎn)子同軸安裝在轉(zhuǎn)子中心空腔中；也可采用氣液逆流操，此時(shí)與轉(zhuǎn)子同軸安裝引風(fēng) 型葉片，葉片延伸至中央的氣體出口管道中。對(duì)于上述旋轉(zhuǎn)床超重力裝置，排風(fēng)型葉片為后彎式，與轉(zhuǎn)子同軸安裝于轉(zhuǎn)子內(nèi)部 中心空腔中。對(duì)于上述旋轉(zhuǎn)床超重力裝置，引風(fēng)型葉片為軸流式，與轉(zhuǎn)子同軸安裝并延伸至中 央的氣體出口管道中。本發(fā)明提供的利用旋轉(zhuǎn)床超重力裝置深度脫除工業(yè)尾氣有害氣體的工藝方法是 指將尾氣與吸收液在裝有納微結(jié)構(gòu)化填料旋轉(zhuǎn)床超重力裝置中進(jìn)行逆流或并流接觸脫除 尾氣中的有害氣體。對(duì)于上述工藝方法中，處理酸性有害氣體的吸收液為工業(yè)上常用的氨水、有機(jī)胺、 亞硫酸銨、硫酸銨、亞硫酸鈉、檸檬酸/檸檬酸鈉、氫氧化鈉等堿性溶液，處理堿性有害氣體 的吸收液為工業(yè)上常用的稀硫酸、稀硝酸等酸性溶液，可根據(jù)具體工藝過(guò)程和用戶要求選定。吸收時(shí)系統(tǒng)的壓力可為常壓，系統(tǒng)的溫度30 8 5 °C，旋轉(zhuǎn)床的轉(zhuǎn)速為 50-3000rpm，優(yōu)選80-1000rpm。吸收液與尾氣在經(jīng)過(guò)納微結(jié)構(gòu)化填料旋轉(zhuǎn)床超重力裝置后， 尾氣有害氣體的含量低于20 120ppm，壓降低于500 20001^。對(duì)于上述利用旋轉(zhuǎn)床裝置深度脫除工業(yè)尾氣二氧化硫的工藝方法，氣體體積流量 與液體體積流量比為300 1500 1，優(yōu)選400 1000 1。發(fā)明效果本發(fā)明通過(guò)采用結(jié)構(gòu)化填料使流體在結(jié)構(gòu)可控的規(guī)整流道中流動(dòng)以降低壓降。同時(shí)，利用填料表面凸凹形的納微結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)深度脫除工業(yè)尾氣中有害氣體。為工業(yè)尾氣中有 害氣體低壓降深度脫除提供了一種傳質(zhì)效率更高、氣相壓降更低的旋轉(zhuǎn)床超重力裝置及利 用該裝置脫除工業(yè)尾氣中有害氣體的工藝方法，比雜亂無(wú)規(guī)的填料旋轉(zhuǎn)床超重力裝置的壓 降降低40-80%，處理后有害氣體含量低于20-100ppm。同時(shí)，設(shè)備具有造價(jià)低、操作彈性 大、占地面積小特點(diǎn)，尤其適合現(xiàn)有工業(yè)尾氣有害氣體處理裝置的升級(jí)改造。


圖1是本發(fā)明并流型旋轉(zhuǎn)床結(jié)構(gòu)示意圖；1從動(dòng)皮帶輪、2軸承箱、3液體出口、4外殼、5氣體出口、6上蓋、7液體進(jìn)口、8液 體分布器、9軸、10氣體進(jìn)口、11螺栓、12排風(fēng)型葉片、13氣體密封、14轉(zhuǎn)子、15機(jī)械密封、16 填料、17電機(jī)、18主動(dòng)皮帶輪、19皮帶圖2是本發(fā)明逆流型旋轉(zhuǎn)床結(jié)構(gòu)示意20氣體出口、22引風(fēng)型葉片、25氣體進(jìn)口 ；液體補(bǔ)充閥37、
圖3是結(jié)構(gòu)化規(guī)整填料照片；
圖4是結(jié)構(gòu)化規(guī)整填料表面納微結(jié)構(gòu)照片；
圖5是排風(fēng)型葉片結(jié)構(gòu)示意圖6是引風(fēng)型葉片結(jié)構(gòu)示意圖7是本發(fā)明并流工藝流程31儲(chǔ)罐、32泵、33采出閥、34調(diào)節(jié)閥、35流量計(jì)、36流量計(jì)、38液位計(jì)；
圖8是本發(fā)明逆流工藝流程圖
41儲(chǔ)罐、42泵、43采出閥、44調(diào)節(jié)閥、45流量計(jì)、46氣體流量計(jì)、47液體補(bǔ)充閥、48液位計(jì)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明低壓降納微結(jié)構(gòu)化旋轉(zhuǎn)床超重力裝置可以是采用現(xiàn)有的超重力裝 置(如申請(qǐng)?zhí)?91109255.2、91111028·3、200520100685·3、01268009·5、02114174·6、 200510032296. 6等專利中公開的超重力旋轉(zhuǎn)裝置)進(jìn)行改進(jìn)。優(yōu)選方式是對(duì)立式超重力 裝置的改進(jìn)。如圖1所示為并流型旋轉(zhuǎn)床結(jié)構(gòu)示意圖，在密閉的殼體4中有一個(gè)由軸9帶 動(dòng)的轉(zhuǎn)子14，軸9與外殼4之間設(shè)有機(jī)械密封15來(lái)使殼體內(nèi)外分隔開，殼體下部開有液體 出口 3，上部開有氣體出口 5。軸9安裝于軸承箱2上，軸的下端有從動(dòng)皮帶輪1，通過(guò)皮帶 19、主動(dòng)皮帶輪18和電機(jī)17的軸相連接，構(gòu)成傳動(dòng)系統(tǒng)。軸的上端轉(zhuǎn)子內(nèi)部中心空腔中通 過(guò)螺栓U固定有與轉(zhuǎn)子同軸的排風(fēng)型葉片12，在殼體上部有上蓋6，上蓋中央開有氣體進(jìn) 口 10，上蓋6與轉(zhuǎn)子14之間設(shè)有氣體密封13。上蓋上還有液體進(jìn)口 7，液體進(jìn)口的另一端 設(shè)有延伸到轉(zhuǎn)子中心空腔中的液體分布器8，液體物料由液體分布器噴到轉(zhuǎn)子內(nèi)層，在離心 力的作用下向外流動(dòng)。轉(zhuǎn)子中的填料16提供高比表面積。這樣，液體在由內(nèi)向外的流動(dòng)過(guò) 程中填料將液體分散為大量微小的液滴，暴露出大量且快速更新的表面積，有利于氣液反 應(yīng)與傳質(zhì)過(guò)程。如圖2所示為逆流型旋轉(zhuǎn)床結(jié)構(gòu)示意圖，與上述并流型旋轉(zhuǎn)床結(jié)構(gòu)基本相同，不 同的是上蓋中央為氣體出口 20，殼體上部為氣體進(jìn)口 25，氣體出口管內(nèi)安裝有固定在轉(zhuǎn)軸上端的引風(fēng)型葉片22。圖3為旋轉(zhuǎn)床中結(jié)構(gòu)化規(guī)整填料16的照片；圖4為填料表面納微結(jié)構(gòu)的照片。圖 5為并流型旋轉(zhuǎn)床中所用的排風(fēng)型葉片結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為逆流型旋轉(zhuǎn)床中所用的引風(fēng)型 葉片結(jié)構(gòu)示意圖。利用本發(fā)明旋轉(zhuǎn)床進(jìn)行并流脫除工業(yè)尾氣有害氣體的流程示意圖如圖7所示。包 括利用泵32將儲(chǔ)罐31中的吸收液送入納微結(jié)構(gòu)化填料旋轉(zhuǎn)床超重力裝置如圖1的液體進(jìn) 口。通過(guò)流量調(diào)節(jié)閥34來(lái)調(diào)節(jié)液體流量，由流量計(jì)35來(lái)計(jì)量。氣體經(jīng)流量計(jì)36計(jì)量后， 經(jīng)氣體進(jìn)口進(jìn)入旋轉(zhuǎn)床，與液體在轉(zhuǎn)子的填料中進(jìn)行并流接觸，脫硫后的氣體由氣體出口 排出，液體由液體出口進(jìn)入儲(chǔ)罐，通過(guò)調(diào)節(jié)泵出口管線上的液體采出閥33可以定量的采出 吸收液，通過(guò)調(diào)節(jié)液體補(bǔ)充閥37可以定量的補(bǔ)充相應(yīng)的新鮮吸收液。儲(chǔ)罐中的液位通過(guò)其 上安裝的液位計(jì)38來(lái)監(jiān)測(cè)。利用本發(fā)明旋轉(zhuǎn)床進(jìn)行逆流脫硫的流程示意圖如圖8所示。包括利用泵42將儲(chǔ) 罐41中的吸收液送入納微結(jié)構(gòu)化填料旋轉(zhuǎn)床超重力裝置如圖2液體進(jìn)口。通過(guò)流量調(diào)節(jié) 閥44來(lái)調(diào)節(jié)液體流量，由流量計(jì)45來(lái)計(jì)量。氣體經(jīng)流量計(jì)46計(jì)量后，經(jīng)氣體進(jìn)口進(jìn)入旋 轉(zhuǎn)床，與液體在轉(zhuǎn)子的填料中進(jìn)行逆流接觸，脫硫后的氣體由氣體出口排出，液體由液體出 口進(jìn)入儲(chǔ)罐，通過(guò)調(diào)節(jié)泵出口管線上的液體采出閥43可以定量的采出吸收液，通過(guò)調(diào)節(jié)液 體補(bǔ)充閥47可以定量的補(bǔ)充相應(yīng)的新鮮吸收液。儲(chǔ)罐中的液位通過(guò)其上安裝的液位計(jì)48 來(lái)監(jiān)測(cè)。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)一步說(shuō)明。但是本發(fā)明不限于所列出的實(shí) 施例。實(shí)施例1原料氣中有害氣體為二氧化硫，含量Cti為1960ppm，吸收液為氨水溶液。吸收過(guò) 程的系統(tǒng)溫度T為50°C。旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)速N為500r/min，填料類型為燒結(jié)陶瓷填料比表面積ζ 為900m2/m3，氣液逆流，引風(fēng)型葉片，氣液流量比η為800 1。旋轉(zhuǎn)床出口氣體中有害氣 體二氧化硫的含量Φ。為50ppm，進(jìn)出口壓降Δρ為1200Pa。實(shí)施例2-21工藝流程及步驟同實(shí)施例1，各實(shí)施例的工藝條件和操作條件以及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié) 果詳見表1。表1各實(shí)施例的工藝條件及實(shí)驗(yàn)結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種低壓降納微結(jié)構(gòu)化填料旋轉(zhuǎn)床超重力裝置，包括在密閉的殼體中安裝有由轉(zhuǎn) 子和填料組成轉(zhuǎn)動(dòng)部件，殼體及上蓋上開有液體進(jìn)、出口及氣體進(jìn)、出口，液體進(jìn)口設(shè)有延 伸到轉(zhuǎn)子中心空腔中的液體分布器，其特征在于，上述裝置中轉(zhuǎn)動(dòng)部件中的填料采用了具 有納微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)化Sic、燒結(jié)陶瓷、粉末燒結(jié)鈦基合金填料，結(jié)構(gòu)化填料流道直徑0. 1 5mm，孔隙率55 97%，填料表面具有0.01 3 μ m凸凹形納微結(jié)構(gòu)，其比表面積200 2000m2/m3。
2.按照權(quán)利要求1的超重力裝置，其特征在于，轉(zhuǎn)動(dòng)部件上安裝排風(fēng)型葉片，與轉(zhuǎn)子同 軸安裝在轉(zhuǎn)子中心空腔中。
3.按照權(quán)利要求2的超重力裝置，其特征在于，排風(fēng)型葉片為后彎式。
4.按照權(quán)利要求1的超重力裝置，其特征在于，轉(zhuǎn)動(dòng)部件上安裝引風(fēng)型葉片，與轉(zhuǎn)子同 軸安裝，葉片延伸至中央的氣體出口管道中。
5.按照權(quán)利要求4的超重力裝置，其特征在于，引風(fēng)型葉片為軸流式。
6.利用權(quán)利要求1的旋轉(zhuǎn)床超重力裝置脫除工業(yè)尾氣有害氣體的工藝方法，其特征在 于，將尾氣與吸收液在裝有納微結(jié)構(gòu)化填料旋轉(zhuǎn)床超重力裝置中進(jìn)行逆流或并流接觸脫除 尾氣中的有害氣體，吸收時(shí)系統(tǒng)的壓力可為常壓，系統(tǒng)的溫度30 85°C，旋轉(zhuǎn)床的轉(zhuǎn)速為 50-3000rpm。
7.按照權(quán)利要求6的工藝方法，其特征在于，旋轉(zhuǎn)床的轉(zhuǎn)速優(yōu)選80-1000rpm。
8.按照權(quán)利要求7的工藝方法，其特征在于，脫除工業(yè)尾氣二氧化硫，氣體體積流量與 液體體積流量比為300 1500 1。
9.按照權(quán)利要求8的工藝方法，其特征在于，氣體體積流量與液體體積流量比為400 1000 1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低壓降納微結(jié)構(gòu)化填料旋轉(zhuǎn)床超重力裝置及應(yīng)用，屬于超重力技術(shù)領(lǐng)域。超重力裝置，包括在密閉的殼體中安裝有由轉(zhuǎn)子和填料組成的轉(zhuǎn)動(dòng)部件，殼體及上蓋上開有液體進(jìn)、出口及氣體進(jìn)、出口，液體進(jìn)口設(shè)有延伸到轉(zhuǎn)子中心空腔中的液體分布器，上述裝置中轉(zhuǎn)動(dòng)部件中的填料采用了具有納微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)化SiC、燒結(jié)陶瓷、粉末燒結(jié)鈦基合金填料，結(jié)構(gòu)化填料流道直徑0.1～5mm，孔隙率55～97％，填料表面具有0.01～3μm凸凹形納微結(jié)構(gòu)，其比表面積200～2000m2/m3。將其應(yīng)用于要求低壓降的硫酸等工業(yè)尾氣中二氧化硫深度脫除，超重力裝置的壓降降低40～80％，處理后有害氣體含量低于20～100ppm。
文檔編號(hào)B01D53/78GK102120172SQ201010579829
公開日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月3日
發(fā)明者初廣文, 羅勇, 趙宏, 鄒?？? 陳建峰 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué), 蘇州?；h(huán)能科技有限公司