СПОСОБ ОЧИСТКИ ГАЗОВ, СОДЕРЖАЩИХ ДВУОКИСЬ СЕРЫ, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК B01D53/50 B01D53/78 

Настоящее изобретение относится к способу очистки газов, содержащих двуокись серы, в частности дымовых газов, и к устройству для его осуществления.

Двуокись серы является газом, образующимся при окислении серусодержащих материалов, в частности мусора, угля, нефти, природного газа и торфа. Хотя изобретение относится в особенности к удалению двуокиси серы из дымовых газов, образующихся при окислении (сгорании) таких материалов, его рамки не ограничены этой конкретной областью применения, поскольку в общем оно относится к очистке газов, содержащих двуокись серы. Известная в данной области техники процедура очистки содержащих двуокись серы дымовых газов обычно основана на абсорбции двуокиси серы водной щелочной промывной жидкостью. В настоящее время применяют преимущественно три различные системы, а именно: системы на кальциевой основе, системы на натриевой основе и непрямые системы на кальциевой основе. В системах на кальциевой основе в качестве щелочи используют известняк (CaCO₃) и известь CaO, Ca(OH)₂, тогда как в системах на натриевой основе в качестве щелочи используют гидроокись натрия (NaOH) или кальцинированную соду (Na₂CO₃). В непрямых системах на кальциевой основе для абсорбции двуокиси серы в газовом скруббере используют вначале такую легкорастворимую щелочь, как NaOH. После абсорбции двуокиси серы промывную жидкость регенерируют вне газового скруббера с помощью более слаборастворимой щелочи, в частности извести. Благодаря применению в газовом скруббере такой более легкорастворимой щелочи, как гидроокись натрия, в промывной жидкости этого газового скруббера растворяется значительно большее количество щелочи, поэтому опасность образования отложений существенно ниже, чем в системе на кальциевой основе. Так как в промывной жидкости растворяется более значительное количество щелочи, расход направляемого на рециркуляцию потока промывной жидкости, отводимой из газового скруббера, оказывается уменьшенным, а способность промывной жидкости абсорбировать двуокись серы - увеличенной.

В соответствии с настоящим изобретением для абсорбции двуокиси серы используют непрямую систему на кальциевой основе.

В качестве примера известного уровня техники можно упомянуть описание к американскому патенту 3873532, в котором предлагается способ мокрой очистки содержащих двуокись серы дымовых газов. В соответствии с описанием к этому американскому патенту содержащие двуокись серы дымовые газы вводят в газовый скруббер, в котором их промывают водной щелочной промывной жидкостью на основе гидроокиси натрия или карбоната натрия. Эту щелочную промывную жидкость подают с помощью насоса из емкости в газовый скруббер и из газового скруббера возвращают в емкость. Из газового скруббера для регенерации отводят часть потока промывной жидкости и его направляют в сосуд для добавления кальциевых ионов в форме гашеной извести (Ca(OH)₂). Далее эту часть потока промывной жидкости подают в седиментационную установку для отстаивания выпавшего в осадок сульфата кальция, который затем удаляют и отфильтровывают. Некоторое количество сульфата калия, отводимое из седиментационной установки, возвращают в сосуд для добавления гашеной извести. Освобожденную таким образом от выпавшего в осадок сульфата кальция промывную жидкость направляют из седиментационной установки в устройство для добавления соды (Na₂CO₃) и отстаивания выпавшего в осадок карбоната кальция. Затем выпавший в осадок карбонат кальция возвращают в сосуд для добавления гашеной извести, тогда как регенерированную промывную жидкость возвращают в емкость для щелочной промывной жидкости.

Непрямая система на кальциевой основе, представленная в американском патенте 3873532, имеет некоторые недостатки.

Так, например, шлам, который отстаивают после добавления извести, является очень тонкозернистым - размеры кристаллов в нем составляют приблизительно лишь 10-50 мкм. Этот шлам состоит главным образом из кристаллов сульфата кальция, но он содержит также некоторые такие примеси, как карбонаты и гидраты окисей, которые смешаны с кристаллами сульфата кальция. Это означает, что шлам после отстаивания, который удаляют и отфильтровывают, состоит не из чистого гипса, а из загрязненного гипса. Такой нечистый гипс не находит промышленного применения, а представляет собой дорогостоящий отход. В соответствии с описанием к этому американскому патенту некоторую часть шлама после отстоя возвращают в сосуд для добавления извести с целью увеличить размеры кристаллов, но он представляет собой просто фракцию шлама, который направляют таким образом на рециркуляцию, причем основную часть непосредственно отводят для фильтрования. Более того, возврат в сосуд для добавления извести, процесс в котором проводят при щелочной величине pH, означает, что примеси карбонатов и гидратов окисей в шламе не растворяются вообще или лишь в ограниченной степени.

Сказанное можно дополнить тем, что в соответствии с ранее известной техникой в отстоенный шлам часто добавляют полиэлектролит с целью упростить манипуляции с ним и фильтрование. Это, естественно, удорожает процесс.

Целью настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков ранее известной техники и обеспечение усовершенствованного способа очистки содержащих двуокись серы газов, в частности дымовых газов, с получением чистого гипса. В соответствии с изобретением эта цель достигается благодаря тому факту, что отстоенный шлам при добавлении извести целиком рециркулируют в часть потока промывной жидкости, отводимой из газового скруббера, и смешивают с ней выше по ходу движения, то есть перед добавлением извести.

Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением предлагается способ очистки газов, содержащих двуокись серы, в частности печных газов, при осуществлении которого газы обрабатывают в газовом скруббере для абсорбции двуокиси серы водной промывной жидкостью, которая содержит легкорастворимую щелочь и из которой отводят часть потока для регенерации путем добавления кальциевых ионов для осаждения и удаления сульфата кальция, причем указанный способ характеризуется рециркуляцией осажденного сульфата кальция целиком и его смешением с частью потока перед добавлением кальциевых ионов.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается, кроме того, устройство для очистки газов, содержащих двуокись серы, в частности дымовых газов, включающее в себя газовый скруббер, снабженный средствами для циркуляции промывной жидкости, трубопровод для отвода части потока промывной жидкости, сосуд для добавления кальциевых ионов, сосуд для отстоя осажденного сульфата кальция, трубопровод для рециркуляции осажденного сульфата кальция, сосуд для добавления карбонатных ионов, сосуд для отстоя карбоната кальция, трубопровод для рециркуляции регенерированной промывной жидкости в газовый скруббер и трубопровод для рециркуляции осажденного карбоната кальция перед сосудом для отстоя сульфата кальция, причем указанное устройство характеризуется наличием трубопровода для рециркуляции осажденного сульфата кальция, открытого в сосуд, расположенный перед сосудом для добавления кальциевых ионов.

Дополнительные отличительные особенности и достоинства настоящего изобретения очевидны из нижеследующего описания и прилагаемой формулы изобретения.

Благодаря рециркуляции всего содержащего сульфат кальция шлама целиком и его смешению с частью потока промывной жидкости перед добавлением кальциевых ионов в соответствии с настоящим изобретением обеспечивается более эффективное вымывание примесей (например, карбонатов), сопровождающих кристаллы гипса в шламе, поскольку промывная жидкость характеризуется пониженной величиной pH перед добавлением в нее кальциевых ионов (величина pH равна примерно 4-8, предпочтительнее около 7, в сравнении с величиной pH приблизительно 11,5-13,5, предпочтительнее около 13). Помимо достигаемого таким образом промывного эффекта возврат шлама на участке перед добавлением кальциевых ионов характеризуется эффектом ускорения роста кристаллов, благодаря чему мелкие кристаллы гипса, получаемые на начальной стадии осаждения, могут вырасти до крупных и чистых кристаллов гипса, которые легко отстаивать и отфильтровывать. Осуществление способа настоящего изобретения позволяет получать кристаллы, средний размер которых составляет приблизительно 100-300 мкм, в отличие от кристаллов размером примерно 10-50 мкм, получаемых по ранее известным способам. Крупные и чистые кристаллы гипса, получаемые рециркуляцией шлама, дополнительно не подают в систему, а удаляют непосредственно из части потока для обезвоживания, например фильтрованием. Обычно шлам рециркулируют в особый сосуд, находящийся раньше по ходу, то есть перед сосудом для добавления кальциевых ионов. Промытые и находящиеся в процессе роста кристаллы гипса осаждают в сосуде и удаляют из его нижней части для обезвоживания и выделения чистого гипса. Крупные и чистые кристаллы гипса, получаемые по изобретению, очень легко отфильтровывать, а это означает, что нет необходимости в добавлении какого-либо дорогостоящего полиэлектролита и что для отфильтровывания гипсовых кристаллов можно применять упрощенное и менее дорогое оборудование. Существенное дополнительное достоинство изобретения состоит в получении высококачественного гипса, пригодного для промышленного применения, что позволяет, таким образом, избавиться от дорогостоящей ранее производимой операции размещения в виде отходов шлама нечистого гипса.

С целью дальнейшего пояснения существа изобретения ниже представлен неограничивающий вариант его выполнения со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором показана технологическая схема, иллюстрирующая способ и устройство в соответствии с изобретением.

Как видно из чертежа, содержащий двуокись серы газ 1, в частности дымовой газ, который образуется при сжигании мусора, направляют в газовый скруббер 2, в котором его вводят в контакт с водной промывной жидкостью 3, содержащей легкорастворимую щелочь. Содержащаяся в газе двуокись серы абсорбируется промывной жидкостью, и затем очищенный газ 4 удаляют из газового скруббера.

Вначале, то есть перед абсорбцией двуокиси серы, промывная жидкость 3 состоит из водного раствора легкорастворимой щелочи, в частности легкорастворимого соединения щелочного металла, легкорастворимого соединения щелочно-земельного металла, например, соединения магния, аммиака или соединения аммония. В качестве легкорастворимой щелочи предпочтительнее использовать легкорастворимое соединение щелочного металла, в частности легкорастворимое соединение натрия или калия, причем предпочтительным является гидрат окиси натрия (NaOH). С помощью насоса 6 промывную жидкость 3 закачивают из расходной емкости 5 и подают по трубопроводу 7 в газовый скруббер 2, в котором ее подвергают тонкому распылению насадкой 8. После абсорбирования двуокиси серы промывную жидкость собирают и возвращают по трубопроводу 9 в расходную емкость 9. Вышеописанная схема составляет первый контур для циркулирования промывной жидкости в газовом скруббере. По мере циркулирования промывной жидкости в газовом скруббере она абсорбирует все больше двуокиси серы. С целью поддержать абсорбционную способность промывной жидкости и избежать выпадения всех неприемлемых осадков промывную жидкость регенерируют во втором контуре, который описан ниже.

Во втором контуре промывную жидкость регенерируют осаждением абсорбированной двуокиси серы с использованием кальциевых ионов, в частности сульфита кальция или сульфата кальция, предпочтительнее сульфата кальция. Для этого из расходной емкости 5 отводят часть потока 10 и его направляют по трубопроводу 11 в регенерационную установку. В случае присутствия в форме сульфита абсорбированную двуокись серы вначале необходимо окислять до сульфата. С этой целью регенерационная установка может включать в себя окислительную башню 12, которую для окисления сульфита до сульфата продувают кислородсодержащим газом 13, например, воздухом. Необходимо иметь в виду, что в соответствии с изобретением окислительная башня является не обязательным, хотя и предпочтительным компонентом.

Из окислительной башни часть потока промывной жидкости направляют в сосуд 14 для рециркуляции и седиментации гипсового шлама, как это более подробно описано ниже.

Далее часть потока промывной жидкости направляют в сосуд 15 для возврата карбонатного шлама, полученного при добавлении соды в промывную жидкость. Хотя отдельный сосуд 15 предпочтителен, но он не обязателен, поэтому в соответствии с изобретением карбонатсодержащий шлам, по другому варианту, можно рециркулировать в сосуд 16 для добавления кальциевых ионов 17 к части потока промывной жидкости. Эти кальциевые ионы можно добавлять в любой подходящей форме, в частности в виде известняка (CaCO₃) или извести; этот последний термин в данном описании использован как охватывающий и негашеную известь (CaO), и гашеную известь (Ca(OH)₂). В предпочтительном варианте кальциевые ионы следует добавлять в форме гашеной извести. Добавление кальциевых ионов вызывает осаждение в промывной жидкости в форме тонкодисперсных кристаллов слаборастворимые соединения кальция, главным образом сульфат кальция (гипс).

После этого промывную жидкость направляют в седиментационный сосуд 18 для отстоя выпавшего в осадок материала. Этот материал оседает и накапливается в нижней части сосуда 18, откуда его удаляют по трубопроводу 19 и по второму контуру возвращают в сосуд 14, где он смешивается с частью потока 10 промывной жидкости. Благодаря рециркуляции и смешению шлама, содержащего сульфат кальция, с промывной жидкостью в начале второго контура, а именно выше по ходу движения, то есть перед добавлением кальциевых ионов, на стадии, когда величина pH жидкости все еще низка, примеси (например, карбонаты), сопровождающие шлам и загрязняющие кристаллы сульфата кальция, растворяются, вследствие чего кристаллы сульфата кальция освобождаются от примесей и, таким образом, очищаются. В отличие от нечистых кристаллов, которые являются белыми и характеризуются неправильной формой, очищенные кристаллы прозрачны, что служит четким указанием на высокую чистоту. Рециркуляция шлама предоставляет кристаллам сульфата кальция благоприятную возможность расти, в результате чего по изобретению получают кристаллы размерами приблизительно 100-300 мкм. Крупные кристаллы сульфата кальция в сосуде 14 осаждаются легко и быстро (примерно как песок) и накапливаются в нижней части сосуда, откуда их удаляют по трубопроводу 20 и направляют в обезвоживающую установку 21. Как показано на чертеже, приемлемой обезвоживающей установкой служит фильтр, в частности ротационный вакуумный фильтр. Однако можно также применять обезвоживающие установки других типов, в частности ленточные фильтры или центрифуги. Обезвоживание в значительной мере упрощается благодаря тому факту, что кристаллы сульфата кальция, полученные по изобретению, являются крупными и чистыми, что позволяет применять упрощенное и менее дорогостоящее оборудования для обезвоживания.

В случае необходимости дополнительно увеличить продолжительность пребывания кристаллов сульфата кальция в сосуде 14 эти кристаллы можно возвращать из трубопровода 20 по возвратному трубопроводу (не показан) в сосуд 14.

Промывную жидкость, освобожденную таким образом от отстоенного шлама сульфата кальция, направляют из седиментационного сосуда 18 дальше по второму контуру, в сосуд 22 для добавления карбонатных ионов 23. Карбонатные ионы добавляют с целью осаждения кальциевых ионов в промывной жидкости в форме слабо растворимого карбоната кальция. Эти карбонатные ионы добавляют в форме соды (Na₂CO₃), благодаря чему обеспечивается одновременная подача легкорастворимой щелочи в промывную жидкость.

Из сосуда 22 часть потока промывной жидкости направляют в седиментационный сосуд 24, где отстаивается выпавший в осадок карбонат и в виде шлама накапливается в нижней части. Отсюда шлам по трубопроводу 25 возвращают в сосуд 15 во втором контуре, где он смешивается с поступающим частичным потоком промывной жидкости. Как упомянуто выше, сосуд 15 является необязательным компонентом. В случае отсутствия сосуда 15 вместо вышеизложенного карбонатный шлам возвращают в сосуд 16 для добавления кальциевых ионов.

После того как часть потока промывной жидкости регенерирована таким образом во втором контуре, ее по трубопроводу 26 возвращают в расходную емкость 5 для промывной жидкости. Смонтированный соответствующим образом на трубопроводе 26 насос 27 рассчитан на подачу части потока отводимой промывной жидкости во второй контур.

Настоящее изобретение отличается от ранее известных непрямых систем на кальциевой основе наличием специального сосуда 14 для рециркулирования шлама сульфата кальция во втором контуре. Связанные с этим дополнительные расходы компенсируются, таким образом, в достаточной мере достигаемыми преимуществами, а именно тем, что при этом выделяют чистый гипс, пригодный для промышленного применения, и тем, что благодаря легкости отфильтровывания образующихся кристаллов гипса при этом можно использовать упрощенное и менее дорогостоящее оборудование для обезвоживания.

Изобретение относится к очистке газов, образующихся, в частности, при сгорании серосодержащего сырья, в частности угля, нефти, природного газа, торфа и т.д. Способ заключается в промывке газов в скруббере (2) водной щелочной жидкостью (3), в частности водным раствором NаОН. Далее из промывной жидкости отводят часть потока (10) для регенерации добавлением кальциевых ионов (17) с целью высадить и удалить СаSO₄. Осажденный сульфат кальция возвращают и смешивают (14) с частью потока промывной жидкости перед добавлением кальциевых ионов. Устройство включает в себя газовый скруббер (2), снабженный средствами (5,6,7,9) для циркуляции промывной жидкости (3), трубопровод (11) для отвода части потока (10) промывной жидкости, сосуд (16) для добавления кальциевых ионов (17), сосуд (18) для отстоя осажденного сульфата кальция, сосуд (22) для добавления карбонатных ионов, сосуд (24) от отстоя карбоната кальция, трубопровод (26) для возврата регенерированной промывной жидкости в газовый скруббер (2) и трубопровод (25) для подачи осажденного карбоната кальция перед сосудом (18) для отстоя сульфата кальция. Это устройство отличается наличием трубопровода (19) для рециркуляции осажденного сульфата кальция и отверстия в сосуде (14), который расположен перед сосудом (16) для добавления кальциевых ионов. Способ позволяет получить в качестве отхода чистый гипс, пригодный для промышленного применения. 2 с. и 8 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ очистки газов, содержащих двуокись серы, в частности дымовых газов, в котором газы обрабатывают в газовом скруббере (2) для абсорбции двуокиси серы водной промывной жидкостью (3), которая содержит легко растворимую щелочь и из которой отводят часть потока (10) для регенерации добавлением кальциевых ионов (17) с целью осаждения и удаления сульфата кальция, отличающийся тем, что осажденный сульфат кальция полностью направляют на рециркуляцию (19) и его смешивают (14) с частью потока до добавления кальциевых ионов. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что шлам из части потока промывной жидкости удаляют для обезвоживания (21) после подмешивания (14) рециркулируемого сульфата кальция, но перед добавлением кальциевых ионов (17). 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что сульфат кальция направляют в сосуд (14), из нижней части которого удаляют шлам для обезвоживания (21). 4. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что используют промывную жидкость (3), которая содержит легко растворимую щелочь в форме легко растворимых соединений щелочных металлов, легко растворимых соединений щелочноземельных металлов, таких как соединения магния, NH₃ или аммониевых соединений, предпочтительнее соединений натрия, таких как NaOH, и кальциевые ионы (17) добавляют в форме CaO и/или Ca(OH)₂. 5. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что перед подмешиванием возвращенного в процесс сульфата кальция часть потока (10) промывной жидкости из газового скруббера окисляют (12). 6. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что после удаления сульфата кальция в часть потока (10) промывной жидкости с целью осаждения и удаления кальциевых ионов добавляют карбонатные ионы (23), после чего часть потока промывной жидкости возвращают в газовый скруббер (2). 7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что после добавления карбонатных ионов (23) образующийся осадок направляют на рециркуляцию (25) и его смешивают с частью потока промывной жидкости, когда добавляют кальциевые ионы (17). 8. Способ по п.6 или 7, отличающийся тем, что карбонатные ионы добавляют в форме соды (Na₂CO₃). 9. Устройство для очистки газов, содержащих двуокись серы, в частности дымовых газов, включающее в себя газовый скруббер (2), снабженный средствами (5,6,7,9) для циркуляции промывной жидкости (3), трубопровод (11) для отвода части потока промывной жидкости, сосуд (16) для добавления кальциевых ионов (17), сосуд (18) для отстоя осажденного сульфата кальция, трубопровод для рециркуляции осажденного сульфата кальция, сосуд (22) для добавления карбонатных ионов, сосуд (24) для отстоя карбоната кальция, трубопровод (26) для рециркуляции регенерированной промывной жидкости в газовый скруббер (2) и трубопровод для рециркуляции осажденного карбоната кальция перед сосудом (18) для отстоя сульфата кальция, отличающийся тем, что предусмотрен трубопровод 19 для рециркуляции осажденного сульфата кальция, открытый в сосуд (14), расположенный перед сосудом (16) для добавления кальциевых ионов. 10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что трубопровод (25) для рециркуляции осажденного карбоната кальция открыт в сосуд (15), размещенный между сосудом (14) для возвращенного сульфата кальция и сосудом (16) для добавления кальциевых ионов.