РЕАКТИВНАЯ КОМПОЗИЦИЯ И СПОСОБ ОЧИСТКИ ГАЗА, СОДЕРЖАЩЕГО ХЛОРОВОДОРОД Российский патент 1999 года по МПК B01D53/68 B01D53/50 B01J20/04 

Изобретение относится к очистке газов, содержащих хлороводород.

Преимущественно оно относится к реактивной композиции на основе бикарбоната натрия, используемой для очистки содержащего хлороводород газа.

Сжигание представляет собой технологию, которая имеет тенденцию быть настоятельно необходимой для удаления бытовых отходов [кухонных отбросов] или городского мусора. Сжигание бытовых отходов сопровождается образованием дыма [дымового газа], содержащего обычно хлороводород. Необходимо удалять хлороводород из дыма до выброса последнего в атмосферу.

Известный способ очистки содержащего хлороводород дыма состоит в обработке дыма с помощью бикарбоната натрия с целью разложения хлороводорода и образования хлорида натрия.

Преимущественно предлагается способ, при котором бикарбонат натрия в виде порошка инжектируют в дым, выходящий из мусоросжигателя, и таким образом обработанный дым затем направляют на фильтр [SOLVAY and Cie, брошюра TR. 895/5с-В-1-1290]. В этом известном способе дым имеет температуру 260^oC в месте введения бикарбоната натрия. Последний используют в виде калиброванного порошка, получаемого путем измельчения, 90 мас.%, которого находятся в виде частиц диаметром менее 16 мкм.

На самом деле, порошок бикарбоната натрия, используемый в этом известном способе, содержит монокарбонат натрия.

В настоящее время найдено, что можно оптимизировать эффективность известного способа, который только что был описан, за счет выбора бикарбоната натрия очень определенного качества.

Изобретение относится к реактивной, твердой, порошкообразной композиции для очистки содержащего хлороводород газа, причем вышеуказанная реактивная композиция содержит более 98 мас.% бикарбоната натрия и менее 2 мас.% монокарбоната натрия и имеет гранулометрическое распределение, определяемое средним диаметром частицы, менее 0,050 мм и гранулометрический наклон ниже 5.

В реактивной композиции согласно изобретению, бикарбонат натрия и монокарбонат натрия предусмотрены в безводном состоянии.

Согласно изобретению, реактивная композиция включает более 98 мас.% (предпочтительно по крайней мере 99 мас.% бикарбоната натрия и менее 2 мас.% (предпочтительно максимально 1 мас.%) монокарбоната натрия. В случае необходимости она может включать другие примеси, обычно сопровождающие продажный бикарбонат натрия, особенно хлорид натрия.

Реактивная композиция согласно изобретению представляет собой твердое порошкообразное вещество. Важная характеристика реактивной композиции согласно изобретению заключается в ее гранулометрическом распределении, которое отличается средним диаметром частиц D_m ниже 0,050 мм (предпочтительно максимально равным 0,030 мм) и гранулометрическим разбросом σ ниже 5 (предпочтительно максимально равным 3).

В реактивной композиции согласно изобретению средний диаметр D_m и гранулометрический разброс σ определяют с помощью следующих соотношений

в которых n_i обозначает частоту (по массе) частиц с диаметром D₁ и D₉₀ (соответственно, D₅₀ и D₁₀) обозначает диаметр, для которого 90% (соответственно, 50% и 10%) частиц реактивной композиции (по массе) имеют диаметр менее D₉₀) (соответственно, D₅₀ и D₁₀). Эти гранулометрические параметры определяют методом анализа с помощью дифракции лазерных лучей, используя прибор для измерения SYMPATEC, модель HELOS 12LA, выпускаемый фирмой SYMPATEC GmbH.

Реактивная композиция согласно изобретению специально предназначена для очистки дымов, происходящих из печей для сжигания бытовых отходов. Эти дымы обычно содержат, кроме хлороводорода, диоксид серы. Следует заметить, что реактивная композиция согласно изобретению дает эффективную очистку этих дымов, сразу от хлороводорода и диоксида серы.

В реактивной композиции согласно изобретению, бикарбонат натрия представляет собой основное активное соединение. Содержание карбоната натрия и гранулометрическое распределение, кроме того, представляют собой два независимых параметра. С одной стороны, следует заметить, что, при всех других равных вещах, чрезмерное содержание карбоната натрия имеет тенденцию вызывать агглютинацию частиц реактивной композиции, что снижает ее эффективность. С другой стороны, в отношении гранулометрического распределения реактивной композиции должен соблюдаться компромисс, заключающийся в том, что тонкая гранулометрия благоприятствует реакции с хлороводородом обрабатываемого газа в то время, как грубая гранулометрия благоприятствует последующему отделению твердых продуктов реакции. На самом деле, специально рекомендуемыми реактивными композициями являются такие, для которых содержание по массе бикарбоната натрия составляет 99-99,9%; содержание по массе монокарбоната натрия составляет 0,1-1%; средний диаметр частиц составляет 0,010-0,030 мм и гранулометрический разброс составляет 1-3. Оптимальные величины гранулометрических параметров связаны со средством, используемым для отделения твердых продуктов взаимодействия реактивной композиции с хлороводородом и, в желательном случае, диоксидом серы обрабатываемого газа. На самом деле оказывается, что эти продукты взаимодействия имеют гранулометрическое распределение, прямо связанное с таковым реактивной композиции.

Одна форма реализации реактивной композиции согласно изобретению, специально адаптированная к особому случаю, где используют электростатический фильтр в качестве средства отделения вышеуказанных продуктов реакции, представляет собой таковую, в случае которой средний диаметр частицы составляет 0,020-0,030 мм и гранулометрический разброс составляет 1,25-2,50. Предпочтительным вариантом этой формы реализации изобретения является таковой, в котором по крайней мере 90 мас.% частиц имеют диаметр, равный или менее 0,055 мм, и максимально 10 мас.% имеют диаметр менее 0,006 мм.

Другая форма реализации реактивной композиции согласно изобретению, специально адаптированная к особому случаю, где используют фильтр типа фильтрующих тканей (например, рукавный фильтр) в качестве средства механического отделения вышеуказанных продуктов реакции, представляет собой форму, в случае которой средний диаметр частицы составляет 0,010 -0,020 мм и гранулометрический разброс составляет 1 - 3. Предпочтительным вариантом этой другой формы реализации изобретения является такой, при котором по крайней мере 90 мас.% частиц имеют диаметр, равный или менее 0,035 мм, и максимально 10 мас. % имеют диаметр менее 0,005 мм.

Реактивную композицию согласно изобретению обычно получают путем измельчения грубого порошка продажного бикарбоната натрия. Состав порошка и его гранулометрия играют важную роль в качестве реактивной композиции согласно изобретению.

Согласно специально рекомендуемой форме реализации реактивной композиции согласно изобретению, ее получают путем измельчения порошка, который содержит более 98% (предпочтительно по крайней мере 99 мас.%) бикарбоната натрия и менее 2% (предпочтительно максимально 1 мас.%) монокарбоната натрия и который имеет такое гранулометрическое распределение, что по крайней мере 85 мас.% его частиц имеют диаметр менее 0,500 мм и максимально 25 мас.% его частиц имеют диаметр менее 0,040 мм. Согласно предпочтительному варианту этой формы реализации изобретения, используемый для дробления порошок имеет такое гранулометрическое распределение, что на 100 масс. единиц его частиц 85 единиц имеют диаметр менее 0,250 мм, 50 - 70 единиц имеют диаметр ниже 0,125 мм, 30 - 50 единиц имеют диаметр ниже 0,090 мм и менее 25 единиц имеют диаметр ниже 0,045 мм.

В специально рекомендуемой форме реализации, о которой только что говорилось, условия измельчения представляют собой важный параметр. В особенности, важным является регулирование измельчения для того, чтобы избежать несвоевременного или чрезмерного термического разложения порошка бикарбоната натрия за счет воздействия высвобождающегося вследствие дробления тепла. Оптимальные параметры измельчения непосредственно связаны с другими параметрами, такими, как используемая дробилка, гранулометрия подвергаемого дроблению порошка и содержания в нем бикарбоната и монокарбоната натрия, искомое гранулометрическое распределение для реактивной композиции согласно изобретению, а также содержания в ней бикарбоната и монокарбоната натрия. На самом деле, оптимальные параметры дробления могут быть легко определены в каждом отдельном случае путем рутинной лабораторной работы.

При всех других равных вещах, реактивная композиция согласно изобретению обладает оптимальной эффективностью в качестве реагента очистки дыма от хлороводорода и, в желательном случае, от диоксида серы. Эта эффективность проявляется на уровне избытка реактивной композиции, необходимого для разложения определенной доли хлороводорода и диоксида серы газа по отношению к стехиометрическому количеству.

Реактивная композиция согласно изобретению находит представляющее интерес применение для очистки остаточных дымовых газов от сжигания бытовых отходов.

Изобретение также относится к способу очистки содержащего хлороводород дыма, согласно которому в дым, при температуре 125 - 600^oC, вводят реактивную композицию согласно изобретению, содержащую бикарбонат натрия, и затем дым подвергают обеспыливанию.

В способе согласно изобретению, реактивную композицию вводят в дым в твердом состоянии. Обычно реактивную композицию вводят в поток дыма, циркулирующего внутри реакционной камеры. В этой камере, бикарбонат натрия разлагает хлороводород дыма с образованием хлорида натрия. Обеспыливание дыма выполняет функцию извлечения образовавшихся частиц хлорида натрия. Обеспыливание может быть реализовано с помощью любых известных соответствующих способов, например, путем механического отделения в циклоне, путем фильтрации через фильтрующую ткань или путем электростатического отделения. При осуществлении способа согласно изобретению необходимо предусматривать достаточное время реакции бикарбоната натрия с хлороводородом дыма, перед тем как подвергать последний обеспыливанию. На деле, предпочтительно оказывается, что обеспыливание осуществляют спустя плюс 2 с (предпочтительно после времени 2,5-6 с после окончания введения реактивной композиции в дымовой газ.

Способ согласно изобретению находит особенно предпочтительное применение для очистки дыма, происходящего из процесса сжигания бытовых отходов. При этом особом применении способа согласно изобретению твердый продукт, собираемый путем обеспыливания, обычно содержит, кроме хлорида натрия, сульфат натрия, поливалентные металлы в металлическом состоянии или в комбинированном состоянии, также, как карбонат натрия. Этот твердый продукт может быть обработан способом, указанным в международной заявке на патент ВОИС 93/04 983 [SOLVAY (Societe Anonyme)].

Особенности и подробности изобретения следуют из описания последующих прилагаемых рисунков.

На фиг. 1 схематически представлена установка для сжигания бытовых отходов, в которой используют способ согласно изобретению.

На фиг. 2 и фиг. 3 представлены две диаграммы, воспроизводящие кумулятивные гранулометрические распределения двух особых форм реализации реактивной композиции согласно изобретению.

Представленная на фиг. 1 установка для сжигания включает печь для сжигания 1 (представлена частично), котел-утилизатор 2, трубчатую вертикальную реакционную камеру 3, устройство для обеспыливания 4 и дымоход 5. Устройство для обеспыливания 4 включает циклон 6, за которым следует батарея 7 электростатических фильтров. В качестве варианта, установка может включать фильтр из фильтрующей ткани, например, рукавный фильтр, заменяя или после батареи электростатических фильтров 7.

Реакционная камера 2 снабжена инжектором 8, связанным с устройством для загрузки 14 реактивной композиции.

Во время эксплуатации установки, представленной на фиг. 1, печь для сжигания 1 генерирует дымовой газ, содержащий хлороводород, диоксид серы и различные газообразные и твердые примеси, среди которых имеются тяжелые металлы. Этот дым покидает печь 1 через котел-утилизатор 2, в котором рекуперируется заметная часть тепла дымового газа, затем, через дымоход 9, дым попадает в нижнюю часть реакционной камеры 3, ниже инжектора 8. Инжектор 8, кроме того, загружают порошкообразной реактивной композицией согласно изобретению, происходящей из загрузочного устройства 14, функционирование которого будет пояснено ниже. Таким образом, в камере 3 дымовой газ обрабатывают с помощью реактивной композиции, происходящей из инжектора 8, в результате чего происходит разложение хлороводорода и диоксида серы дымового газа с образованием частиц хлорида натрия и сульфата натрия. При своем выходе из реакционной камеры 3 дым проходит через устройство для обеспыливания 4, где отделяются твердые вещества, которые он содержит, в особенности тяжелые металлы, также как хлорид и сульфат натрия, образовавшиеся в реакционной камере 3. Очищенный дымовой газ затем таким, какой есть, поступает в дымовую трубу 5.

Реактивная композиция, используемая для загрузки инжектора 8, происходит из загрузочного устройства 14. Оно включает бункер 10, содержащий продажный порошок бикарбоната натрия и дробилку 11, загружаемую из бункера 10 через посредство вибропитателя 12. Дробилка 11 представляет собой таковую типа истирающей мельницы, в которой энергия истирания передается измельчаемому веществу потоком воздуха (Kirk Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, т. 21, 1983, с. 157). Дробилка включает приспособление для просеивания. Она связана с инжектором 8 с помощью трубопровода 13.

Нижеследующие примеры служат для иллюстрации изобретения.

Пример 1. Осуществляют сжигание бытовых отходов в промышленной установке типа таковой, описанной выше, при ссылке на фиг. 1. При своем выходе из печи для сжигания, дымовой газ имеет следующие характеристики:
Массовый состав (мг/норм•м³): HCl : 1300; SO₂ : 200.

Температура: 250^oC.

Расход: 3500 норм•м³/ч.

Кроме того, используют имеющийся в продаже порошок бикарбоната натрия, имеющий следующие характеристики:
Массовый состав: NaHCO₃: > 99%; Na₂CO₃: < 1%.

Гранулометрическое распределение:
Диаметр (мм) - массовая доля (%)
< 0,250 - > 85
< 0,125 - 50-70
< 0,088 - 30 - 50
< 0,044 - < 25
Этот продажный порошок бикарбоната натрия измельчают в дробилке, работающей по принципу истирания, RTM 300-S, выпускаемой STM s.n.c. Функционирование дробилки регулируют таким образом, чтобы получить реактивную композицию, имеющую гранулометрическое распределение, представленное на фиг. 2, и следующий массовый состав: NaHCO₃ : > 99%; Na₂CO₃ : < 1%.

На фиг. 2 представлено кумулятивное гранулометрическое распределение реактивной композиции, получаемой из дробилки. На этом рисунке на ось абсцисс нанесен диаметр частиц, выраженный в микронах, а ось ординат представляет собой кумулированную массовую долю, выраженную в % пропускания.

Полученную путем измельчения реактивную композицию немедленно инжектируют такой, какая есть, в дымовой газ с расходом, соответствующим в значительной степени 1.6 моль NaHCO₃ на моль (HCl + SO₂) дымового газа. Обработанный дымовой газ (дым) затем обеспыливают на электростатическом фильтре.

Анализируют состав дымового газа после очищающей и обеспыливающей обработки: HCl : 20 мг/норм•м³; SO₂ : 10 мг/норм•м³
Пример 2. Повторяют опыт примера 1, при использовании дымового газа, имеющего следующие характеристики при выходе из печи для сжигания:
Массовый состав (мг/норм•м³): HCl : 647; SO₂ : 100.

Температура: 167^oC.

Расход: 36000 норм•м³/ч.

Используют такой же имеющийся в продаже порошок бикарбоната натрия, как и в примере 1. Однако, условия измельчения порошка изменяют таким образом, чтобы получить реактивную композицию, имеющую кумулятивное гранулометрическое распределение, представленное на фиг. 3 (оси абсцисс и ординат идентичны таковым фиг. 2), и следующий массовый состав: NaHCO₃ : > 99%; Na₂CO₃ : < 1%.

Реактивную композицию, получаемую путем измельчения, немедленно инжектируют такой, какая есть, в дымовой газ, с расходом, соответствующим в заметной степени 1.2 моль NaHCO₃ на моль (HCl + SO₂) дыма. Обработанный дымовой газ затем обеспыливают на фильтре из фильтрующих тканей.

Анализируют состав дыма после очищающей и обеспыливающей обработки: HCl : 5 мг/норм•м³; SO₂ : < 10 мг/норм•м³.

Твердая порошкообразная реактивная композиция для очистки содержащего хлороводород газа содержит по крайней мере 99 мас.% бикарбоната натрия и максимально 1 мас.% монокарбоната натрия и имеет гранулометрическое распределение, определяемое средним диаметром частицы, 0,010 - 0,030 мм и гранулометрический разброс 1-3. Выбор бикарбоната натрия определенного качества оптимизирует эффективность известного способа. 2 с. и 14 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Твердая порошкообразная реактивная композиция для очистки содержащего хлороводород газа, отличающаяся тем, что она включает по крайней мере 99 мас. % бикарбоната натрия и максимально 1 мас.% монокарбоната натрия и имеет гранулометрическое распределение, определяемое средним диаметром частицы, 0,010 - 0,030 мм и гранулометрический разброс 1-3. 2. Реактивная композиция по п.1, отличающаяся тем, что массовое содержание бикарбоната натрия составляет 99 - 99,9% и массовое содержание монокарбоната натрия составляет 0,1-1%. 3. Реактивная композиция по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что средний диаметр частицы составляет 0,020-0,030 мм и гранулометрический разброс составляет 1,25-2,50. 4. Реактивная композиция по п.3, отличающаяся тем, что она образована частицами, по крайней мере 90 мас.% которых имеют диаметр, равный или ниже 0,055 мм, и максимально 10 мас.% которых имеют диаметр менее 0,006 мм. 5. Реактивная композиция по п. 3 или 4, отличающаяся тем, что она имеет кумулятивное гранулометрическое распределение, представленное на фиг.2. 6. Реактивная композиция по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что средний диаметр частицы составляет 0,010-0,020 мм и гранулометрический разброс составляет 1-3. 7. Реактивная композиция по п. 6, отличающаяся тем, что она образована частицами, по крайней мере 90 мас.% которых имеют диаметр, равный или ниже 0,035 мм, и максимально 10 мас.% которых имеют диаметр менее 0,005 мм. 8. Реактивная композиция по п.6 или 7, отличающаяся тем, что она имеет гранулометрическое распределение, представленное фиг.3. 9. Реактивная композиция по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что ее получают путем измельчения порошка, который содержит по крайней мере 99 мас. % бикарбоната натрия и максимально 1 мас.% монокарбоната натрия и имеет такое гранулометрическое распределение, что по крайней мере 85 мас.% его частиц имеют диаметр менее 0,500 мм и максимально 25 мас.% его частиц имеют диаметр менее 0,040 мм. 10. Реактивная композиция по п.9, отличающаяся тем, что порошок имеет такое гранулометрическое распределение, что на 100 массовых единиц частиц 85 единиц имеют диаметр ниже 0,250 мм, 50-70 единиц имеют диаметр ниже 0,125 мм, 30-50 единиц имеют диаметр менее 0,090 мм и менее 25 единиц имеют диаметр менее 0,045 мм. 11. Реактивная композиция по любому из пп. 1-10, отличающаяся тем, что ее используют для очистки остаточного дымового газа от сжигания бытовых отходов. 12. Способ очистки дымового газа, содержащего хлороводород, отличающийся тем, что в дымовой газ (дым) при температуре 125-600^oС вводят реактивную композицию по любому из пп.1-11 и затем дымовой газ подвергают обеспыливанию. 13. Способ по п.12, отличающийся тем, что обеспыливание включает электростатическое отделение, и реактивная композиция, которую вводят в дымовой газ, представляет собой таковую по любому из пп.3-5. 14. Способ по п.12, отличающийся тем, что обеспыливание включает фильтрацию через фильтрующую ткань, и что реактивная композиция, которую вводят в дымовой газ, представляет собой таковую по любому из пп.6-8. 15. Способ по любому из пп.12-14, отличающийся тем, что обеспыливание дымового газа осуществляют спустя плюс 2 с после окончания введения реактивной композиции в дымовой газ. 16. Способ по п.15, отличающийся тем, что время, проходящее между окончанием введения реактивной композиции в дымовой газ и обеспыливанием, составляет 2,5-6 с.