CN108295588A - 一种新型气体除尘净化设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型气体除尘净化设备，包括塔体，通过在塔体内设置多孔材料板作为气体分布器，以洗涤液为连续相，以气体为分散相，气体自塔体底部进入，经多孔材料板分散成小气泡后进入洗涤液内；气体在洗涤液内分散和运动过程中，会与洗涤液发生气液接触和气液传质，使得气体内的粉尘被洗涤液捕集吸收，粉尘从气体内转移至洗涤液内，实现气体净化；本发明以多孔材料板作为气体分布器可实现传统气体分布器无法实现的微小气泡分布，气泡直径最小可达到0.1μm，甚至更小，气泡大小均匀且易于控制，分散精度高，对提高气液接触和气液传质具有非常积极的作用，有效提高除尘效果和效率，解决现有除尘设备对微细粉尘捕集效率低的问题。

Description

一种新型气体除尘净化设备

技术领域

本发明属于环保设备技术领域，具体涉及一种新型气体除尘净化设备。

背景技术

随着中国的不断发展，人们对于优美生态环境的需求日益增长，建设美丽中国、实现绿色发展已成为我国的一项基本国策。而另一方面，城市化和工业化带来的大气污染问题却日益严峻，其中微细粉尘尤其是PM2.5的污染已成为突出问题。微细粉尘是指空气动力学当量直径小于5μm的颗粒物，大量研究表明：微细粉尘粒径小、比表面积大、表面可富集有毒有害物质、能长时间停留于空气中，对人体健康和大气环境会造成巨大危害，因此，微细粉尘治理已成为当前大气污染防治的一项重要课题，并已引起人们的高度重视。

常规气体除尘技术如机械除尘器、过滤式除尘器、电除尘器、湿式洗涤器等，对10μm以上的粉尘去除效率很高，而微细粉尘质量轻、体积小、有效荷电困难，因此采用常规除尘技术很难捕集；即使采用复合除尘技术，如电袋复合除尘、静电旋风除尘、静电滤筒除尘等，对微细粉尘的捕集效率也难以提高，而且还会带来造价增加、操作复杂、材质要求提高等新的问题。所以，要从根本上解决气体中微细粉尘的脱除问题，必须考虑采用新技术和新方法。

鼓泡塔是在塔体下部安装气体分布器，气体呈气泡状分散在液体中进行传质、传热的一种塔式反应器。鼓泡塔以其结构简单、无机械传动部件、易密封、传热效率高、操作稳定、操作费用低等优点，被广泛应用于加氢、脱硫、烃类氧化、烃类卤化、费托合成、煤的液化及菌种培养等工业过程。

鼓泡塔的特点是塔内充满液体，气相高度分散在液相中，因此有大的持液量和相际接触表面，传质效率很高，特别利于微细粉尘的吸收捕集；但常规鼓泡塔也存在气泡体积较大，气体分散不均，塔内液相大量返混，气泡容易聚并的缺点，影响了鼓泡塔技术的推广使用。

在鼓泡塔中，气泡的大小是影响气体滞溜量、气液接触面积和气液传质效率的重要因素，决定气泡大小的关键设备是气体分布器。常规气体分布器按型式来说通常采用多孔管、多孔板等，通常孔径较大，形成的气泡体积也大，气液接触面积小，气体分散效果差，气液传质能力不强。

多孔材料是指具有一定尺寸和数量孔隙结构的功能材料，其在制备成形或高温烧结过程中，本体结构内形成大量彼此相通或闭合气孔。常见多孔材料有多孔陶瓷、多孔高分子材料、多孔金属烧结材料等。多孔材料具有比表面积大、透过性均匀、密度低、原料来源广，使用寿命长等优良特性，现已作为过滤、分离、吸音、催化剂载体等关键材料而广泛应用于化工、能源、环保、石油、冶金、及生物等重要领域，并逐渐引起了材料学界的高度关注，成为一个非常活跃的研究领域。

利用鼓泡塔技术原理和多孔材料的分散特性来解决气体中微细粉尘的净化问题在目前还是一个全新的技术领域，目前尚未见相关文献报道。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种新型气体除尘净化设备。本发明所述新型气体除尘净化设备，以洗涤液为连续相，以气体为分散相，以多孔材料板作为气体分布器，利用鼓泡塔原理和技术，通过气液接触和气液传质，将气体内的粉尘转移吸收至洗涤液内，从而实现气体净化的目的。

本发明所采用的技术方案为：

多孔材料在除尘净化设备中的应用。

一种新型气体除尘净化设备，包括塔体，所述塔体的底部设置进气口，顶部设置出气口，所述塔体内部填充洗涤液，所述塔体的内部设置气体分布器，所述塔体的侧壁上分别设置进液口和出液口；

所述气体分布器为水平设置的多孔材料板，所述多孔材料板的平均孔径0.005μm≤d≤500μm，孔隙率30％≤δ≤96％。

所述多孔材料板的微孔形态为开口气孔、闭口气孔、贯通气孔中的一种或几种的组合。

所述多孔材料板为多孔陶瓷板、多孔高分子材料板、多孔金属烧结材料板、高分子中空纤维材料板中的一种或几种的组合。

所述多孔材料板的氮气通量≤5×10⁴m³ _/m²·h·bar。

所述进液口连接设置净化装置。

所述气体分布器设置在所述塔体的中下方。

所述气体分布器包括间隔且平行设置的一段多孔材料板和二段多孔材料板。

所述一段多孔材料板位于所述二段多孔材料板的下方，且所述一段多孔材料板的孔径大于所述二段多孔材料板的孔径。

所述一段多孔材料板的平均孔径为15-25μm，所述二段多孔材料板的平均孔径为4-6μm。

所述塔体的上方设置除沫筛板。

本发明的有益效果为：

(1)本发明将鼓泡塔技术原理和新型多孔材料的微孔分散特性有机结合，针对性地解决了常规除尘技术最难以解决的微细粉尘气体的净化难题，实现了对气体粉尘颗粒特别是微细粉尘的高效捕集吸收，为解决当前PM2.5污染和雾霾问题具有积极意义，为实现工业气体的深度净化排放、推动制造业绿色发展创造了有利条件。

(2)本发明将化学反应中的鼓泡塔技术原理应用于微细粉尘处理，从工程角度解决了粉尘捕集的效率问题，能够满足于不同工况条件下的除尘要求，对火电、水泥、化工等大通量、高微细粉含量的工业废气治理更是具有积极意义。

(3)本发明采用多孔材料作为气体分散单元，是对传统气体分布器分散机理的一次创新，它充分发挥了多孔材料的微孔尺寸特性，利用多孔材料的均匀透过性特点，可以实现传统气体分布器所无法实现的高效微泡化均匀分布，气泡直径最小可达到0.1μm，甚至更小，气泡大小均匀且易于控制、分散精度高，能够大幅提高气液接触面积，改善气体的分散形态，充分提升鼓泡塔的气体传质效率，满足微细粉尘的高效脱除需要。

(4)本发明设备结构简单，操作稳定，放大效应小，操作弹性大，易安装，易维护，使用寿命长，可以广泛应用与化工、生物、环保等各个领域，也可小型化用于民用和家庭的空气净化，应用前景广阔。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所述新型气体除尘净化设备的工作原理图；

图2是本发明所述新型气体除尘净化设备的结构示意图。

图中1-进气口，2-出气口，3-洗涤液，4-气体分布器，41-一段多孔材料板，42-二段多孔材料板，5-进液口，6-出液口，7-净化装置，8-除沫筛板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例1

本实施例提供一种新型气体除尘净化设备，包括塔体，所述塔体的底部设置进气口1，顶部设置出气口2，所述塔体内部填充洗涤液3，所述塔体的内部中下方设置气体分布器4，所述塔体的侧壁上分别设置进液口5和出液口6；所述气体分布器4为水平设置的多孔材料板，所述多孔材料板的骨料材质为刚玉，所述多孔材料板的孔径0.005μm≤d≤500μm，孔隙率δ为30％≤δ≤96％，气体经该多孔材料板分散后的气泡直径d为0.003-30mm，所述多孔材料板的微孔形态以贯通孔和开口气孔为主，所述多孔材料板的氮气通量≤5×10⁴m³ _/m²·h·bar(氮气通量，是指以氮气为标准测定气体通过量)。

所述进液口5与净化装置7的出口连通设置，所述出液口6与净化装置7的进口连通设置，从而洗涤液3需要净化处理时，从所述出液口6输出到净化装置7进行净化，完成处理后，净化液从净化装置7经进液口5输入塔体。

本发明所述的新型气体除尘净化设备，其工作原理图如图1所示，以洗涤液3为连续相，以气体为分散相，以多孔材料板作为气体分布器4，利用鼓泡塔原理和技术，气体自塔体底部进入，经多孔材料板分散成小气泡后进入洗涤液3内；气体在洗涤液3内分散和运动过程中，会与洗涤液3发生气液接触和气液传质；在接触和传质过程中，气体内的粉尘被洗涤液3捕集吸收，粉尘从气体内转移至洗涤液3内，从而实现气体净化的目的；本发明以多孔材料板作为气体分布器4可以实现传统气体分布器4无法实现的微小气泡分布，气泡直径最小可达到0.1μm，甚至更小，气泡大小均匀且易于控制，分散精度高，对提高气液接触和气液传质具有非常积极的作用，有效提高除尘效果和效率，解决现有除尘设备对微细粉尘捕集效率低的问题。

所述多孔材料板采用如下方法制备得到：

(1)制备混合粉体：

分别取400重量份的三水氧化铝粉、400重量份的一水氧化铝粉、1重量份的羧甲基纤维素钠、20重量份的黄原胶、30重量份的聚丙烯酸钠、50重量份木质素磺酸钠，在2000r/min的搅拌速度下进行充分混合60min，以使所有物料充分混合均匀，即得所述混合粉体；

(2)制备混合溶液：

分别取3重量份的甲基纤维素、20重量份的丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物、200重量份的去离子水，在360r/min搅拌条件下进行充分混合均匀，之后加热至80℃并恒温60min，停止加热，搅拌冷却至室温，即得所述混合溶液；

(3)采用球磨将所述混合粉体与所述混合溶液进行混合均匀，之后加入500重量份的去离子水、40重量份的丙三醇、5重量份的环己酮，进行球磨混合30h，得到浆料先在10kPa的真空条件下进行陈化60min，之后在常压、氮气氛围中陈化80h；

(4)将陈化好的浆料进行流延处理，控制基板温度为-30℃，刮刀间隙为1mm，得到单层流延片，待单层流延片冷却结晶后，重复操作(以所述单层流延片为基板，重复步骤(1)步骤(4)操作)，依次流延得到第二层和第三层，即得具有多层结构的陶瓷胚体；

(5)将步骤(4)得到的陶瓷胚体在-30℃进行冷冻干燥20h；

(6)将冷冻干燥后的陶瓷胚体按照2℃/min的升温速度进行预焙烧；当温度达到300℃时，恒温0.5h；继续升温至450℃，然后恒温0.5h；最后升温至650℃，恒温1h；

(7)将预焙烧后的陶瓷胚体按照5℃/min的升温速度进行高温焙烧；当温度达到1100℃时，恒温2h；继续升温至1400℃，然后恒温2h；最后升温至1650℃，恒温2h，即得所述多孔材料板。

实施例2

本实施例提供一种新型气体除尘净化设备，如图2所示，包括塔体，所述塔体的底部设置进气口1，顶部设置出气口2，所述塔体内部填充洗涤液3，所述塔体的内部中下方设置气体分布器4，所述塔体的上方设置除沫筛板8，所述塔体的侧壁上分别设置进液口5和出液口6；所述气体分布器4包括间隔且平行设置的一段多孔材料板41和二段多孔材料板42，所述一段多孔材料板41位于所述二段多孔材料板42的下方。

所述一段多孔材料板41的骨料材质为刚玉，所述一段多孔材料板41的平均孔径15-25μm，孔隙率δ为85-90％，气体经该一段多孔材料板41分散后的平均气泡直径d＜5mm，所述一段多孔材料板41的微孔形态以纵向贯通孔和开口气孔为主，所述一段多孔材料板41的氮气通量≤5×10⁴m³/m²·h·bar。

所述二段多孔材料板42的骨料材质为刚玉，所述二段多孔材料板42的平均孔径4-6μm，孔隙率δ为65-70％，气体经该二段多孔材料板42分散后的平均气泡直径d＜1mm，所述二段多孔材料板42的微孔形态以贯通孔和开口气孔为主，所述二段多孔材料板42的氮气通量≤5×10⁴m³ _/m²·h·bar。

所述进液口5与净化装置7的出口连通设置，所述出液口6与净化装置7的进口连通设置，从而洗涤液3需要净化处理时，从所述出液口6输出到净化装置7进行净化，完成处理后，净化液从净化装置7经进液口5输入塔体。

本实施例以高表观气速的气液鼓泡塔为设计模型，采用计算流体力学(Computational fluid dynamics，CFD)方法进行工艺模拟和优化，所用软件为FLUENTv6.3。设计采用群平衡模型耦合计算流体力学方法(CFD-PBM)，三维CFD模型以欧拉-欧拉模型为基础，采用重整化群(RNG)k-ε湍流模型和Schiller-Naumann曳力模型；使用离散法(class method，CM)求解群平衡方程。建模和模拟计算后，根据计算结果确定设备技术参数，并根据气体分布要求取得所需一段多孔材料板41和二段多孔材料板42的性能参数。

所述一段多孔材料板41采用如下方法制备得到：

(1)制备混合粉体：

分别取600重量份的三水氧化铝粉、100重量份的一水氧化铝粉、10重量份的羧甲基纤维素钠、5重量份的黄原胶、100重量份的聚丙烯酸钠、5重量份木质素磺酸钠，在4000r/min的搅拌速度下进行充分混合20min，以使所有物料充分混合均匀，即得所述混合粉体；

(2)制备混合溶液：

分别取30重量份的甲基纤维素、1重量份的丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物、300重量份的去离子水，在120r/min搅拌条件下进行充分混合均匀，之后加热至100℃并恒温30min，停止加热，搅拌冷却至室温，即得所述混合溶液；

(3)采用球磨将所述混合粉体与所述混合溶液进行混合均匀，之后加入2000重量份的去离子水、10重量份的丙三醇、20重量份的环己酮，进行球磨混合30h，得到浆料先在30kPa的真空条件下进行陈化40min，之后在常压、氮气氛围中陈化150h；

(4)将陈化好的浆料注入平板成型模具，在-50℃下冷冻24h，得到陶瓷胚体；

(5)将步骤(4)得到的陶瓷胚体在-50℃进行冷冻干燥20h；

(6)将冷冻干燥后的陶瓷胚体按照2℃/min的升温速度进行预焙烧；当温度达到330℃时，恒温0.5h；继续升温至400℃，然后恒温0.5h；最后升温至650℃，恒温1h；

(7)将预焙烧后的陶瓷胚体按照5℃/min的升温速度进行高温焙烧；当温度达到1050℃时，恒温2h；继续升温至1450℃，然后恒温2h；最后升温至1650℃，恒温2h，即得所述一段多孔材料板41。

所述二段多孔材料板42采用如下方法制备得到：

(1)制备混合粉体：

分别取600重量份的三水氧化铝粉、100重量份的一水氧化铝粉、10重量份的羧甲基纤维素钠、5重量份的黄原胶、100重量份的聚丙烯酸钠、5重量份木质素磺酸钠，在4000r/min的搅拌速度下进行充分混合20min，以使所有物料充分混合均匀，即得所述混合粉体；

(2)制备混合溶液：

分别取30重量份的甲基纤维素、1重量份的丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物、300重量份的去离子水，在120r/min搅拌条件下进行充分混合均匀，之后加热至100℃并恒温30min，停止加热，搅拌冷却至室温，即得所述混合溶液；

(3)采用球磨将所述混合粉体与所述混合溶液进行混合均匀，之后加入2000重量份的去离子水、10重量份的丙三醇、20重量份的环己酮，进行球磨混合30h，得到浆料先在30kPa的真空条件下进行陈化40min，之后在常压、氮气氛围中陈化150h；

(4)将陈化好的浆料注入平板成型模具，在-40℃下冷冻24h，得到陶瓷胚体；

(5)将步骤(4)得到的陶瓷胚体在-40℃进行真空冷冻干燥20h；

(6)将冷冻干燥后的陶瓷胚体按照2℃/min的升温速度进行预焙烧；当温度达到350℃时，恒温0.5h；继续升温至450℃，然后恒温0.5h；最后升温至600℃，恒温1h；

(7)将预焙烧后的陶瓷胚体按照5℃/min的升温速度进行高温焙烧；当温度达到1050℃时，恒温2h；继续升温至1450℃，然后恒温2h；最后升温至1600℃，恒温2h，即得所述二段多孔材料板42。

实验例

本发明实施例2所述新型气体除尘净化设备在某石化厂30000m³/h工业尾气除尘***中的应用，洗涤液3为水。

该石化厂工业尾气产自该厂合成工段，尾气内主要污染物为氧化铝、二氧化硅等固体粉尘颗粒；粉尘含量为1500-1800mg/m³，粉尘以细粉为主，粒径范围0.5-100μm，其中15μm以下粒径的粉尘约占70％，尾气量30000m³/h。

具体工艺流程为：尾气进入塔体内，先经过下层的一段多孔材料板41分散为微小气泡(气泡平均直径＜3mm)后进入水相进行洗涤除尘，以除去大部分粉尘，之后进入二段多孔材料板42分散为更细小的微小气泡(气泡平均直径＜1mm)后进入水相进行深度洗涤除尘，最后经除沫筛板8脱去夹带的水雾后自塔顶排出，经检测，处理后气体的粉尘含量<2mg/m³，达到一次处理即可排放的标准。

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，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.多孔材料在除尘净化设备中的应用。

2.一种新型气体除尘净化设备，其特征在于，包括塔体，所述塔体的底部设置进气口(1)，顶部设置出气口(2)，所述塔体内部填充洗涤液(3)，所述塔体的内部设置气体分布器(4)，所述塔体的侧壁上分别设置进液口(5)和出液口(6)；

所述气体分布器(4)为水平设置的多孔材料板，所述多孔材料板的平均孔径0.005μm≤d≤500μm，孔隙率30％≤δ≤96％。

3.根据权利要求2所述的新型气体除尘净化设备，其特征在于，所述多孔材料板的微孔形态为开口气孔、闭口气孔、贯通气孔中的一种或几种的组合。

4.根据权利要求2所述的新型气体除尘净化设备，其特征在于，所述多孔材料板为多孔陶瓷板、多孔高分子材料板、多孔金属烧结材料板、高分子中空纤维材料板中的一种或几种的组合。

5.根据权利要求2所述的新型气体除尘净化设备，其特征在于，所述多孔材料板的氮气通量≤5×10⁴m³/m²·h·bar。

6.根据权利要求1所述的新型气体除尘净化设备，其特征在于，所述进液口(5)连接设置净化装置(7)。

7.根据权利要求1所述的新型气体除尘净化设备，其特征在于，所述气体分布器(4)设置在所述塔体的中下方。

8.根据权利要求1所述的新型气体除尘净化设备，其特征在于，所述气体分布器(4)包括间隔且平行设置的一段多孔材料板(41)和二段多孔材料板(42)。

9.根据权利要求7所述的新型气体除尘净化设备，其特征在于，所述一段多孔材料板(41)位于所述二段多孔材料板(42)的下方，且所述一段多孔材料板(41)的孔径大于所述二段多孔材料板(42)的孔径。

10.根据权利要求1所述的新型气体除尘净化设备，其特征在于，所述塔体的上方设置除沫筛板(8)。