一種氣體淨化組合吸收塔及其應用的製作方法
2023-10-05 01:00:29 1
專利名稱：一種氣體淨化組合吸收塔及其應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種氣體淨化組合吸收塔及其應用，特別是用於回收氯乙烯合成氣中的氯化氫或吸收氯氣中的水分的氣體淨化組合吸收塔。
背景技術：
化工合成氣體時，往往伴隨著副產氣的產生或某種原料氣的過量，如果不將這類氣體除去，將會嚴重影響目標氣體的品質；此外有效地回收雜質氣體對於減少環境汙染、控制生產成本也是很重要的。
比如電石法合成氯乙烯工藝中，是由乙炔和氯化氫反應生成氯乙烯，為提高乙炔的轉化率，氯化氫必須過量，氯化氫和乙炔的分子比通常控制在1.05～1.1範圍內，隨後用水、鹼洗方法回收過量氯化氫、淨化合成氣。傳統的工藝過程為粗氯乙烯由轉化器出來，進入除汞器用活性碳吸附汞蒸汽後通入合成氣冷卻器，經冷卻後，進入降膜吸收系統，用篩板塔流入的稀酸吸收合成氣中過量的氯化氫，製得25～28％的副產鹽酸。制酸後的合成氣先後進入篩板塔、水洗塔和鹼洗塔淨化、吸收餘下的氯化氫、二氧化碳等雜氣，以獲得精製的氯乙烯供聚合用，水洗、鹼洗塔要保持一定的液體循環量，以滿足淨化需要，新鮮水從水洗塔連續補充，廢液亦連續排放，少部分流入篩板塔後進入降膜吸收系統制酸；鹼液則定時更換，當其中碳酸鈉濃度超標後必須更用一定濃度的氫氧化鈉溶液作為吸收液。該工藝的不足之處a.水洗塔須向外連續排放廢水(稀酸)，廢水中還溶解有氯乙稀，不僅造成可觀損失，而且汙染環境、構成安全隱患，增大治汙投入；b.氯化氫無法完全循環回收合成氯乙烯，只能副產難以直接銷售的低濃度鹽酸；c.工藝流程長，設備多，篩板塔操作彈性小、壓力降高，過程操作控制難；d.開車階段有大量氯化氫進入系統，極易引起過程超溫、損壞設備；e.鹼洗塔非連續操作，需定期更換鹼液，這對氯乙烯精製質量有一定影響。近10年來我國聚氯乙烯工業有飛速發展，據專家預測，到2008年年產量可達1000t/a～1100t/a，居世界首位，其中主要是發展電石法。對工藝過程也有改進，1998年韓同安等採用了「水洗雙向逆流部分循環淨化工藝」，改進之處是在水洗塔循環水系統加一冷卻器，用0℃冷凍水冷卻循環水，降低其溫度，提高氯化氫吸收率，經此改進回收鹽酸濃度達到27％～28％，水洗塔循環水濃度提高到1.5％左右，節約了用水總量，減少了水洗塔排放量；2000年謝彬提出用篩板塔回收高濃度鹽酸新技術，可副產更高濃度的鹽酸，其辦法也是採用帶有中間冷卻器的篩板塔吸收氯化氫，未吸收部分直接進入鹼洗塔處理。該方法取消了水洗塔，表面上看實現了零排放，但有相當部分氯化氫是在鹼洗塔吸收掉，務必加大用鹼量和廢鹼液排放量；2002年陳仲波的技改方案與上類同，據稱經水洗塔後合成氣含氯化氫濃度下降到0.002％，副產酸濃度僅24％～28％。
其它合成氣的淨化也存在著類似問題，如何有效地吸收雜質氣體並回收利用是化工行業普遍存在的難題。
發明內容本發明目的在於提供一種操作簡便、廢氣回收率高、基本實現零排放的氣體淨化組合吸收塔，尤其適用於回收氯乙烯合成氣中的氯化氫或吸收氯氣中的水分。
本發明所述的氣體淨化組合吸收塔包括塔殼體，塔腔，所述的塔腔內包括位於上部的塔板段和位於下部的填料段，所述的填料段由上至下依次設有氣液分離腔、液體分布器、填料層、氣體分布器、貯料槽，所述的氣體分布器下部設有氣體入口，所述的液體分布器上部設有吸收液入口；所述的塔板段設有至少一層泡罩塔板，泡罩塔板上部設有吸收液入口；所述的泡罩塔板、氣液分離腔、液體分布器、填料層、氣體分布器、貯料槽相連通。
所述的氣體分布器可採用本領域技術人員公知的分布器，一般可從商業渠道獲得。同時，發明人還設計了一種結構簡單、不佔塔內有效空間、無壓降、氣體分布效率高的分布器，所述的分布器結構如下氣體分布器由平行布置固定在擋板支架上的擋板構成，通常選用由10～15塊擋板構成，所述的擋板之間留有間距，推薦擋板之間留有不等距離的間距，其間距沿氣流流動方向逐塊增大；所述的擋板支架與塔腔內壁固定連接，所述擋板縱向中心線所構成的平面與水平面成9～15°傾角，所述的擋板呈圓弧狀，所述圓弧開口朝向擋板支架與塔腔內壁連接處較高的一側，所述擋板橫向截面圓弧弦的水平傾角為45～75°，所述氣體入口設在擋板圓弧開口相對一側並位於所述擋板支架下方的塔腔內壁上。本發明所述的氣體分布器改善了填料層底段的氣流分布，提高了吸收率，進氣段氣流從紊亂變為有序流動，還降低了流動壓降。
進一步，所述的擋板支架由兩根在同一平面且從上到下成喇叭狀固定在塔腔內壁上的條形板構成，所述的兩根條形板的夾角為10～30°。
再進一步，所述的氣體入口位於擋板支架與塔腔內壁連接處的正下方，所述兩根條形板的在塔腔內壁氣體入口端的直線距離與氣體入口的直徑大致相等。這裡大致相等的含意是兩根條形板在塔腔內壁氣體入口端的直線距離略大於或等於氣體入口的直徑，這樣會使氣體分布器的工作效率較高。
所述的液體分布器可採用本領域技術人員公知的分布器，一般可從商業渠道獲得。同時，發明人還設計了一種液體分布效率高的分布器，所述的分布器結構如下液體分布器包括液體分配槽和若干個液體分布槽，推薦設置1～2個液體分配槽；分配槽置於分布槽上方，通常選擇分配槽置與分布槽相互成正交布置，所述的液體分配槽設有與液體分布槽導通的液體出口，所述的液體分布槽槽壁上設有液體流出口；所述液體流出口下方的槽外壁上開有導流溝，所述液體分布槽外壁上設有與液體流出口配合的擋流板。
進一步，所述的液體分布槽槽體兩側分別均勻分布有若干液體流出口，所述液體分布槽兩側外壁上分別設有擋流板。
本發明所述的液體分布器確保了液體噴淋密度在10m3/m2h～50m3/m2h範圍內可獲得穩定的液體初始均勻分布。
優選地，所述的塔板段至上而下設有條形泡罩塔板與圓形泡罩塔板，所述條形泡罩塔板及圓形泡罩塔板的上部分別設有吸收液入口。所述的條形泡罩塔板與圓形泡罩塔板均為本領域技術人員所公知。發明人還設計了一種特殊結構的條形泡罩塔板，使得吸收效率更高，其採用的技術方案為條形泡罩塔板中條形泡罩的長寬比為10～80∶1，條形泡罩沿徑向平行排布，每排條形泡罩間留有間隙；每相鄰的兩排泡罩中一排為一整根條形泡罩，所述整根條形泡罩兩端與塔內壁間均留有間隙，該間隙構成液體通道；另一排為同列排布的兩根條形泡罩構成，所述的兩根條形泡罩相鄰的一端留有構成液體通道的間隙，另一端均與塔腔內壁間通過擋液板封閉，所述的條形泡罩間的間隙相互連通，構成液體通道。採用本發明所述的條形泡罩塔板後，氣體流動路徑與普通泡罩塔板相同，即從下層塔板經升氣管、泡罩後穿過液層流出；液體流徑較特殊，從進口堰的排出口流出，在每根泡罩周圍迂迴流動後經出口堰上的排出口流出，其流程很長，流速不大，故在板上有足夠的長的停留時間，僅用少量液體即可吸收氣流中的雜質氣體。
再進一步，所述的塔板段下部設有數層圓形泡罩塔板，通常設有1～3層，上部設有數層條形泡罩塔板，一般設有1～3層。
本發明所述的氣體淨化組合吸收塔適用於吸收並回收利用混合氣體中的雜質氣體。特別適用於回收氯乙烯合成氣中的氯化氫，當然也可以適用於其它場合，如吸收氯氣中的水分、氯乙烯中的二氧化碳等。
本發明所述吸收塔用於回收氯乙烯合成氣中的氯化氫時，與現有技術相比具有下述有益效果a.以組合塔代替了原降膜塔、篩板塔和水洗塔，簡化了設備和流程，減小了佔地面積和降低了設備投資。
b.過程無需補加過量水，實現了零排放。不僅氯化氫全回收，而且沒有氯乙烯流失，從環保、經濟、安全角度來看均優於原過程。
c.可生產高濃度的成品鹽酸或循環利用氯化氫，實現了該過程的循環經濟。
d.過程的控制和操作較原系統方便，尤其是開車階段因有大量氯化氫進入系統，極易引起過程超溫、損壞設備，使用組合塔技術完全可以避免。
e.實現了鹼洗塔的連續操作，提高了氯乙烯精製質量。
本發明所述吸收塔用於回收其它氣體時，同樣可以得到與上述相同或類似的有益效果。
圖1為所述組合吸收塔的結構示意圖。
圖2為所述氣體分布器的安裝示意圖。
圖3為所述氣體分布器的側視圖。
圖4為所述液體分布器流道單元的結構示意圖。
圖5為所述條形泡罩塔板的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步說明，但本發明的保護範圍並不限於此。
參照圖1、圖2、圖3、圖4、圖5，一種氣體淨化組合吸收塔，包括塔殼體1，塔腔，塔腔內包括位於上部的塔板段和位於下部的填料段，填料段由上至下依次設有氣液分離腔2、液體分布器3、填料層4、氣體分布器5、貯料槽6，氣體分布器下部設有氣體入口7，液體分布器上部設有吸收液入口8。
氣體分布器5由平行布置固定在擋板支架13上的擋板14構成，擋板14之間留有不等距離的間距，其間距沿氣流流動方向逐塊增大，擋板支架13與塔腔內壁固定連接，擋板縱向中心線所構成的平面與水平面成12°傾角，擋板14呈圓弧狀，圓弧開口朝向擋板支架與塔腔內壁連接處較高的一側，擋板橫向截面圓弧弦的水平傾角為60°。擋板支架13由兩根在同一平面且從上到下成喇叭狀固定在塔腔內壁上的直杆構成，兩根條形板的夾角為20°。氣體入口7位於擋板支架13與塔腔內壁連接處的正下方，兩根條形板的在塔腔內壁氣體入口端的直線距離與氣體入口的直徑相等。
液體分布器3包括1個液體分配槽和若干個液體分布槽15，分配槽置於分布槽上方，分配槽置與分布槽相互成正交布置，液體分配槽設有與液體分布槽15導通的液體出口，液體分布槽槽體15兩側分別均勻分布有若干液體流出口16；液體流出口16下方的槽外壁上開有導流溝17，液體分布槽15兩側外壁上分別設有擋流板18。
塔板段至上而下設有2層條形泡罩塔板10與3層圓形泡罩塔板9，條形泡罩塔板及圓形泡罩塔板的上部分別設有吸收液入口12、11。條形泡罩塔板10中條形泡罩19的長寬比為50∶1，條形泡罩19沿徑向平行排布，每排條形泡罩間留有間隙；每相鄰的兩排泡罩中一排為一整根條形泡罩，整根條形泡罩兩端與塔內壁間留有間隙，該間隙構成液體通道；另一排為同列排布的兩根條形泡罩構成，所述兩根條形泡罩相鄰的一端留有構成液體通道的間隙，另一端均與塔內壁間通過擋液板20封閉，條形泡罩間的間隙相互連通構成液體通道。
條形泡罩塔板10、圓形泡罩塔板9、氣液分離腔2、液體分布器3、填料層4、氣體分布器5、貯料槽6依次連通。
將上述組合吸收塔用來回收氯乙烯合成氣中的氯化氫時，氯乙烯合成氣中含HCl 4～10％，其它氣體微量，合成氣由氣體入口7通入吸收塔，吸收液入口8加30～35％的濃鹽酸，吸收液入口11加10～22％的稀鹽酸，吸收液入口12加清水。進氣經氣體分布器5分布後進入填料層4與經液體分布器3下降的液體接觸傳質。上升的氣流夾帶有少許液末，在氣流分離空間2中得到分離。氣流再依次進入圓形泡罩塔板9、條形泡罩塔板10與下降的吸收液接觸傳質。塔頂得到純氯乙烯，氯化氫吸收率接近100％。塔底的貯料槽得到30～35％的副產鹽酸，可以循環用作吸收液或者直接作為工業鹽酸使用。
權利要求
1.一種氣體淨化組合吸收塔，包括塔殼體，塔腔，其特徵在於所述的塔腔內包括位於上部的塔板段和位於下部的填料段，所述的填料段由上至下依次設有氣液分離腔、液體分布器、填料層、氣體分布器、貯料槽，所述的氣體分布器下部設有氣體入口，所述的液體分布器上部設有吸收液入口；所述的塔板段設有至少一層泡罩塔板，泡罩塔板上部設有吸收液入口；所述的泡罩塔板、氣液分離腔、液體分布器、填料層、氣體分布器、貯料槽相連通。
2.如權利要求1所述的氣體淨化組合吸收塔，其特徵在於所述的氣體分布器由平行布置固定在擋板支架上的擋板構成，所述的擋板之間留有間距，所述的擋板支架與塔腔內壁固定連接，所述擋板縱向中心線所構成的平面與水平面成9～15°傾角，所述的擋板呈圓弧狀，所述圓弧開口朝向擋板支架與塔腔內壁連接處較高的一側，所述擋板橫向截面圓弧弦的水平傾角為45～75°，所述氣體入口設在擋板圓弧開口相對一側並位於所述擋板支架下方的塔腔內壁上。
3.如權利要求2所述的氣體淨化組合吸收塔，其特徵在於所述的擋板支架由兩根在同一平面且從上到下成喇叭狀固定在塔腔內壁上的條形板構成，所述的兩根條形板的夾角為10～30°。
4.如權利要求3所述的氣體淨化組合吸收塔，其特徵在於所述的氣體入口位於擋板支架與塔腔內壁連接處的正下方，所述兩根條形板的在塔腔內壁氣體入口端的間距與氣體入口的直徑大致相等。
5.如權利要求1所述的氣體淨化組合吸收塔，其特徵在於所述的液體分布器包括液體分配槽和若干個液體分布槽，所述的液體分配槽置於液體分布槽的上方，所述的液體分配槽設有與液體分布槽導通的液體出口，所述的液體分布槽槽壁上設有液體流出口；所述液體流出口下方的槽外壁上開有導流溝，所述液體分布槽外壁上設有與液體流出口配合的擋流板。
6.如權利要求5所述的氣體淨化組合吸收塔，其特徵在於所述的液體分布槽槽體兩側分別均勻分布有若干液體流出口，所述液體分布槽兩側外壁上分別設有擋流板。
7.如權利要求1～6之一所述的氣體淨化組合吸收塔，其特徵在於所述的塔板段至上而下設有條形泡罩塔板與圓形泡罩塔板，所述條形泡罩塔板及圓形泡罩塔板的上部分別設有吸收液入口。
8.如權利要求7所述的氣體淨化組合吸收塔，其特徵在於所述的條形泡罩塔板中條形泡罩的長寬比為10～80∶1，條形泡罩沿徑向平行排布，每排條形泡罩間留有間隙；每相鄰的兩排條形泡罩中有一排為一整根條形泡罩，所述整根條形泡罩兩端與塔腔內壁均留有間隙，所述的間隙構成液體通道；另一排為同列排布的兩根條形泡罩構成，所述的兩根條形泡罩相鄰的一端留有構成液體通道的間隙，另一端均與塔腔內壁通過擋液板封閉連接。
9.如權利要求7所述的氣體淨化組合吸收塔，其特徵在於所述的塔板段下部設有1～3層圓形泡罩塔板，上部設有1～3層條形泡罩塔板。
10.權利要求1所述的氣體淨化組合吸收塔用於回收氯乙烯合成氣中的氯化氫或吸收氯氣中的水分。
全文摘要
本發明涉及一種氣體淨化組合吸收塔及其應用，所述的吸收塔包括塔殼體，塔腔，塔腔內包括位於上部的塔板段和位於下部的填料段，所述的填料段由上至下依次設有氣液分離腔、液體分布器、填料層、氣體分布器、貯料槽，所述的氣體分布器下部設有氣體入口，所述的液體分布器上部設有吸收液入口；所述的塔板段設有至少一層泡罩塔板，泡罩塔板上部設有吸收液入口；所述的泡罩塔板、氣液分離腔、液體分布器、填料層、氣體分布器、貯料槽相連通。本發明所述吸收塔以組合塔代替了原降膜塔、篩板塔和水洗塔，簡化了設備和流程，減小了佔地面積和降低了設備投資，特別適用於回收氯乙烯合成氣中的氯化氫或吸收氯氣中的水分的氣體。
文檔編號B01D53/78GK1843569SQ200610049800
公開日2006年10月11日 申請日期2006年3月13日 優先權日2006年3月13日
發明者董誼仁 申請人:董誼仁