СПОСОБ УМЕНЬШЕНИЯ ТОКСИЧНЫХ ВЫБРОСОВ УСТРОЙСТВ, СЖИГАЮЩИХ ОРГАНИЧЕСКОЕ ТОПЛИВО Российский патент 1998 года по МПК B01D53/00 B01D53/74 

Изобретение относится к способам и устройствам для разделения газов и может быть использовано в энергетике, промышленности и транспорте для снижения вредных выбросов в атмосферу при сжигании органического топлива.

Известен способ, реализуемый в устройстве для очистки дымовых газов мощных электростанций от оксидов азота и серы [1], при котором реализован электроциклический принцип нейтрализации NO_x и SO_x, более эффективный и менее громоздкий, чем аммиачно-каталитический и мокроизвестковый способы. Устройство включает в себя абсорберы 1-й и 2-й ступеней, регенераторы (десорберы), насосное оборудование, фильтры-поглотители и т.д. Охлажденные до 50^oC дымовые газы поступают в абсорбер 1-й ступени, где орошаются встречным потоком железного купороса FeSO₄: FeSO₄+NO_x > Fe(NO_x)SO₄. Полученный раствор пропускают через регенератор (десорбер), где NO_x отделяется и улавливается. Очищенные от NO_x дымовые газы направляются в абсорбер 2-й ступени, где SO_x нейтрализуется растворами щелочи NaOH и хлористого натрия: 2NaOH + SO₂ + NaCl > NaSO₃ + NaCl + H₂O. Очищенные от SO₂ и NO_x дымовые газы дымососом подаются в дымовую трубу и выбрасываются в атмосферу.

Способ [1] использует большое количество дополнительных дорогостоящих материалов - реагентов: железный купорос, щелочи, соли, применение которых не только увеличивает эксплуатационные расходы, но и приводит к вторичному загрязнению окружающей среды токсичными солями серной, соляной и сернистой кислот (FeSO₄, FeCl₂, NaSO₃ и т.д.) в больших масштабах.

Известен способ очистки отходящих газов [2], наиболее близкий по назначению и выбранный в качестве прототипа. Изобретение относится к сжатию и охлаждению автомобильных и других отходящих газов. В прототипе задача решается путем сжатия и внешнего охлаждения отходящих газов и повторного охлаждения отходящих газов при снятии давления, что приводит к конденсации отходящих газов и химическому связыванию вредных газов NO_x + SO_x.

В качестве необходимой для этого устройства предлагается воронкообразная вращающаяся нарезная труба с внутренней резьбой для перемещения газов и наружной резьбой для перемещения способом противотока охлаждающего воздуха, а также жесткой наружной оболочкой и резервуаром для снятия напряжения отходящих газов, включая фильтр, через который выводится остаточный газ в атмосферу. Чтобы капли конденсата могли оптимально прийти в соприкосновение с нейтрализующим средством, залитым в канавках, нарезная труба после внезапного расширения должна снова сужаться, заостряясь к концу, что вследствие конденсации вредных газов с сопровождающимся при этом уменьшением объема газа не должно привести к повторному возрастанию давления и повышению температуры. Выходное отверстие с помощью фильтра удерживает остаточные капли конденсата, жесткая внешняя оболочка предназначена для изолирования от распространения шума и теплоты.

В прототипе предусматривается, что охлаждение работает благодаря подведению свежего воздуха через наружную резьбу.

Достоинства прототипа по мнению автора заключаются в простоте конструкции, дешевизне изготовления, отсутствии необходимости в дорогостоящих автомобильных катализаторах с использованием платины, эффективности против свинца в бензине, возможности параллельной работы большого количества устройств.

Общими признаками прототипа с предлагаемым изобретением являются следующие: осуществляется способ уменьшения токсичных выбросов устройств, сжигающих органическое топливо, включающий очистку дымовых газов от золы и пыли, сжатие и охлаждение выбросов с отделением компонентов.

Недостатки прототипа: невозможность достижения температур ниже 0^oC и невозможность полного разделения дымовых газов на компоненты, в связи с чем большая часть дымовых газов удаляется в атмосферу; возможно удаление только NO₂ и SO₂, а H₂S, CO₂, N₂O, N₂ остаются в выхлопных газах; в прототипе предусмотрено химическое связывание удаляемых NO₂ и SO₂ с помощью специальных реагентов. Продукты реакций при очистке устройства могут загрязнять окружающую среду (вторичное загрязнение); устройство, осуществляющее способ по прототипу, имеет иной принцип действия и рассчитано на сжигание этилированного бензина и не приспособлено для сжигания угля и мазута; способ не обеспечивает очистки отходящих газов крупных энергоустановок -электростанций, котельных, промышленных печей, газовых турбин и т.д. ввиду значительных расходов дымовых газов, в десятки тысяч раз превосходящих автомобильный выхлоп.

Изобретение направлено на максимально полный вывод компонентов: H₂O, NO₂, SO₂, H₂S, CO₂, NO₂ и N₂ из дымовых газов энергетических установок, сжигающих органическое топливо любого вида.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что очистке подвергаются дымовые газы, содержащие компоненты H₂O, NO₂, SO₂, H₂S, CO₂, NO₂ и N₂, при этом их предварительно охлаждают до 30-50^oC, а сжатие и охлаждение осуществляют следующим способом: сжимают до давления 0,25-0,3 МПа с повышением температуры до 135-145^oC, охлаждают до температуры 30-50^oC, сжимают до давления 0,55-0,6 МПа с повышением температуры до 150-160^oC, сжатые дымовые газы интенсивно охлаждают до температуры 30-1^oC с образованием конденсата H₂O, NO₂ и раствора слабоконцентрированной H₂SO₃, выводят их, остаточные газы доохлаждают до температуры минус 10 - минус 15^oC с конденсацией SO₂, выводят конденсат, остаточные дымовые газы расширяют до давления 0,13-0,16 МПа, доохлаждают до температуры минус 65 - минус 70^oC, конденсируют H₂S и выводят конденсат, остаточные дымовые газы расширяют до атмосферного давления с установлением температуры минус 80 - минус 89^oC, сублимируют CO₂ и отделяют его в виде сухого льда, конденсируют N₂O и выводят конденсат, а оставшиеся нетоксичные дымовые газы выводят в атмосферу.

Тепловую и механическую энергию сжатых дымовых газов используют для компенсации энергозатрат способа.

Литература
1. Электрические станции, 1994 г., N 3, с. 2. Установка для очистки дымовых газов от оксидов азота и серы.

2. Lammers A. Abgas - Reinigung. D 7886 Murg-4. Patent DE N 3526381 A1 B 01 D 53/00, 17.04.86.

Изобретение используют в области энергетики, промышленности и транспорта для снижения вредных выбросов в атмосферу при сжигании органического топлива. Дымовые газы сжимают, интенсивно охлаждают и расширяют с разделением их на компаненты H₂O, NO₂, SO₂, H₂S, CO₂, N₂O и N₂. Позволяет обеспечить максимально полный вывод компонентов: H₂O, NO₂, SO₂, H₂S, CO₂, N₂O и N₂ из дымовых газов с возможностью дальнейшего использования этих компонентов. Изобретение позволяет значительно уменьшить выбросы токсичных веществ на любых устройствах, снизить капиталовложения. 2 з.п.ф-лы.

1. Способ уменьшения токсичных выбросов устройств, сжигающих органическое топливо, включающий очистку выбросов от золы и пыли, сжатие и охлаждение выбросов с отделением компонентов, отличающийся тем, что в качестве выбросов используют дымовые газы, содержащие компоненты H₂O, NO₂, SO₂, H₂S, CO₂, N₂O и N₂, предварительно охлаждают их до 30 - 50^oС, а сжатие и охлаждение осуществляют следующим способом: сжимают до давления 0,25 - 0,3 МПа с повышением температуры до 135 - 145^oC, охлаждают до температуры 30 - 50^oC, сжимают до давления 0,55 - 0,6 МПа с повышением температуры до 150 - 160^oС, сжатые дымовые газы интенсивно охлаждают до 30 - 1^oС с образованием конденсата H₂O, NO₂ и раствора слабоконцентрированной H₂SO₃, выводят их, остаточные газы доохлаждают до температуры - 10 - 15^oС с конденсацией SO₂, выводят конденсат, остаточные дымовые газы расширяют до давления 0,16 - 0,13 МПа, доохлаждают до температуры -65...-70^oС, конденсируют H₂S и выводят конденсат, остаточные дымовые газы расширяют до атмосферного давления с установлением температуры -80...-89^oС, сублимируют CO₂ и отделяют его в виде сухого льда, конденсируют N₂O и выводят конденсат, а оставшиеся нетоксичные дымовые газы выводят в атмосферу. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что тепловую энергию сжатых газов используют для компенсации энергозатрат способа. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что механическую энергию расширения газов используют для компенсации энергозатрат способа.