阅读说明：本技术 一种径向流塔设备及其应用 (Radial flow tower equipment and application thereof ) 是由 朱廷钰 李玉然 王斌 林玉婷 许志成 于 2020-10-27 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种径向流塔设备及其应用,所述径向流塔设备的主体内部包括依次并列设置的进气区、催化剂区与出气区,所述进气区设置有至少2块进气折流板,所述进气区的中央设置有折流锥；所述径向流塔设备可用作高炉煤气水解塔。本发明通过改进高炉煤气水解塔,进一步提升了煤气与催化剂的接触面积,减小了塔内压降,进而提高了催化剂的利用率和煤气处理效率。(The invention provides radial flow tower equipment and application thereof, wherein the main body of the radial flow tower equipment comprises an air inlet area, a catalyst area and an air outlet area which are sequentially arranged in parallel, the air inlet area is provided with at least 2 air inlet baffle plates, and the center of the air inlet area is provided with a baffling cone; the radial flow column apparatus may be used as a blast furnace gas hydrolysis column. The invention further improves the contact area of the coal gas and the catalyst by improving the blast furnace coal gas hydrolysis tower, reduces the pressure drop in the tower and further improves the utilization rate of the catalyst and the coal gas treatment efficiency.)

一种径向流塔设备及其应用

技术领域

本发明属于化工装置技术领域，涉及一种塔设备，尤其涉及一种径向流塔设备及其应用。

背景技术

塔设备是化工生产中极其常见的一类装置，在塔设备内通常可进行气液、液固或气固等两相间的充分接触，实现相间传质。根据其结构的不同可将塔设备分为板式塔和填料塔，通常流动相在塔内的传质都是沿轴向进行，导致气固或液固的接触面积较小，且传质阻力较大。

此外，高炉煤气水解塔对于煤气和催化剂接触面积以及塔内压降均有较高要求，以便于提升煤气中有机硫的水解效率。常规的高炉喷碱装置对H₂S有一定的去除效果，但对有机硫几乎无作用。因此，高炉煤气中有机硫的脱除是脱硫技术的重点和难点，需要着重考虑。

CN 110527564A公开了一种高炉煤气脱硫塔，所述发明中的一级、二级脱硫塔设有喷枪，喷淋用于脱硫的碱水，这种设备虽然能够脱除煤气中无机硫及脱氯，但是并不能实现脱除煤气中有机硫。

CN 111500325A公开了一种高炉煤气有机硫水解反应装置，利用TRT发电后硫化氢脱除系统将煤气中总硫控制到一定水平以下，实现了钢铁企业高炉煤气在进入下游用户使用前达到深度净化，解决了行业内高炉煤气下游用户烟气排放超标问题。然而这类轴向流反应器中气固接触面小，塔器压降高，不利于催化剂利用率的进一步提升。

CN 111253984A公开了一种高炉煤气脱硫装置及其方法，所述脱硫装置从下到上依次包括进气段、催化段、吸收段。虽然集有机硫转化与无机硫脱除于一身，看似集成度高，一体脱除，但是有机硫水解及无机硫净化效率均不是很高，且内部结构复杂，塔内压降高，操作弹性小，同时还有废水产生，不符合环保要求。

CN 111545057A公开了一种高炉煤气有机硫水解催化剂模块化装置，通过设置催化剂块、外壳、框架、限位卡条、底座、限位块、顶部限位卡条及顶部密封条，催化剂块以多层的形式布置在壳体内部。所述装置结构较简单，易拆卸，但塔内部件较多，阻力较大且不能应用于球状、圆柱状等散装催化剂。

由此可见，如何改进高炉煤气水解塔，进一步提升煤气与催化剂的接触面积，减小塔内压降，进而提高催化剂的利用率和煤气处理效率，成为了目前迫切需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种径向流塔设备及其应用，所述发明通过改进高炉煤气水解塔，进一步提升了煤气与催化剂的接触面积，减小了塔内压降，进而提高了催化剂的利用率和煤气处理效率。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种径向流塔设备，所述径向流塔设备的主体内部包括依次并列设置的进气区、催化剂区与出气区。

所述进气区设置有至少2块进气折流板，例如可以是2块、3块、4块、5块、6块、7块、8块、9块或10块，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

所述进气区的中央设置有折流锥。

本发明中，所述进气区、催化剂区与出气区在塔设备主体内部呈并列排布，使得气相在塔内径向流动，增大了气相与催化剂的接触面积，减小了传质阻力和塔内压降，提高了催化剂的利用率和塔设备的处理能力。所述进气区内部设置的进气折流板与折流锥增强了进气的扰动，使得进气在塔内充分扩散，从而进一步增大了气相与催化剂的接触面积。

优选地，所述催化剂区靠近进气区一侧设置有进气百叶板组。

优选地，所述催化剂区靠近出气区一侧设置有出气百叶板组。

本发明中，所述进气百叶板组与出气百叶板组均起到增大气相与催化剂接触面积的作用，提高了催化剂的利用率和塔设备的处理能力。

优选地，所述出气区设置有至少2块出气折流板，例如可以是2块、3块、4块、5块、6块、7块、8块、9块或10块，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述进气折流板的板面包括平面或弧面。

优选地，所述出气折流板的板面包括平面或弧面。

优选地，所述进气折流板与出气折流板分别独立地以塔设备中央水平面呈镜像对称分布。

本发明中，所述进气折流板与出气折流板的镜像对称式排布有利于进气区的气相顺利流向催化剂区，并有利于催化剂区的气相顺利流向出气区，进一步减小了气相的传质阻力和塔内压降。

优选地，所述塔设备中央水平面以上的进气折流板的切面方向至竖直方向的逆时针夹角为10°-60°，例如可以是10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°或60°，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述塔设备中央水平面以上的出气折流板的切面方向至竖直方向的顺时针夹角为10°-60°，例如可以是10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°或60°，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，当折流板为弧面时，所述切面方向为板面中轴线所在的切面方向；当折流板为平面时，所述切面方向为板面所处的平面方向。

优选地，所述进气百叶板组由至少2块进气板片竖向交错设置于催化剂区靠近进气区一侧。

优选地，所述出气百叶板组由至少2块出气板片竖向交错设置于催化剂区靠近出气区一侧。

优选地，所述进气板片的板面包括平面或弧面。

优选地，所述出气板片的板面包括平面或弧面。

优选地，所述进气板片的切面方向至竖直方向的顺时针夹角为10°-40°，例如可以是10°、15°、20°、25°、30°、35°或40°，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述出气板片的切面方向至竖直方向的逆时针夹角为10°-40°，例如可以是10°、15°、20°、25°、30°、35°或40°，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，当板片为弧面时，所述切面方向为板面中轴线所在的切面方向；当板片为平面时，所述切面方向为板面所处的平面方向。

优选地，所述进气板片的板间距为100-300mm，例如可以是100mm、120mm、140mm、160mm、180mm、200mm、220mm、240mm、260mm、280mm或300mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述出气板片的板间距为100-300mm，例如可以是100mm、120mm、140mm、160mm、180mm、200mm、220mm、240mm、260mm、280mm或300mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，相邻的2块进气板片水平投影的重合面宽度为30-70mm，例如可以是30mm、35mm、40mm、45mm、50mm、55mm、60mm、65mm或70mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，相邻的2块出气板片水平投影的重合面宽度为30-70mm，例如可以是30mm、35mm、40mm、45mm、50mm、55mm、60mm、65mm或70mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，相邻的2块进气板片或出气板片水平投影的重合面宽度对气相传质阻力和催化剂利用率的影响较为显著。当相邻的2块进气板片或出气板片水平投影的重合面宽度小于30mm时，气相与催化剂的接触面积减小，催化剂利用率降低；当相邻的2块进气板片或出气板片水平投影的重合面宽度大于70mm时，气相传质阻力增大，塔内压降升高。因此，当相邻的2块进气板片或出气板片水平投影的重合面宽度为30-70mm时，气相传质阻力和催化剂利用率均能够维持在适宜的水平。

第二方面，本发明提供一种如第一方面所述径向流塔设备作为高炉煤气水解塔的应用。

优选地，高炉煤气水解时煤气的截面速度为0.15-0.9m/s，例如可以是0.15m/s、0.2m/s、0.3m/s、0.4m/s、0.5m/s、0.6m/s、0.7m/s、0.8m/s或0.9m/s，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，高炉煤气水解时煤气的体积空速为1000-3000h^-1，例如可以是1000h^-1、1200h^-1、1400h^-1、1600h^-1、1800h^-1、2000h^-1、2200h^-1、2400h^-1、2600h^-1、2800h^-1或3000h^-1，并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，所述高炉煤气水解塔内部的进气折流板结构与煤气的截面速度相适应。当煤气截面速度为0.15-0.55m/s时，水解塔中央水平面以上的进气折流板的切面方向至竖直方向的逆时针夹角为30°-60°，有利于塔内流场的稳定；当煤气截面速度为0.55-0.9m/s时，水解塔中央水平面以上的进气折流板的切面方向至竖直方向的逆时针夹角为10°-30°，有利于减小系统阻力。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明提供的径向流塔设备结构简单，强度大，气相传质阻力小，塔内压降小，能够适应各种工况；

(2)本发明提供的径向流塔设备用作高炉煤气水解塔提升了煤气与催化剂的接触面积，减小了煤气的传输阻力和塔内压降，提高了催化剂利用率和煤气中有机硫水解效率。

附图说明

图1是实施例1提供的高炉煤气水解塔结构示意图；

图2是实施例1提供的高炉煤气水解塔中催化剂区结构示意图。

其中：1-进气区；2-催化剂区；3-出气区；4-进气道；5-出气道；6-装料人孔；7-卸料人孔；8-折流锥；9-进气折流板；10-出气折流板；11-进气百叶板组；12-出气百叶板组；13-进气板片；14-出气板片。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

本实施例提供一种如图1所示的高炉煤气水解塔，所示高炉煤气水解塔是一种径向流塔设备，塔设备主体内部包括依次并列设置的进气区1、催化剂区2与出气区3；所述进气区1的塔侧壁中央设置有进气道4，所述出气区3的塔侧壁中央设置有出气道5，所述催化剂区2的顶部设置有装料人孔6，底部设置有卸料人孔7。此外，进气道4的出口端设置有折流锥8，进气区1内部设置有6块进气折流板9，出气区3内部设置有6块出气折流板10。

本实施例中，所述进气折流板9与出气折流板10的板面均为弧面，且进气折流板9与出气折流板10分别独立地以塔设备中央水平面呈镜像对称分布；所述塔设备中央水平面以上的进气折流板9的切面方向至竖直方向的逆时针夹角为30°，所述塔设备中央水平面以上的出气折流板10的切面方向至竖直方向的顺时针夹角为30°。

如图2所示为高炉煤气水解塔中催化剂区2的结构示意图，所述催化剂区2靠近进气区1一侧设置有进气百叶板组11，靠近出气区3一侧设置有出气百叶板组12；所述进气百叶板组11由8块进气板片13竖向交错设置于催化剂区2靠近进气区1一侧，所述出气百叶板组12由8块出气板片14竖向交错设置于催化剂区2靠近出气区3一侧；所述进气板片13与出气板片14的板面均为平面，且板间距均为200mm，相邻的2块进气板片13与出气板片14水平投影的重合面宽度均为50mm；此外，进气板片13的切面方向至竖直方向的顺时针夹角为20°，出气板片14的切面方向至竖直方向的逆时针夹角为20°。

实施例2

本实施例提供一种高炉煤气水解塔，所示高炉煤气水解塔是一种径向流塔设备，塔设备主体内部包括依次并列设置的进气区、催化剂区与出气区；所述进气区的塔侧壁中央设置有进气道，所述出气区的塔侧壁中央设置有出气道，所述催化剂区的顶部设置有装料人孔，底部设置有卸料人孔。此外，进气道的出口端设置有折流锥，进气区内部设置有2块进气折流板，出气区内部设置有2块出气折流板。

本实施例中，所述进气折流板与出气折流板的板面均为平面，且进气折流板与出气折流板分别独立地以塔设备中央水平面呈镜像对称分布；所述塔设备中央水平面以上的进气折流板的切面方向至竖直方向的逆时针夹角为10°，所述塔设备中央水平面以上的出气折流板的切面方向至竖直方向的顺时针夹角为10°。

本实施例中，所述催化剂区靠近进气区一侧设置有进气百叶板组，靠近出气区一侧设置有出气百叶板组；所述进气百叶板组由2块进气板片竖向交错设置于催化剂区靠近进气区一侧，所述出气百叶板组由2块出气板片竖向交错设置于催化剂区靠近出气区一侧；所述进气板片与出气板片的板面均为弧面，且板间距均为300mm，相邻的2块进气板片与出气板片水平投影的重合面宽度均为30mm；此外，进气板片的切面方向至竖直方向的顺时针夹角为10°，出气板片的切面方向至竖直方向的逆时针夹角为10°。

实施例3

本实施例提供一种高炉煤气水解塔，所示高炉煤气水解塔是一种径向流塔设备，塔设备主体内部包括依次并列设置的进气区、催化剂区与出气区；所述进气区的塔侧壁中央设置有进气道，所述出气区的塔侧壁中央设置有出气道，所述催化剂区的顶部设置有装料人孔，底部设置有卸料人孔。此外，进气道的出口端设置有折流锥，进气区内部设置有10块进气折流板，出气区内部设置有10块出气折流板。

本实施例中，所述进气折流板与出气折流板的板面均为弧面，且进气折流板与出气折流板分别独立地以塔设备中央水平面呈镜像对称分布；所述塔设备中央水平面以上的进气折流板的切面方向至竖直方向的逆时针夹角为60°，所述塔设备中央水平面以上的出气折流板的切面方向至竖直方向的顺时针夹角为60°。

本实施例中，所述催化剂区靠近进气区一侧设置有进气百叶板组，靠近出气区一侧设置有出气百叶板组；所述进气百叶板组由10块进气板片竖向交错设置于催化剂区靠近进气区一侧，所述出气百叶板组由10块出气板片竖向交错设置于催化剂区靠近出气区一侧；所述进气板片与出气板片的板面均为平面，且板间距均为100mm，相邻的2块进气板片与出气板片水平投影的重合面宽度均为70mm；此外，进气板片的切面方向至竖直方向的顺时针夹角为40°，出气板片的切面方向至竖直方向的逆时针夹角为40°。

实施例4

本实施例提供一种高炉煤气水解塔，所示高炉煤气水解塔是一种径向流塔设备，塔设备主体内部包括依次并列设置的进气区、催化剂区与出气区；所述进气区的塔侧壁中央设置有进气道，所述出气区的塔侧壁中央设置有出气道，所述催化剂区的顶部设置有装料人孔，底部设置有卸料人孔。此外，进气道的出口端设置有折流锥，进气区内部设置有6块进气折流板，出气区内部设置有6块出气折流板。

本实施例中，所述进气折流板与出气折流板的板面均为弧面，且进气折流板与出气折流板分别独立地以塔设备中央水平面呈镜像对称分布；所述塔设备中央水平面以上的进气折流板的切面方向至竖直方向的逆时针夹角为30°，所述塔设备中央水平面以上的出气折流板的切面方向至竖直方向的顺时针夹角为30°。

本实施例中，所述催化剂区靠近进气区一侧设置有进气百叶板组，靠近出气区一侧设置有出气百叶板组；所述进气百叶板组由8块进气板片竖向交错设置于催化剂区靠近进气区一侧，所述出气百叶板组由8块出气板片竖向交错设置于催化剂区靠近出气区一侧；所述进气板片与出气板片的板面均为平面，且板间距均为200mm，相邻的2块进气板片与出气板片水平投影的重合面宽度均为20mm；此外，进气板片的切面方向至竖直方向的顺时针夹角为20°，出气板片的切面方向至竖直方向的逆时针夹角为20°。

实施例5

本实施例提供一种高炉煤气水解塔，所示高炉煤气水解塔是一种径向流塔设备，塔设备主体内部包括依次并列设置的进气区、催化剂区与出气区；所述进气区的塔侧壁中央设置有进气道，所述出气区的塔侧壁中央设置有出气道，所述催化剂区的顶部设置有装料人孔，底部设置有卸料人孔。此外，进气道的出口端设置有折流锥，进气区内部设置有6块进气折流板，出气区内部设置有6块出气折流板。

本实施例中，所述进气折流板与出气折流板的板面均为弧面，且进气折流板与出气折流板分别独立地以塔设备中央水平面呈镜像对称分布；所述塔设备中央水平面以上的进气折流板的切面方向至竖直方向的逆时针夹角为30°，所述塔设备中央水平面以上的出气折流板的切面方向至竖直方向的顺时针夹角为30°。

本实施例中，所述催化剂区靠近进气区一侧设置有进气百叶板组，靠近出气区一侧设置有出气百叶板组；所述进气百叶板组由8块进气板片竖向交错设置于催化剂区靠近进气区一侧，所述出气百叶板组由8块出气板片竖向交错设置于催化剂区靠近出气区一侧；所述进气板片与出气板片的板面均为平面，且板间距均为200mm，相邻的2块进气板片与出气板片水平投影的重合面宽度均为80mm；此外，进气板片的切面方向至竖直方向的顺时针夹角为20°，出气板片的切面方向至竖直方向的逆时针夹角为20°。

对比例1

本对比例提供一种高炉煤气水解塔，所述高炉煤气水解塔采用CN110339714A中实施例1公开的反应器，相较于本发明中实施例1提供的高炉煤气水解塔中气相沿径向流动，本对比例的水解塔中气相沿轴向流动。

应用例1

本应用例应用实施例1提供的高炉煤气水解塔对高炉煤气进行水解处理，所选用的水解催化剂为粒径4(±1)mm的氧化铝水解剂，堆积密度为0.5(±0.1)t/m³，高炉煤气的截面速度为0.8m/s，体积空速为2000h^-1。

在水解过程中，高炉煤气自进气道4进入塔内进气区1，在折流锥8及进气折流板9的作用下均匀穿过催化剂区2，再由出气区3内的出气折流板10整流后，经出气道5排出塔外。

应用例2

本应用例应用实施例2提供的高炉煤气水解塔对高炉煤气进行水解处理，所选用的水解催化剂种类、粒径、堆积密度与高炉煤气的截面速度和体积空速均与应用例1相同。

在水解过程中，高炉煤气自进气道进入塔内进气区，在折流锥及进气折流板的作用下均匀穿过催化剂区，再由出气区内的出气折流板整流后，经出气道排出塔外。

应用例3

本应用例应用实施例3提供的高炉煤气水解塔对高炉煤气进行水解处理，所选用的水解催化剂种类、粒径、堆积密度与高炉煤气的截面速度和体积空速均与应用例1相同。

在水解过程中，高炉煤气自进气道进入塔内进气区，在折流锥及进气折流板的作用下均匀穿过催化剂区，再由出气区内的出气折流板整流后，经出气道排出塔外。

应用例4

本应用例应用实施例4提供的高炉煤气水解塔对高炉煤气进行水解处理，所选用的水解催化剂种类、粒径、堆积密度与高炉煤气的截面速度和体积空速均与应用例1相同。

在水解过程中，高炉煤气自进气道进入塔内进气区，在折流锥及进气折流板的作用下均匀穿过催化剂区，再由出气区内的出气折流板整流后，经出气道排出塔外。

应用例5

本应用例应用实施例5提供的高炉煤气水解塔对高炉煤气进行水解处理，所选用的水解催化剂种类、粒径、堆积密度与高炉煤气的截面速度和体积空速均与应用例1相同。

在水解过程中，高炉煤气自进气道进入塔内进气区，在折流锥及进气折流板的作用下均匀穿过催化剂区，再由出气区内的出气折流板整流后，经出气道排出塔外。

应用例6

本应用例应用实施例1提供的高炉煤气水解塔对高炉煤气进行水解处理，所选用的水解催化剂为粒径4(±1)mm的氧化铝水解剂，堆积密度为0.5(±0.1)t/m³，高炉煤气的截面速度为0.9m/s，体积空速为3000h^-1。

在水解过程中，高炉煤气自进气道4进入塔内进气区1，在折流锥8及进气折流板9的作用下均匀穿过催化剂区2，再由出气区3内的出气折流板10整流后，经出气道5排出塔外。

应用例7

本应用例应用实施例1提供的高炉煤气水解塔对高炉煤气进行水解处理，所选用的水解催化剂为粒径4(±1)mm的氧化铝水解剂，堆积密度为0.5(±0.1)t/m³，高炉煤气的截面速度为0.15m/s，体积空速为1000h^-1。

对比应用例1

本对比应用例应用对比例1提供的高炉煤气水解塔对高炉煤气进行水解处理，所选用的水解催化剂种类、粒径、堆积密度与高炉煤气的截面速度和体积空速均与应用例1相同。

在水解过程中，高炉煤气自进气道进入塔内进气区，均匀穿过催化剂区后，再经过出气区由出气道排出塔外。

应用例1-7与对比应用例1所处理的高炉煤气中羰基硫含量均为200(±50)mg/Nm³，高炉煤气温度为120℃，且处理后各应用例的塔内压降、有机硫水解效率与催化剂利用率见表1。

表1

	塔内压降(Pa)	有机硫水解效率(％)	催化剂利用率(％)
				应用例1	650	97	97
应用例2	520	97	97
				应用例3	760	97	98
应用例4	600	97	95
				应用例5	800	97	97
应用例6	770	95	96
				应用例7	590	99	99
对比应用例1	3600	72	79

其中，塔内压降为进气区与出气区的压力差值；有机硫水解效率为进气区和出气区羰基硫浓度差值与进气区羰基硫浓度的比值；催化剂利用率为新鲜催化剂和反应后催化剂的铝元素含量差值与新鲜催化剂的铝元素含量比值。

此外，压力的测量方法为在水解塔侧壁设置旁路连接压力表；高炉煤气中羰基硫的测量方法为采用匹配硫磷检测器的气相色谱进行分析；催化剂的元素含量测量方法为荧光光谱检测。

由表可知：相较于传统的轴向流塔设备，径向流塔设备用在高炉煤气水解塔中可明显降低塔内压降，减小了煤气的传输阻力，提高了煤气中有机硫水解效率和催化剂利用率；此外，高炉煤气水解塔内部的进气折流板结构需要与煤气的截面速度相适应，以此进一步稳定塔内流场并减小系统阻力。

由此可见，本发明提供的径向流塔设备结构简单，强度大，气相传质阻力小，塔内压降小，能够适应各种工况；将径向流塔设备用作高炉煤气水解塔提升了煤气与催化剂的接触面积，减小了煤气的传输阻力和塔内压降，提高了催化剂利用率和煤气中有机硫水解效率。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。