專利名稱：用于氣-液接觸的氣體分散管及其進行氣-液接觸的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的背景發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及使氣體與液體(含懸浮液)接觸的氣體分散管，及使用該管的用于氣-液接觸的方法和裝置。
背景技術(shù)：
用于氣-液接觸的裝置已被廣泛公知(如特公昭55-37295、特公昭57-6375、特公昭59-11322等，特公平3-70532、特開平3-72913和特開平3-2625410等)，其中，大型容器容裝液體，大量的氣體分散管(噴液管)被設(shè)置成懸置于液體中，每個氣體分散管在其下周面上具有多個氣體噴射孔，氣體由氣體分散管的上端開口進入其中并由形成在管下端的氣體噴射孔噴出，以便促進氣-液接觸。
用于上述這種裝置中的傳統(tǒng)氣體分散管是上下端內(nèi)徑相同的直管型，當(dāng)劇烈壓縮的氣體從空氣中通過氣體分散管的上端開口進入氣體分散管時，會有不希望的壓力損失問題。
傳統(tǒng)的氣體分散管還有另外的壓力損失問題由于傳統(tǒng)的氣體分散管具有這樣的結(jié)構(gòu)，即其中氣體由形成在管的下端部的周壁上的氣體噴射孔中水平地噴出，氣體在從氣體噴射孔噴出之前，在管中垂直向下流動的氣體將其路徑改變成水平方向。其結(jié)果是，由于氣流的方向由垂直向下改變成水平，傳統(tǒng)的氣體分散管也有壓力損失問題。當(dāng)管中的氣流量增加或液體粒子混合于氣體中時，壓力損失又進一步增加。
使用傳統(tǒng)的氣體分散管，由于氣體中的液體粒子和固體粒子的碰撞，其頂端開口的內(nèi)周壁逐漸磨損。當(dāng)這種磨損出現(xiàn)時，傳統(tǒng)的氣體分散管必須完全替換，而這種替換需要很大的人力物力。
本發(fā)明的目的如下所述。
(1)提供一種用于氣-液接觸的氣體分散管，其結(jié)構(gòu)可使氣體從空間經(jīng)由其頂部開口進入管子的內(nèi)部時，具有較小的壓力損失。
(2)提供一種用于氣-液接觸的氣體分散管，其結(jié)構(gòu)可使氣體由上端開口進入管中并由管的下部的氣體噴射孔噴出時，具有較小的壓力損失。
(3)提供一種用于氣-液接觸的氣體分散管，即使其頂部開口的內(nèi)周壁已磨損，其結(jié)構(gòu)可使得不必要替換整個管。
(4)提供一種利用上述用于氣-液接觸之氣體分散管的氣-液接觸方法。
(5)提出一種具有上述氣-液接觸用的氣體分散管的氣-液接觸裝置。
本發(fā)明的其它目的將從下面的描述中變得明了。發(fā)明概述本發(fā)明提供了以下內(nèi)容(1)用于氣-液接觸的氣體分散管，氣體由其上部進入管中并由管的下部噴出進入液體時以便氣-液接觸，其特征在于，管的上端部形成為具有向下減小的水平橫截面積的收縮管結(jié)構(gòu)。
(2)用于氣-液接觸的氣體分散管，氣體由其上端部進入管中并由管的下部噴出進入液體中以便氣-液接觸，其特征在于，管形成這樣的結(jié)構(gòu)，即其水平橫截面積向下減小的收縮管可拆卸地連接于直管的上端。
(3)用于氣-液接觸的氣體分散管，氣體由其上端部進入管中并由管的下部噴出進入液體中以便氣-液接觸，其特征在于，管的下端部形成水平橫截面向下減小的噴嘴結(jié)構(gòu)。
(4)用于氣-液接觸的氣體分散管，氣體由其上端部進入管中，并由管的下部噴出進入液體中以便氣-液接觸，其特征在于，管形成這樣的結(jié)構(gòu)，即其水平橫截面積向下減小的短噴嘴管可拆卸地連接于直管的下端。
(5)用于氣-液接觸的氣體分散管，氣體由其上端部進入管中并由管的下端部噴出進到液體中以便氣-液接觸，其特征在于，其形成這樣的結(jié)構(gòu)，即其水平橫截面積向下增加的氣體導(dǎo)向元件設(shè)置在氣體分散管的下端部之內(nèi)，并且與氣體分散管的內(nèi)周壁有一間距。
(6)用于氣-液接觸的氣體分散管，氣體由其上端部進入管中并由管的下端部噴出進到液體中以便氣-液接觸，其特征在于，管形成這樣的結(jié)構(gòu)，即具有氣體導(dǎo)向元件的短的可拆卸的管與直管的下端相連，該氣體導(dǎo)向元件的水平橫截面積向下增加，并且與短管的內(nèi)壁面有一間隙。
(7)一種氣液接觸方法，其中，氣體通過用于氣-液接觸的氣體分散管噴吹到裝于容器中的液體中，該氣體分散管以懸置狀態(tài)設(shè)置在形成于隔板的多個貫穿孔中，其特征在于，選擇上述一種類型的氣體分散管用作氣-液接觸用的氣體分散管。
(8)一種氣液接觸裝置，其中，氣體通過用于氣-液接觸的氣體分散管噴吹到裝于容器中的液體中，該氣體分散管以懸置狀態(tài)設(shè)置在形成于隔板的多個貫穿孔中，其特征在于，選擇上述一種類型的氣體分散管用作氣-液接觸用的氣體分散管。
附圖簡要說明

圖1-5是其上端部形成為水平橫截面積向下減小的收縮管結(jié)構(gòu)的氣體分散管的說明圖。
圖6-14是氣體分散管的說明圖，其中，其水平橫截面積向下增加的氣體導(dǎo)向元件設(shè)置在管的下部之內(nèi)。
圖15和16是具有本發(fā)明的氣體分散管的氣液接觸裝置的說明圖。
實施本發(fā)明的最佳方式以下將參照附圖對本發(fā)明進行更詳細(xì)的描述。
圖1是在其頂部為具有水平橫截面面積向下減小的收縮管結(jié)構(gòu)的氣體分散管的解釋性剖視圖。圖1所示的氣體分散管由直管部(主管)2、形成在直管部的上端并具有向外擴展的內(nèi)表面以形成曲面的收縮管部1、形成在直管部的下端的噴嘴部7所組成。收縮部1的內(nèi)周面最好形成為弓弧形曲面，曲率半徑R1處在直管部內(nèi)徑的1/8-1/1范圍，最好是直管部內(nèi)徑的1/8-1/2。收縮管部的內(nèi)周面也可以是除弓弧形曲面的其它曲面，例如橢圓形的曲面，只要其連續(xù)光滑地與直管部相連而不會引起不必要的壓力損失即可。R3/R2的比值處于0.4-0.8的范圍，最好為0.5-0.75，其中，R3是形成于直管部2的下端的噴嘴7的端部的內(nèi)徑，R2是直管部2的內(nèi)徑。除了圖1中所示的噴嘴結(jié)構(gòu)以外，圖1所示結(jié)構(gòu)的直管部的下端的結(jié)構(gòu)也可是簡單的直管結(jié)構(gòu)，或是在直管的周圍壁面上形成有氣體噴射孔的直管結(jié)構(gòu)。
在圖1所示結(jié)構(gòu)的氣體分散管中，收縮管部1和噴嘴部7最好設(shè)置成是可拆卸的以便替換。
圖2表示具有形成在直管的上端的收縮管部和形成在直管的下端的噴嘴部的氣體分散管的結(jié)構(gòu)，當(dāng)氣體分散管處于安裝在貫穿于隔板的通孔中的狀態(tài)時，二者都設(shè)置成是可拆卸的。在圖中示出了收縮管1、直管2、加強管3、定位環(huán)4、筒狀橡膠彈性體5、隔板102、噴嘴7和定位加強管8。
圖2所示的氣體分散管作為整體由直管2、連接于直管2的上端的收縮管1和連接于直管2的下端的噴嘴7構(gòu)成。
收縮管1設(shè)置成具有向外擴展的內(nèi)周面的弧形曲面的形式。圖3(a)是收縮管1的立體圖，圖3(b)是圖3(a)的局部放大圖。在圖3(a)和圖3(b)中，示出了垂直形成于周壁中的用來可拆卸地與加強管3的端部相配合的環(huán)形垂直凹陷10，以及形成在環(huán)形垂直凹陷10的周壁的外側(cè)的用來與定位環(huán)4相配合的環(huán)形槽9。
圖4的立體圖中所示的噴嘴7被設(shè)置成是(傾斜)錐形的。在圖4中，示出了形成于噴嘴的內(nèi)周壁的上部的用來與定位環(huán)加強管8相配合的環(huán)形槽。
加強管3由具有近似于直管部2的外徑的內(nèi)徑的管構(gòu)成。前者套裝于直管2使其頂部位于直管2的上端之上，并且通過粘接劑而粘接固定。用來與定位環(huán)4相配合的環(huán)形槽設(shè)置在靠近加強管3的上端的外周壁上。
定位加強管8由套設(shè)于直管2的下端部的短管構(gòu)成，并且通過粘接劑粘接固定。
形成收縮管1的內(nèi)周面的弧形曲面的弧的曲形半徑處于直管部的內(nèi)徑的1/20-1，最好是1/8-1/2的范圍。
噴嘴7的端部的直徑應(yīng)該在直管部2的內(nèi)徑的0.4-0.8倍，最好是在0.5-0.75的范圍。
用于收縮管1的材料可以是塑料或橡膠，最好是具有良好耐磨性和耐沖擊性的橡膠。用于直管2的材料可以是金屬或塑料，最好是硬塑料。用于噴嘴7的材料可以是塑料或橡膠，最好是耐磨橡膠。加強管3的材料可以是金屬或塑料，最好是硬塑料。定位加強管8的材料可以是金屬或塑料，最好是硬塑料。
為了加工圖2所示結(jié)構(gòu)的氣體分散管，將加強管3和定位加強管8通過粘接與直管2整體制出，再將收縮管1連接到直管2的上端，將噴嘴7連接到直管2的下端。為了將收縮管1連接到直管2的上端，環(huán)形定位環(huán)4安裝于形成在靠近加強管3的上端的外周面上的環(huán)形槽中，將環(huán)形凹陷10與加強管3的端部對準(zhǔn)，然后推壓收縮管1。以這種方式，就獲得了如圖2所示的狀態(tài)，其中，加強管3的端部裝配于收縮管1的環(huán)形凹陷10中，同時，定位環(huán)4的伸出部分嵌合于形成在收縮管1的環(huán)形凹陷10的內(nèi)周面的外側(cè)上的環(huán)形槽9中。以這種方式連接于直管2的上端的收縮管1，在需要時可通過向上拉拔收縮管1，而將其從直管2的頂端拆下。
環(huán)形定位環(huán)4的橫截面可以是圓形、方形等，其材料可以是金屬、塑料、橡膠等。
為了將噴嘴7連接于直管2的下端，將直管2的下端與噴嘴7的上端開口對準(zhǔn)，然后迫使噴嘴7向上推壓。以這種方式，就獲得了如圖2所示的狀態(tài)，其中，定位加強管嵌合于環(huán)形槽11中。以這種方式連接于直管2的下端的噴嘴7，在需要時可通過向下拉拔噴嘴7，而將其從管管2的下端拆下。
將收縮管1和噴嘴7連接于直管2的方法并不限于上述的方法，而基本上可以利用任何可用的方法，只要管子能自由地連接和拆下即可。
圖5表示安裝于隔板的通孔部的不同的氣體分散管。直管2的下端部類似于圖2所示的直管的下端部，但沒有設(shè)置噴嘴，而是在氣體分散管的下端部上形成貫穿周壁的氣體噴射孔15。
由于圖2和圖5中所示的氣體分散管的上端部都形成有收縮管的結(jié)構(gòu)，當(dāng)單一的廢氣或廢氣與吸收液體性粒子的混合物通過分散管時，單一的廢氣或廢氣與吸收液體性粒子的混合物的流動不會從收縮管的壁面離開而產(chǎn)生渦流，其量是平穩(wěn)地減少。其結(jié)果，有效地防止了不必要的壓力損失，節(jié)省了使廢氣流或廢氣與吸收液體性粒子的混合物流過分散管所需要的能量。
圖2和圖5中的氣體分散管是很方便的；由于形成氣體分散管的上端部的收縮部能夠自由地安裝或拆除，當(dāng)收縮管被吸收液體性粒子的碰撞而被磨損時，不需要替換整個氣體分散管，而只需要替換收縮管即可。當(dāng)傳統(tǒng)的氣體分散管的上端部磨損而需要替換時，整個氣體分散管必須替換，這就要耗費很大的財力和時間。然而，對于上述氣體分散管而言，只要替換收縮管即可，因而更換的費用和時間得以節(jié)省。
具有圖2所示的設(shè)置成噴嘴形式的下端部的氣體分散管，與傳統(tǒng)的在靠近其下端部具有貫穿周壁的氣體噴射孔的氣體分散管相比，當(dāng)單一廢氣或廢氣與吸收液體性的粒子的混合物沿直線穿過管中時，具有較小壓力損失的優(yōu)點。當(dāng)單一廢氣或廢氣與吸收液體性粒子的混合物流經(jīng)傳統(tǒng)的氣體分散管時，廢氣或混合物先垂直向下流動，再改變其流動方向成水平，然后從設(shè)置在周壁上的氣體噴射孔噴射出。當(dāng)垂直向下流動的單一廢氣或廢氣和吸收液體性粒子的混合物的流動方向改變成水平方向時，較大的壓力損失就出現(xiàn)在氣體分散管中。對于圖2所示的氣體分散管，單一廢氣或廢氣與吸收液體性粒子的混合物直線流動而沒有改變其路徑并直接吹入到吸收液體中，因而，不象傳統(tǒng)的氣體分散管那樣，由于單一廢氣或混合物的流動方向沒有改變，而沒有出現(xiàn)壓力損失。
此外，由于其收縮管和噴嘴可自由地安裝于直管部及從直管部拆下，圖2所示結(jié)構(gòu)的氣體分散管可容易地安裝于隔板上。
圖6至圖14表示氣體分散管的例子，每個氣體分散管在其下端部內(nèi)具有氣體導(dǎo)向元件，將主管中(直線的)氣流在靠近主管的出口處擴展成傾斜地向外的方向。
圖6至8示出了具有設(shè)置在管的下端部之內(nèi)的氣體導(dǎo)向元件的氣體分散管的實施例。
圖6是本發(fā)明的安裝于隔板102的氣體分散管21的剖視圖。圖7是沿圖6中A-A′線的截面圖，圖8是沿圖6中B-B′線的剖視圖。
氣體分散管21包含空心的主管20和氣體導(dǎo)向元件30，該氣體導(dǎo)向元件30的水平橫截面面積向下增大，其設(shè)置在氣體出口側(cè)25的端部之內(nèi)。主管20通常是直徑為25-250mm及長約500-5000mm的直管。
氣體導(dǎo)向元件的設(shè)置是為了將氣體流的方向在主管出口處改變?yōu)閮A斜向外的方向，并形成具有傾斜表面31的旋轉(zhuǎn)對稱體，其水平橫截面向下增大。更具體地，可以使用任何旋轉(zhuǎn)對稱體，如錐體、拋物線旋轉(zhuǎn)體、球或單葉雙曲線旋轉(zhuǎn)體的下部。
導(dǎo)向元件30的傾斜表面相對于水平面(底面)的傾斜角θ大于0°且小90°，較佳地為15°-75°，最好為30°-60°。在該范圍的任何角度都是可選擇的。在圖6中的實施例中，示出了具有傾斜角θ＝60°的錐形體。在此情況下，一定長度的且與錐體30的底面具有相同直徑的筒體可以連接到錐體30的底面以保護底面不被磨損?；蛘撸部梢栽O(shè)置倒著的與錐體30的底面具有相同直徑的錐元件，使它們的底面彼此相互接觸。通過使用這種倒著的錐體與錐體30的底面相接觸，錐體30下邊的死角就消除了，因而，從氣體分散管的下端處的氣體流出孔噴射出的流體便充分地與液體相接觸。
斜面31的傾斜角θ越大，氣體向下噴射擴散得越好。因此，這種氣體分散管適合于通過每個管子處理大流量的氣體的場合。當(dāng)通過每個管子要處理的氣體流量很大時，從相鄰氣體分散管中噴出的氣體流間就要出現(xiàn)碰境，而氣-液接觸效率就會降低。然而，用本發(fā)明的氣體分散管，這一問題就不會出現(xiàn)。通過適當(dāng)?shù)馗淖儍A斜面31的傾斜角θ或根據(jù)將要處理的氣體的流量改變旋轉(zhuǎn)對稱體的形狀，能夠更好地選擇最佳的氣體噴射方向。
主管20的出口處的開口的橫截面面積通過氣體導(dǎo)向元件30的插入而設(shè)置成空心的主管20的橫截面積的20-80％，最好為30-75％。通過這種設(shè)置，從主管20的氣體出口端射出的氣體比主管20的直管部中的氣體流動得更快，并且在液體中獲得了更有利的氣-液接觸。
氣體導(dǎo)向元件30通過從空心主管20的中心線經(jīng)向延伸的板狀臂40而固定。板狀臂40的數(shù)目通常為4至32個，當(dāng)每個板狀臂40被假定使用時，如圖中所示，其具有從中空主管20的中心線向管臂延伸的長度。板狀臂的數(shù)量可根據(jù)主管的直徑及必要的強度而優(yōu)選。在氣體噴射出口處的板狀臂40的厚度最好為5mm或更大，從相鄰噴射孔噴出的氣體流就不會相互碰撞。在不是靠近噴射出口處的區(qū)域，板狀臂40的厚度不需要是恒定的，而可以隨位置的不同而變化，例如由箭頭所示的氣體的流線會變得平滑。板狀臂40沿軸向的長度可以是任意的。
這樣，圖6所示的氣體分散管基本上包含主管20和設(shè)置在主管20的一端之內(nèi)并通過板狀臂40而固定的氣體導(dǎo)向元件30。氣體導(dǎo)向元件30和板狀臂40的材料可以是金屬、塑料等，最好是硬塑料。氣體導(dǎo)向元件30和板狀臂40可以通過模注一體形成，或者可以分開制成并粘接在一起?？蛇x擇地，為了固定，板狀臂40可被設(shè)置成進入主管20和氣體導(dǎo)向元件30之中。
在圖6所示的氣體分散管21中，主管20的底端面25a與錐形氣體導(dǎo)向元件30的底面設(shè)置在同一水平面上。
圖9-11示出了具有設(shè)置在氣體分散管的下端部之內(nèi)的氣體導(dǎo)向元件的氣體分散管的另一實施例。
圖9-11中所示的氣體分散管22在氣體導(dǎo)向元件的形狀和位置設(shè)置上不同于前一實施例中的氣體分散管21。也就是說，在該實施例的氣體分散管中，氣體導(dǎo)向元件30′的底面37向下突伸超過下端25a。在這種情況下，氣體導(dǎo)向元件30′的底面37的直徑被設(shè)置成與主管20的外徑相等。這里，二者的直徑不需要被設(shè)置成完全相同，而氣體導(dǎo)向元件30′的底面37的直徑可設(shè)置為在主管20的外徑的80-120％的范圍內(nèi)。氣體導(dǎo)向元件30′的底面37超出主管20的下端25a的超出量可以根據(jù)由底面37而引起的對吸收液體的渦流擴展的妨礙而適當(dāng)?shù)卮_定。
在本實施例中，錐體所代表的氣體導(dǎo)向元件30′的斜面36的傾斜角θ設(shè)置成45°，在上述同樣范圍內(nèi)可選擇同樣的角度。由于角θ越小，在水平方向的氣體噴射擴散越好，當(dāng)每根氣體分散管要處理的氣體流量小時，本實施例的氣體分散管是適合的。在這種情況下，通過改變氣體導(dǎo)向元件30′的斜面的傾斜角θ或根據(jù)所要處理的氣體的流量改變旋轉(zhuǎn)對稱體的形狀，最佳氣體噴射方向也可以選擇確定。
主管20的氣體出口端的開口橫截面積，或者由主管20的下端部25a與氣體導(dǎo)向元件30′的斜面36所圍成的開口的橫截面積變?yōu)樽钚r的那一部位的橫截面積，較佳地設(shè)置成主管20的橫截面積的20-80％，最好為30-75％。這樣，就能使氣體以比其在主管20的直管部中更快的速度噴射到液體中，以便獲得良好的氣-液接觸狀態(tài)。
每個氣體分散管將要處理的氣體的流量，取決于氣體分散管的直徑、需要從氣體中去除的諸如二氧化硫氣體及雜質(zhì)等污染物質(zhì)的濃度、污染物質(zhì)的去除速度以及經(jīng)濟性。由以上描述可以清楚地知道，本發(fā)明所提供的最大優(yōu)點是最佳的氣體噴射方向和速度可根據(jù)將要處理的氣體的流量來確定。這又意味著用來氣-液接觸的氣體分散管能夠應(yīng)用于將要處理的氣體流量的大范圍的場合。
圖12至14示出了具有設(shè)置在管的下端部之內(nèi)的氣體導(dǎo)向元件的氣體分散管的再一實施例。在這些圖中，作為氣體導(dǎo)向元件的半球形的旋轉(zhuǎn)對稱體30°的具有的傾斜角θ為90°。
雖然圖6至14中所示的氣體分散管的上端部形成直管的結(jié)構(gòu)，但分散管頂端部最好形成其水平橫截面積向下減小的收縮管的結(jié)構(gòu)。
圖15是具有本發(fā)明的氣體分散管的氣-液接觸裝置的實施例的示意圖。該裝置特別適合于用作將含有二氧化硫氣體的廢氣中的二氧化硫氣體去除的廢氣處理裝置。圖15示出了密封容器101、隔板102、第二腔室103、第一腔室104、廢氣進口105、氣體分散管106、吸收性液體循環(huán)泵107、吸收性液體循環(huán)管線108、吸收性液體噴灑頭109、清潔的廢氣出口110、氣-液界面111、吸收性液體補給管線112、氧化空氣供應(yīng)管線113、吸收性液體攪拌器114、用于從第一腔室104排放吸收性液體的管線115，以及浮渣去除管線118。
圖15所示的裝置作為整體設(shè)置成具有大型密封容器，該容器的內(nèi)部被隔板102分成第一腔室104和鄰近第一腔室104上方的第二腔室103、隔板102具有多個通孔，每個孔中設(shè)置一個氣體分散管106。隔板102可以是水平的、臺階的或稍傾斜的。容器101的水平橫截面的形狀可以是圓形或矩形。
在第二腔室103的上部設(shè)置有用作吸收性液體噴灑裝置的噴灑頭109。廢氣進口105設(shè)置在第二腔室103的周壁上。當(dāng)?shù)谝磺皇沂菆A柱形時，第二腔室最好是半球形，因為這樣其容積和材料成本才變得最小。當(dāng)?shù)谝磺皇沂墙切螘r，第二腔室最好是尖柱形。
第一腔室104容裝吸收性液體L。第一腔室的上壁面具有凈化廢氣的出口110。
用來將第一腔室中的吸收性液體循環(huán)到第二腔室中的噴灑頭109的循環(huán)管線108設(shè)置在第一腔室104和噴灑頭109之間。循環(huán)管線108具有循環(huán)泵107。當(dāng)進到第二腔室中的廢氣通過與冷卻水接觸而預(yù)先冷卻時，噴灑頭109和吸收性液體循環(huán)管線108就不再必須要求設(shè)置。
在圖15中標(biāo)號112所表示的是吸收性液體補給管線，115是從第一腔室104中排放吸收性液體的管線，118是浮渣去除管線，114是用來攪拌吸收性液體的攪拌器，113是氧氣或含氧氣體供應(yīng)管線，以便將氧氣供應(yīng)至吸收性液體中。
利用圖15所示的裝置對廢氣進行凈化處理按下列步驟進行容裝于第一腔室104中的吸收性液體通過具有循環(huán)泵107的循環(huán)管線108送到第二腔室103中的噴灑頭109，并通過噴灑頭109在第二腔室103中均勻地噴灑。當(dāng)吸收性液體被噴灑時，廢氣通過第二腔室103的進口105進到第二腔室103。廢氣的溫度通常為80-300℃。供應(yīng)至第二腔室103的廢氣與通過吸收性液體的噴灑而形成的吸收性液體粒子(具有200-4000微米的平均直徑)相互混合，廢氣被冷卻，并且廢氣所含有的氣態(tài)化學(xué)污染物及固態(tài)粒子例如粉塵(以下簡稱為污染物質(zhì))便被吸收性液體粒子所吸收而從廢氣中去除。盡管有一部分吸收性液體滯留在隔板102上，但大部分流入氣體分散管106而形成氣-液混合相流。
當(dāng)容裝在第一腔室104中的吸收性液體的一部分通過循環(huán)管線108循環(huán)至噴灑頭109時，從第一腔室排出的吸收性液體既可以直接循環(huán)到噴灑頭109，也可以通過加入補給水或新鮮的吸收劑而改進吸收性液體的性能后再循環(huán)到噴灑頭109。在吸收性液體是吸收硫的溶劑的形式并且具有高的固體成分含量的情況下，先通過過濾或離心分離將固體成分預(yù)選去除，再將吸收性液體循環(huán)到噴灑頭也是可能的。
為了將每小時1m3的供應(yīng)的廢氣轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，從噴灑頭109噴出的吸收性液體的量通常是0.2-10kg/hr，最好為0.5-5kg/hr。通過如上所述的噴出這些量的吸收性液體，廢氣的溫度可以冷卻到廢氣的露點以下的溫度。在這種情況下，廢氣的冷卻受廢氣與吸收性液體粒子的接觸、以及在接觸過程中吸收性液體粒子中的液體部分的蒸發(fā)所產(chǎn)生的蒸發(fā)熱的影響。含在廢氣中的大約20％或更多的重量的污染物質(zhì)可以通過廢氣與吸收性液體粒子的混合接觸而去除。
廢氣與形成在第二腔室103內(nèi)的吸收性液體粒子的混合物被分配至設(shè)在隔板102的穿孔中的氣體分散管106，并以氣-液混合相流過氣體分散管，而被吹進第一腔室104中的吸收性液體中，在此混合物再與吸收性液體相接觸。
當(dāng)廢氣與吸收性液體粒子的混合物從第二腔室103進入并通過氣體分散管106時，廢氣和液體的相對速度增加，廢氣與吸收性液體粒子之間的接觸變得更有效。從這一點看，廢氣通過分散管的速度越快越好。
廢氣通過分散管106的流速能夠通過設(shè)置在隔板102上的貫穿孔的數(shù)目、設(shè)置在貫穿孔中的分散管的內(nèi)徑以及供應(yīng)至第二腔室中的廢氣的壓力來調(diào)節(jié)。在本發(fā)明中，廢氣通過分散管的流速以不小于10米/秒，最好不小于15米/秒的線速度通過管的橫截面。每1m3的廢氣轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，流過分配管的混合物中的吸收性液體粒子的含量為0.2-10kg，最好為0.5-5kg?；旌衔镏形招砸后w粒子的含量能夠通過由噴灑頭109噴出的吸收性液體的量或供應(yīng)至第二腔室103中的廢氣的量得到控制。
當(dāng)廢氣以如上所述的與液體吸收性粒子的混合物的形式高速流過分散管時，就能獲得廢氣與吸收性液體粒子之更緊密的接觸，因而，氣態(tài)的污染物質(zhì)和固態(tài)的粒子就能被吸收性液體所捕獲并從為氣中去除。在本發(fā)明中，通過分散管去除的污染物質(zhì)的比率至少是利用該裝置所去除的污染物質(zhì)的總量的20％。
當(dāng)廢氣通過氣體分散管106的下端部被吹入到吸收性液體L中時，廢氣又以氣泡的形式穿過吸收性液體而且上浮，仍保留在廢氣中的污染物及固態(tài)粒子被吸收性液體所捕獲，從而由廢氣中去除。以此方式，其污染物質(zhì)和固態(tài)粒子被去除的清潔的廢氣從氣-液界面111釋放到界面111之上的空間，并從出口110排出到容器的外邊。
當(dāng)廢氣和吸收性液體粒子的混合物作為氣-液混合物相流被吹入到吸收性液體中時，最好通過使分散管端部具有圖1和2所示的噴嘴結(jié)構(gòu)，或通過如圖6-14所示在管端部內(nèi)設(shè)置氣體導(dǎo)向元件，噴吹氣-液混合物流以高速流入吸收性液體中。當(dāng)氣-液混合相流以高速從分散管吹入到吸收性液體中時，就獲得了這樣的優(yōu)點由于氣-液混合相流的比重較大，其比氣體流能夠到達(dá)吸收性液體中更深的深度。換言之，在同樣的壓力損失情況下，利用這種設(shè)置比傳統(tǒng)的廢氣處理裝置獲得了更高的污染物質(zhì)去除率。而且，當(dāng)氣-液混合相流以高速吹入吸收性液體中時，防止了在吸收性液體表面上出現(xiàn)劇烈的波動(激蕩)。氣-液混合相流的速度能夠通過廢氣流出所經(jīng)過的氣體分散管的端部開口的橫截面積加以控制。在本發(fā)明中，在最大廢氣處理的時候，從氣體分散管中流出的氣-液混合相流中的廢氣速度不小于25m/秒，最好不小于30m/秒。上述所及廢氣流速是指在氣體中分散管端部的流出開口橫截面的流速。
在圖15中，已經(jīng)通過氣液界面111并從吸收性液體L分離出來的凈化的廢氣被安排從設(shè)置在第一腔室104的周壁上的出口110排放到外邊。然而，也可以設(shè)置成這樣的結(jié)構(gòu)，即第三腔室設(shè)置在第二腔室的上方并通過連接管與第一腔室相連，因而，廢氣從第一腔室引導(dǎo)至第三腔室再排出到容器的外邊。這種設(shè)置在圖16中示出。
在圖16中，示出了第三腔室121及將第二、第三腔室相互隔絕的隔板122。隔板122可以是水平的、具有任何坡度或彎曲的斜的隔板。連接管123用作第一和第三腔室之間的連接。圖16中與圖15中相同的標(biāo)號表示相同的部件。根據(jù)本發(fā)明，如果需要的話，吸收性液體也可以在第三腔室中噴灑。在這種情況下，吸收性液體粒子與廢氣的混合物從設(shè)置在第三腔室的出口排出。并被引導(dǎo)至氣霧分離器(未示出)，在這里吸收性液體粒子被去除。當(dāng)吸收性液體粒子被去除后，凈化的廢氣便被排入到大氣中。
在上述的廢氣處理中，廢氣先通過與相對大量的被噴灑成粒子狀態(tài)的吸收性液態(tài)相接觸而凈化(第一凈化過程)，然后，通過與分散管中的吸收性液體粒子的緊密接觸而凈化(第二凈化過程)，最后，以氣泡的形式吹入吸收性液體中與吸收性液體相接觸而凈化(第三凈化過程)。在這種廢氣處理中，由于污染物質(zhì)的去除率在第一和第二凈化過程中是很高的，那么，根據(jù)廢氣類型的具體情況，所要求的污染物質(zhì)去除率可能在第一和第二凈化過程中幾乎已經(jīng)獲得。這樣，在第三過程中很小的污染物質(zhì)去除率就可以了，少量的吸收性液體也就足夠了，第一腔室就可小型化，因而，整個裝置就可變小。而且，在此情況下，分散管的端部可以位于吸收性液體中淺的位置(如0-10cm)或在吸收性液體表面之上(如0-30cm)。當(dāng)分散管的端部位于吸收性液體表面之上時，廢氣與吸收性液體粒子的混合相流從分散管端部流出，而碰擊吸收性液體表面，含在混合相流中的吸收性液體粒子被吸收性液體吸收。另一方面，廢氣碰擊吸收性液體表面，并通過與吸收性液體表面部分的接觸而得到凈化。當(dāng)氣體分散管的端部處于吸收性液體中的很淺部位或位于吸收性液體的表面之上時，通過分散管所需的壓力是很小的。
本發(fā)明所使用的吸收性液體的類型可根據(jù)來自各種已公知的廢氣的類型而適當(dāng)?shù)剡x擇。當(dāng)廢氣中的污染物質(zhì)是酸性物質(zhì)如SO2、SO3、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5、CO2、HC1和HF時，包含堿性物質(zhì)如堿金屬或堿土金屬的溶液或懸浮液可以用作吸收性液體。特別是氫氧化鈣懸浮液和碳酸鈣懸浮液被優(yōu)選使用。當(dāng)氫氧化鈣懸浮液和碳酸鈣懸浮液用作吸收性液體時，這些鈣化合物與二氧化硫氣體反應(yīng)生成亞硫酸鈣。這樣，通過經(jīng)吸收性液體中注入空氣或氧氣，亞硫酸鈣便能轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩徕}(石膏)。當(dāng)廢氣中的污染物質(zhì)是堿性物質(zhì)如氨水時，酸的水溶液可以用作吸收性液體。
實施例以下將通過實施例的方式對本發(fā)明進行更詳細(xì)的描述。實施例1廢氣處理實驗通過使用圖15所示的雙腔室型氣-液接觸裝置(氣體處理裝置)來完成。密封容器101包含圓筒形的第一腔室和半球形的第二腔室。用于處理的廢氣是含有500mg/Nm3的粉塵和2000ppm(體積)的二氧化硫氣體的120℃燃煤鍋爐廢氣。所用的吸收性液體是含有碳酸鈣的懸浮液。所用的氣體分散管106具有圖2所示的結(jié)構(gòu)。直管2的內(nèi)徑是150mm，收縮管1的內(nèi)周面是形成為具有曲率半徑為25的弧線型。噴嘴7的內(nèi)徑是105mm。所設(shè)置的氣體分散管的數(shù)量是在隔板102的每平方米上有11個。在廢氣處理過程的主要操作條件如下(1)在廢氣進口處的廢氣供應(yīng)量100000Nm3/h，(2)吸收性液體由噴灑頭109噴出的速率200t/h，(3)廢氣在第二腔室103中的冷卻溫度(廢氣的露點)48℃，(4)氣-液混合相流中的氣體在分散管的直管部2(圖2)中的線速度20m/s，(5)在混合相流中吸收性液體的速率2kg/1Nm3廢氣，(6)氣-液混合相流中的氣體從分散管的噴嘴7(圖2)噴出的線速度約40m/s，(7)從管線112供給的吸收性液體供給速率11t/h，(8)吸收性液體從管線115的流出速率7t/h，(9)從管113供給的空氣供給速率2300Nm3/h(10)凈化氣體排出口110處的氣體性能(i)二氧化硫氣體濃度(體積)95ppm，(ii)粉塵量10mg/Nm3。
實施例2除了氣體分散管106采用了圖5所示結(jié)構(gòu)的氣體分散管外，該裝置與第一實施例相同，廢氣處理實驗也可以完成。在該氣體分散管中，直管部的內(nèi)徑是150mm，收縮管1的弧形內(nèi)周面的曲率半徑是25mm，氣體噴射孔的直徑是34mm，氣體噴射孔的數(shù)量是12個。
在實驗中，從氣體噴射孔15噴出的氣-液混合相流的線速度是32m/sec，凈化廢氣中二氧化硫的濃度和粉塵的量分別是93體積ppm和12mg/Nm3。
實施例3除了氣體分散管106采用了圖6所示結(jié)構(gòu)的氣體分散管外，該裝置與第一實施例相同，廢氣處理實驗也可以同樣的方式完成。分散管的主管的內(nèi)徑是100mm，長度為3000mm。插入到主管20的氣體出口部之內(nèi)的氣體導(dǎo)向元件30是圓錐的形狀，斜面31的傾斜角θ為60°，主管的氣體出口部的氣體流出孔的橫截面積是中空主管20的橫截面積的50％。所設(shè)置的氣體分散管的數(shù)目是在隔板102的每平方米上有16個。
廢氣處理中的主要操作條件是廢氣進口處的廢氣供應(yīng)量為100,000Nm3/h，從噴灑頭109噴出的吸收性液體的量為100t/h，廢氣在第二腔室103中的冷卻溫度(廢氣的露點溫度)為48℃，穿過氣體分散管106的直管部20的氣-液混合相流的線速度為18m/sec，在混合相流中每1Nm3的廢氣中吸收性液體的量為1kg，從氣體分散管106(21)的出口處噴出的氣-液混合相流中氣體的線速度約為36m/sec，從吸收性液體補給管線112供應(yīng)的吸收性液體的供應(yīng)量為11t/h，從吸收性液體排放管線115流出的吸收性液體的量為7t/h，從氧氣或含氧氣體供應(yīng)管線113供應(yīng)的空氣的量為2300Nm3/h。
作為實驗的結(jié)果，凈化廢氣出口110處的二氧化硫氣體的濃度為95ppm(體積)，粉塵量為10mg/Nm3。
對比例1除了設(shè)置在氣體出口部內(nèi)的氣體導(dǎo)向元件30被去掉，其它部件保持不變，實驗裝置與第三實施例相同，實驗在第三實施例的同樣條件下完成。作為實驗的結(jié)果，凈化廢氣出口110處的二氧化硫氣體的濃度為225ppm(體積)，粉塵的量為50mg/Nm3。
實施例4用第三實施例，氣體導(dǎo)向元件30的結(jié)構(gòu)和廢氣供應(yīng)量改變。也就是說，氣體導(dǎo)向元件為圓錐形，其斜面31的傾斜角θ為75°，主管的氣體出口端處的氣體排出孔的橫截面積是中空主管的橫截面積的55％。廢氣供應(yīng)量為120,000Nm3。
作為實驗結(jié)果，凈化廢氣出口110處的二氧化硫氣體的濃度為95ppm(體積)，粉塵的量為10mg/Nm3。
對比例2除了設(shè)置氣體出口端部內(nèi)的氣體導(dǎo)向元件30被去掉，剩余的其它部件未改變，該裝置與第四實施例相同，實驗是在與第四實施例的條件相同的條件下完成的。作為實驗結(jié)果，凈化廢氣出口110處的二氧化硫氣體的濃度是260ppm(體積)，粉塵的量為60mg/Nm3。
實施例5用第三實施例，氣體導(dǎo)向元件30的結(jié)構(gòu)和廢氣供應(yīng)量改變。這就是說，氣體導(dǎo)向元件為圓錐形，其斜面31的傾角θ為60°，主管的氣體出口端部的氣體出口的橫截面積是中空主管的橫截面積的45％。廢氣供應(yīng)量為80,000Nm3。
作為實驗結(jié)果，凈化廢氣出口110處的二氧化硫氣體的濃度為95ppm(體積)，粉塵量為8mg/Nm3。
對比例3除了設(shè)置在氣體出口端部內(nèi)的氣體導(dǎo)向元件被去掉，其它剩余部分未做改變，裝置與第五實施例相同，實驗在與第四實施例相同的條件下完成。作為實驗結(jié)果，凈化為氣出口110處的二氧化硫氣體的濃度為190ppm(體積)，粉塵量為40mg/Nm3。
實施例6用第三實施例，氣體導(dǎo)向元件30的結(jié)構(gòu)和設(shè)置改變成圖9所示。這就是說，氣體導(dǎo)向元件30′制成圓錐形，其斜面31的傾斜角θ為45°，主管的氣體出口端部的氣體出口孔的橫截面積是中空主管的橫截面積的50％。主管20的底端面與錐體的底面間的距離(錐體的底面的突伸距離)約為1mm，其它部件未作變化。
作為實驗結(jié)果，凈化廢氣出口110處的二氧化硫的濃度為100ppm(容積)，粉塵量為10mg/Nm3。技術(shù)效果本發(fā)明的氣體分散管適合于用作傳統(tǒng)公知的氣-液接觸裝置中的氣體分散管。當(dāng)使用在管的上端部具有水平橫截面積向下減小的收縮管的本發(fā)明氣體分散管，并且氣體或含有液體粒子的氣體流經(jīng)該管時，壓力損失能夠減小。其結(jié)果是，很小的壓力就足以將氣體送到氣體分散管，壓縮氣體所需的動力能量便可節(jié)省。
在管的下端部具有水平橫截面積向下減小的噴嘴結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的氣體分散管，能夠?qū)⒃趬毫ο乱堰M到管中的氣體或含有液體粒子的氣體送到吸收性液體中的更深處。其結(jié)果是，氣-液接觸效率高，含在氣體中的污染物質(zhì)能有效地去除。而且，當(dāng)使用這種氣體分散管時，氣體流經(jīng)氣體分散管所造成的壓力損失可有效地減少。
本發(fā)明的具有設(shè)置在氣體分散管的下端部之內(nèi)的、水平橫截面積向下增加的氣體導(dǎo)向元件的氣體分散管，能夠優(yōu)化從管端向吸收性液體中噴出的氣體的水平擴展及向下的滲透。其結(jié)果是，氣-液接觸效率及污染物質(zhì)去除率得以改善。
權(quán)利要求
1.一種用于氣-液接觸的氣體分散管，其中，氣體從所述管的上端部進到所述管中，并從所述管的下端噴出進到液體中，其特征在于，所述管的所述上端部形成水平橫截面積向下減小的收縮管結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求要求1的用于氣-液接觸的氣體分散管，其中，其水平橫截面積向下減小的可拆卸的收縮管連接于直管的上端。
3.如權(quán)利要求1或2的用于氣-液接觸的氣體分散管，其中，所述收縮管的內(nèi)周面形成為向上向外擴展的曲面。
4.如權(quán)利要求3的用于氣-液接觸的氣體分散管，其中，所述曲面為弓弧曲面，所述弧的曲率半徑為所述直管部的內(nèi)徑的1/20-1的范圍。
5.一種用于氣-液接觸的氣體分散管，其中，氣體從所述管的上端部進入所述管，并從所述管的下端噴出進到液體中，其特征在于，所述管的所述下端部形成為水平橫截面積向下減小的噴嘴結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求5的用于氣-液接觸的氣體分散管，其中，其水平橫截面積向下減小的噴嘴結(jié)構(gòu)的可拆卸的短管連接于直管的下端。
7.一種用于氣-液接觸的氣體分散管，其中，氣體從所述管的上端進入所述管，并從所述管的下端噴出進到液體中，其特征在于，其水平橫截面積向下增加的氣體導(dǎo)向元件設(shè)置在所述管的下端部之內(nèi)，所述導(dǎo)向元件與所述管的內(nèi)壁之間有一段距離。
8.如權(quán)利要求7的用于氣-液接觸的氣體分散管，其中，所述氣體導(dǎo)向元件是具有傾斜表面的、水平橫截面積向下增加的旋轉(zhuǎn)對稱體。
9.如權(quán)利要求7-8之一的用于氣-液接觸的氣體分散管，其中，所述氣體導(dǎo)向元件通過從中空主管的中心線徑向延伸的板狀元件而固定。
10.如權(quán)利要求5-9之一的用于氣-液接觸的氣體分散管，其中，所述管的上端部形成為水平橫截面積向下減小的收縮管結(jié)構(gòu)。
11.一種氣-液接觸的方法，包含通過多個用于氣-液接觸的氣體分散管將氣體噴吹到容裝在容器中的液體中的過程，所述管垂直設(shè)置在形成于隔板中的多個貫穿孔中，其特征在于，如權(quán)利要求1-10之一的氣體分散管用作用于氣-液接觸的氣體分散管。
12.一種通過使廢氣與吸收性液體接觸來凈化含有污染物的廢氣處理方法，其特征在于，所述方法包含下列步驟(1)通過將吸收性液體以粒子狀態(tài)噴灑于廢氣使廢氣與吸收性液體相接觸的第一凈化過程，(2)通過使在所述第一凈化過程中所獲得的廢氣與吸收性液體粒子的混合物以氣-液混合相流的形式流經(jīng)氣體分散管，而使廢氣與吸收性液體粒子在氣體分散管中緊密接觸的第二凈化過程。(3)通過使來自第二凈化過程的廢氣與吸收性液體粒子的所述氣-液混合相流，從所述分散管的端部噴吹到吸收性液體中，或通過使所述混合相流與吸收性液體的表面相碰撞，而使廢氣與吸收性液體相接觸的第三凈化過程，
13.一種氣-液接觸裝置，包含通過多個用于氣-液接觸的氣體分散管將氣體噴吹到容裝于容器中的液體中的結(jié)構(gòu)，所述管垂直地設(shè)置于形成在隔板中的多個貫穿孔中，其特征在于，如權(quán)利要求1-10之一的氣體分散管用作所述的氣體分散管。
14.一種廢氣處理裝置，包含其內(nèi)部被一塊隔板分成第一腔室和鄰于第一腔室之上方的第二腔室的密封容器，設(shè)置在所述第二腔室的周壁上的廢氣進口，設(shè)置在所述第一腔室的周壁上的廢氣出口，設(shè)置在所述第一腔室的周壁上的已凈化廢氣的出口，設(shè)置在所述第二腔室之內(nèi)的上部的吸收性液體噴灑頭，貫穿所述隔板使所述第一、第二腔室連通的多個貫穿孔，和設(shè)置在所述貫穿孔中的氣體分散管，其特征在于，如權(quán)利要求1-10之一的氣體分散管用作所述的氣體分散管。
15.一種廢氣處理裝置，包含其內(nèi)部被兩塊隔板分成第一腔室、鄰于第一腔室之上方的第二腔室、以及鄰于第二腔室之上方的第三腔室的密封容器，設(shè)置在所述第二腔室的周壁上的廢氣進口，設(shè)置在所述第三腔室的周壁上的已凈化廢氣的出口，設(shè)置在所述第二腔室之內(nèi)的上部的吸收性液體噴灑頭，和貫穿于插穿在所述第一和第二腔室之間的隔板、使所述第一和第二腔室連通的多個貫穿孔，設(shè)置在所述貫穿孔中的氣體分散管，和使所述第一和第三腔室連通的連通管，其特征在于，如權(quán)利要求1-10之一的氣體分散管用作所述的氣體分散管。
全文摘要
公開了一種氣體分散管，氣體從其上端部進入其中并從其下端部噴到液體中以便氣-液接觸，以及使用了該氣體分散管的用于氣-液接觸的方法和裝置。氣體分散管具有上端部形成為水平橫截面積向下減小的收縮管和/或下端部形成為水平橫截面向下減小的噴嘴結(jié)構(gòu)。氣體分散管的下端部除了設(shè)置成噴嘴結(jié)構(gòu)外，水平橫截面積向下增加的氣體導(dǎo)向元件可以設(shè)置在分散管的下端部之內(nèi)。
文檔編號B01J19/00GK1129404SQ95190548
公開日1996年8月21日 申請日期1995年6月13日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月13日
發(fā)明者西野晴生, 井出明賢, 浦田敏昭 申請人:千代田化工建設(shè)株式會社