АППАРАТ ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗОВ Российский патент 1998 года по МПК B01D53/86 B01D47/04 B01J8/02 

Изобретение относится к массообменным каталитическим аппаратам, предназначенным для очистки (абсорбции) газов от пыли и вредных примесей и может быть применено для очистки дымовых газов от пыли и азот- и серосодержащих соединений в теплоэнергетике, целлюлозно-бумажной промышленности, а также других отраслях промышленности.

Известен аппарат с регулярной насадкой, который рекомендован для пылеулавливания и может работать в широком диапазоне скоростей газового потока (3-15 м/с) [1].

Указанный аппарат может быть рекомендован для очистки газа от пыли во многих отраслях промышленности, но не может быть использован для очистки дымовых газов теплоэлектростанций из-за возможных зольных отложений, которые могут образовываться практически на всех открытых плоскостях, такими могут быть опорно-распределительные решетки данного аппарата. В результате этих отложений может наблюдаться зарастание (цементация) решеток. В аппарате повышается гидравлическое сопротивление, это приводит, во-первых, к снижению производительности, во вторых, к нарушению стабильности режима работы в аппарате, равномерности взаимодействия фаз за счет возрастания скоростей потока газа в сужающихся участках решетки, в результате значительно уменьшается контакт фаз и снижается массообмен и, как следствие, уменьшается эффективность очистки газа от пыли.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому аппарату является батарейный эмульгатор, который работает в пенном режиме в условиях противоточного массообмена между жидкостью и газом [2].

Батарейный эмульгатор состоит из вертикального цилиндрического или прямоугольного корпуса с патрубками для входа и выхода газа, патрубком для ввода орошающей жидкости - воды или раствора щелочи в воде гашеной извести для очистки газа от сернистого ангидрида, а также гидрозатвором для вывода шлама. Батарейный эмульгатор включает в себя следующие элементы. В корпусе размещается кассета с установленными вертикально цилиндрическими трубными элементами (трубки), которые вставлены в трубную доску и имеют в верхней части дозирующую прорезь для подачи орошающей жидкости внутрь трубы, которая поступает с горизонтальной поверхности трубной доски. Трубные элементы могут быть расположены в трубной доске по сторонам шестиугольника, по концентрическим окружностям или могут быть коридорные [3]. Трубная доска изготавливается из бетонополимера или других материалов, способных противостоять агрессивности обрабатываемых сред и обеспечивает равномерное распределение орошающей жидкости по трубным элементам. В нижней части трубных элементов размещены лопастные завихрители, а выше над ними - инициаторы эмульгирования в виде кольцевых диафрагм.

Водораспределительное устройство состоит из водонапорного бака, раздающих и орошающих коллекторов. Каплеуловитель размещается над водораспределительным устройством.

Батарейный эмульгатор обладает очень высокой эффективностью по очистке газа от пыли 99,6-99,84%. Кроме того, при использовании вместо воды в качестве орошающей жидкости раствора щелочи в виде гашеной извести батарейный эмульгатор можно использовать для очистки газа не только от золы, но и от сернистого ангидрида, при этом глубина связывания его может составить 80-85%, что позволяет не применять специальные сероулавливающие установки.

Одним из основных недостатков батарейного эмульгатора является то, что за счет высоких скоростей газового потока в трубных элементов наблюдается интенсивный каплеунос, который понижает эффективность очистки газа как по пыли, так и по другим ингредиентам в целом, кроме того, осложняет работу дымососов. Применение раствора гашеной извести в качестве орошающей жидкости газового истока приводит к гипсованию каплеуловителя и патрубка для выхода очищенного газа. Это, в свою очередь, приводит к повышению гидравлического сопротивления в эмульгаторе и повышению капитальных и эксплуатационных затрат из-за необходимости строительства реагентного хозяйства и его эксплуатации.

Задача, решаемая предлагаемым техническим решением, заключается в создании аппарата для каталитической очистки газа от пыли, азот- и серосодержащих соединений, способного обеспечить увеличение производительности, повышение эффективности очистки газов, улучшение условий эксплуатации за счет создания каталитической и массообменной поверхности для контакта реагирующих фаз.

Задача решается тем, что аппарат состоит из блока золоочистки, который включает трубные элементы, нижняя часть которых выполнена в виде цилиндра, переходящего в верхней части в форму призмы, трубные элементы закреплены в коллекторе орошения, жидкость из которого подается в трубный элемент через два отверстия, расположенных тангенциально.

Каталитический блок, имеющий систему орошения, расположен над блоком золоочистки и соединен с ним через конфузор, который ускоряет поток газа, при этом обеспечивает высокую эффективность его работы.

Каталитический блок состоит из каплеуловителя в форме пирамиды и съемных смещенных по вертикали корзин с каталитической загрузкой. Боковая поверхность каплеуловителя и стенки корзин выполнены в виде жалюзи из каталитически активного материала, например из стеклопластика, содержащего в своей массе в качестве каталитически активных компонентов оксиды металлов, или из специально обработанного металла, и обеспечивает не только распределение газового потока в слое катализатора, помещенного в корзины, но и выполняет роль катализатора в процессах очистки газов от азот- и серосодержащих соединений.

В зависимости от состава вредных примесей (сероводород, меркаптаны, сернистый ангидрид, оксиды азота) в очищаемых газах внутри корзин размещается катализатор в форме гранул, колец "Рашига" или сотового блока, благодаря которому обеспечивается необходимое время контакта реагирующих фаз на каталитической поверхности.

На фиг. 1 представлены аппарат каталитической очистки газов; на фиг. 2 - разрез А-А каталитического блока на фиг. 1; на фиг. 3 - вид Б сверху участка блока золоочистки.

Аппарат содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, имеющий патрубки ввода 2 и вывода 3 газа, гидрозатвор 4 для вывода зольной пульпы. Аппарат снабжен блоком 5 золоочистки, который состоит из батареи вертикальных трубных элементов и системы 6 орошения, конфузора 7, переходящего в каталитический блок, состоящий из жалюзийного каплеуловителя 8, который снабжен орошения системой 9 и патрубками 10 ввода орошающей жидкости, корзин внутри которых размещен катализатор 11, системы 12 орошения с патрубками ввода 13 и вывода 14 орошающей жидкости.

Аппарат работает следующим образом.

Газы, в частности дымовые газы от котлоагрегатов, поступают в корпус 1 аппарата через входной патрубок 2 и направляются под блок золоочистки 5, откуда поступают в трубные элементы. Газовый поток, прорываясь сквозь слой орошающей жидкости, диспергируется и создает слой пены, которая интенсивно поглощает частички золы из газового потока, которые затем увлекаются потоком жидкости, стекающей через завихритель в нижнюю часть аппарата и выводится через гидрозатвор 4. Очищенные от пыли газы выносят из блока золоочистки 5 диспергированную жидкость в виде мелких капель, которые, ускоряясь в конфузоре 7, входят во внутренний газоход каплеуловителя 8, где и улавливаются за счет инерционных сил, прижимающих капли жидкости ко всем плоскостям жалюзийного каплеуловителя. На плоскостях жалюзийного каплеуловителя одновременно с каплями жидкости оседают также частички неуловленной золы, азот- и серосодержащие соединения, которые, окисляясь, смываются вместе с частичками золы вниз и выводятся из аппарата через патрубок 14 потоком жидкости, который образуется за счет уловленных капель жидкости, а также дополнительным орошением, которое подается из системы орошения 9. При выходе из каплеуловителя 8 газовый поток резко меняет направление и скорость движения, что обеспечивает равномерное его распределение в слое катализатора в каталитическом блоке 11, где осуществляется очистка газа от азот- и серосодержащих соединений при орошении жидкостью, подаваемой из системы орошения 12, которая смывает продукты реакции с поверхности катализатора, то есть проводит регенерацию активных центров на его поверхности. Образовавшаяся серная кислота выводится из аппарата через патрубок 14 и может быть направлена на нейтрализацию или на концентрирование в процессе повторного орошения каталитического блока 11. Полученная серная кислота может быть использована в производстве удобрений. Очищенные газы от пыли, азота- и серосодержащих соединений выводятся из аппарата через патрубок 3.

Преимуществами предлагаемого аппарата является то, что его конструкция позволяет одновременно глубоко очищать газы от пыли (99,90-99,95%), сернистого ангидрида (90-95%), оксидов азота (60-65%), сероводорода (98,5-100%) и меркаптанов (97-100%) при использовании в качестве орошающей жидкости воды. Указанный эффект наблюдается на Байкальском ЦБК при очистке газов содорегенерационных печей, содержащих весь вышеуказанный состав вредных соединений, в опытно-промышленной установке производительностью 50 тыс.м /ч.

Применение предлагаемого аппарата в технологии очистки газов от вышеуказанных вредных соединений позволяет решить экологическую проблему теплоэнергетики, целлюлозно-бумажной, химической, углеперерабатывающей и других отраслей промышленности, где газовые выбросы содержат почти весь компонентный состав вредных соединений, который может быть извлечен предлагаемым аппаратом или отдельные компоненты из выше названных соединений.

ЛИТЕРАТУРА
1. Авт.свид. СССР N 1450180, кл. В 01 D 53/20, 1987.

2. Дюскин П.Ф., Агафонова Л.Н., Монов В.И. Батарейный эмульгатор. Электрические станции., 1994, N 9, с.52-53.

3. Башан П.И., Конелец Г.Е., Селеверстов В.М. Справочник по теплообменным аппаратам.- М.: Машиностроение, 1989, с.25.

Использование: изобретение относится к массообменным каталитическим аппаратам, предназначенным для очистки (абсорбции) газов от пыли и вредных примесей и может быть применено конкретно для очистки дымовых газов от пыли и азот- и серосодержащих соединений в теплоэнергетике, целлюлозно-бумажной промышленности, а также других отраслей промышленности. Сущность изобретения: для увеличения производительности, повышения эффективности очистки газов, улучшения условий эксплуатации, предлагается аппарат, состоящий из корпуса, патрубка для ввода и вывода реагирующих фаз, внутри которого размещен блок золоочистки с системой орошения над которым через конфузор расположен каталитический блок. Каталитический блок состоит из съемных смещенных по вертикали корзин и каплеуловителя, боковая поверхность которых выполнена в виде жалюзи из каталитически активных пластин, которые выполняют в жидкофазном процессе очистки газов от азот- и серосодержащих соединений роль катализатора. В корзины дополнительно размещается катализатор в форме гранул, колец "Рашига" или блока. Блок золоочистки выполнен из трубных элементов, нижняя часть которых изготовлена в виде цилиндра переходящего в верхней части трубы в форму призмы, которые закреплены в коллекторе орошения. В трубные элементы орошающая жидкость подается через отверстия, расположенных тангенциально. 3 ил.

Аппарат для очистки газов, содержащий корпус с размещенным внутри блоком золоочистки, состоящим из трубной доски, куда вставлены трубные элементы с системой орошения, каплеуловителя и патрубками для ввода и вывода реагирующих фаз, отличающийся тем, что аппарат содержит каталитический блок, имеющий систему орошения и состоящий из съемных и смещенных по вертикали каталитических корзин с каталитической загрузкой, каплеуловителя в виде пирамиды, боковая поверхность которых выполнена в виде жалюзи из каталитически активных пластин, и соединенный через конфузор с блоком золоочистки, который выполнен из трубных элементов с нижней цилиндрической частью, переходящей в верхней части трубы в форму призмы, и закрепленных в коллекторе орошения, жидкость из которого подается в трубные элементы через отверстия, расположенные тангенциально.