Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в котлах, промышленных печах, теплогенераторах и тепловых двигателях, сжигающих газовое, жидкое и твердое органическое топливо.
Известен способ очистки дымовых газов от газообразных загрязняющих компонентов (RU 2125480, В 01 D 53/00, 53/74, 1999), включающий определение качественного состава дымовых газов, изменение температуры каждого компонента этих газов до ее критического значения при одновременном достижении критического давления и вывод загрязняющих веществ из потока.
Недостатками этого способа являются значительное снижение температуры и существенное повышение давления всех компонентов продуктов сгорания для перевода их в жидкое состояние, требующие больших затрат энергии для его реализации.
Наиболее близким к заявленному способу переработки продуктов сгорания по технической сущности и достигаемому результату является способ извлечения диоксида серы из газов (RU 2137707, С 01 В 17/60, В 01 D 53/14, 1999). Он включает абсорбцию диоксида серы из газов водой при температуре 0÷10oС, образование его кристаллогидрата охлаждением раствора до температуры -5÷+5oС, отделение от суспензии кристаллогидрата диоксида серы, выделение диоксида серы из этого кристаллогидрата нагревом при температуре 5÷45oС и возврат оставшегося раствора на стадию абсорбции.
Недостатком этого способа является содержание диоксида серы в растворе после расплавления его кристаллогидрата при атмосферном давлении и температуре 5÷45oС. Полное выделение диоксида серы из раствора при этой температуре может быть осуществлено только снижением давления над суспензией ниже атмосферного. При атмосферном давлении полное выделение этого диоксида возможно при повышении температуры раствора до 80÷90oС. Для возвращения раствора на стадию абсорбции требуется его охлаждение до 0÷10oС.
Известно устройство удаления диоксида углерода из продуктов сгорания вымораживанием (Теплоэнергетика. 1992. 11. С.21), содержащее расположенные последовательно теплообменные устройства для охлаждения уходящих газов, влагосепаратор для отделения паров и капель воды от продуктов сгорания, холодильный регенератор и турбодетандер для глубокого охлаждения газов, сепаратор диоксида углерода для его отделения от уходящих газов и устройства для содержания диоксида углерода в жидком состоянии и его подачи потребителю и на собственные нужды.
Недостатком этого устройства является снижение мощности газотурбинного двигателя из-за увеличения противодавления газов за газовой турбиной. В этом устройстве требуется охлаждение газов ниже критической температуры, что позволяет снижать давление газов в выпускной системе и тем самым обеспечивать работу двигателя. Реализация этого устройства потребует больших затрат энергии для получения жидкого диоксида углерода из-за охлаждения ниже критической температуры не только этого газа, но и других компонентов продуктов сгорания.
Наиболее близким к заявленному устройству переработки продуктов сгорания по технической сущности и достигаемому результату является аппарат для очистки веществ методом кристаллизации - плавления (SU 1692608, В 01 D 9/02, 1991), содержащий корпус с крышкой и днищем, вертикальные трубы, закрепленные в верхней и нижней трубных решетках, патрубок ввода очищаемого вещества и патрубок вывода продуктов очистки, патрубки ввода и вывода теплообменной среды, контур принудительной циркуляции исходного раствора, насос, емкость для содержания раствора и клапаны.
Недостатками этого аппарата являются прерывистая подача исходного раствора в емкость для содержания раствора, отсутствие устройства отбора и ввода затравки, а также применение в качестве теплоносителя воды, которая может быть использована только при ее температуре выше 0oС. В аппарате отсутствуют устройства для повышения давления раствора и его регулирования, а также регулирования температуры.
Целью изобретения является получение растворов угольной, сернистой и азотной кислот, концентрированных серной и азотной кислот, диоксида углерода, азота и кислорода из продуктов сгорания при минимальных затратах энергии, а также создание несложной, без больших капитальных затрат автоматизированной установки, не влияющей на работу теплоэнергетической установки.
Поставленная цель достигается тем, что в способе переработки продуктов сгорания, включающем абсорбцию диоксида серы из газов водой, образование кристаллогидрата диоксида серы, отделение этого кристаллогидрата от раствора и выделение из него диоксида серы, абсорбируют диоксид серы при таком давлении, при котором температура конденсации водяных паров становится равной 90÷100oС, производят дегазацию конденсата продуктов сгорания при атмосферном давлении, конденсируют водяные пары и абсорбируют выделившиеся газы раствором при давлении выше атмосферного и температуре выше 0oС, образуют кристаллогидрат диоксида серы SO2•6H2O при температуре t=0÷7oC и давлении Р=1•105 Па или t= 5oC и Р=(1÷2)•105 Па или t=10oC и Р=(2÷3)•105 Па или t=15oC и Р= (4÷5)•105 Па или t= 20oC и Р=(7÷8)•105 Па или t=25oC и Р=(12÷13)•105 Па или t= 30oC и Р=(22÷23)•105 Пa путем циркуляции газов через раствор и ввода затравки, при этом используют для охлаждения или нагрева раствора и плавления кристаллогидрата теплоту и холод наружного воздуха и автономных источников.
Поставленная цель достигается еще тем, что кристаллогидрат диоксида серы SO2•6H2O отделяют от суспензии сливом раствора, отбирают затравку кристаллогидрата этого газа, расплавляют этот кристаллогидрат повышением температуры или понижением давления или повышением температуры и понижением давления, подают образовавшийся раствор сернистой кислоты в емкость для этой кислоты.
Воду отделяют во влагоотделителе из раствора расплавленного кристаллогидрата, которую подают в сливной бак для содержания воды, а диоксид серы сжижают при температуре t= -10÷11oC и давлении Р=1•105 Пa или t=-5oC и Р= (1,3÷1,5)•105 Пa или t=0oC и Р=(1,75÷2,0)•105 Па или t=20oC и P=(4÷4,5)•105 Па или t= 25oC и P=(4,5÷5,0)•105 Па или t=30oC и P=(5,0÷5,5)•105 Па, затем подают его в емкость для хранения готовой продукции, при этом для сжижения диоксида серы используют холод наружного воздуха и автономного источника.
Абсорбцию диоксида серы ведут из продуктов сгорания органического топлива, состоящих из оксида и диоксида углерода, диоксида серы, оксида азота, паров воды, кислорода и азота, в контактном или контактно-поверхностном конденсаторе при температуре конденсации водяных паров 90÷100oС и давлении, превышающем атмосферное, производят дегазацию конденсата в дегазаторе при атмосферном давлении, абсорбируют выделившиеся газы в кристаллогидраторе при давлении, превышающем атмосферное, и температуре не ниже 0oС, при этом для ограничения образования в продуктах сгорания свободного кислорода сжигают топливо в топке или камере сгорания при коэффициенте избытка воздуха, близком к 1, подают воду в топку или камеру сгорания и пропускают продукты сгорания вместе с водяным паром при их температуре 350÷600oС через катализатор, содержащий окиси трехвалентного железа и хрома, для конверсии оксида углерода в диоксид.
Продукты сгорания пропускают через катализатор при давлении, превышающем атмосферное.
В топке или камере сгорания производят сжигание топлива при таких условиях, при которых количество образующегося оксида азота оказывается достаточным для конверсии оксида углерода в диоксид или его восстановления оксидом углерода.
Поставленная цель достигается еще и тем, что из абсорбируемых газов исходным раствором внутри кристаллогидратора образуют в первую очередь кристаллогидрат диоксида углерода СО2•6Н2О при температуре t=-22÷24oС и давлении Р= 1•105 Па или t=5oC и P=(22÷24)•105 Пa или t=9oC и Р=(38÷40)•105 Па или кристаллогидрат СО2•8H2О при t= -24÷25oC и Р= 1,1•105 Па или t=0oC и Р= (12÷13)•105 Па или t=10oC и Р=(45÷60)•105 Па столько раз, пока содержание накопившихся в кристаллогидраторе диоксида серы или оксида азота не станет близким к содержанию диоксида углерода, затем отбирают затравку для этого газа, отделяют кристаллогидрат от суспензии, расплавляют этот кристаллогидрат повышением температуры или понижением давления или повышением температуры и понижением давления, подают образовавшийся раствор угольной кислоты в емкость для этой кислоты, при этом для кристаллизации из исходного раствора диоксида углерода и его расплавления используют теплоту и холод наружного воздуха и автономных источников.
Воду отделяют влагоотделителем из раствора расплавленного кристаллогидрата диоксида углерода, которую подают в сливной бак для содержания воды, а диоксид углерода сжижают при температуре t=-57oC и давлении Р=(5÷5,5)•105 Па или t=0oC и Р=(34÷35)•105 Па или t=15oC и Р=(49÷50)•105 Па или t=20oC и Р= (56÷57)•105 Па или t=25oC и Р=(63÷64)•105 Па или t=30oC и Р=(70÷72)•105 Па, затем подают жидкий диоксид углерода в емкость для этого диоксида, при этом для сжижения диоксида углерода используют теплоту или холод наружного воздуха и автономных источников.
Сжиженный диоксид углерода охлаждают дросселированием или в холодильнике при атмосферном давлении до температуры t=-78,5÷80oC для получения товарного твердого диоксида углерода.
Изобретение имеет развитие, состоящее в том, что через раствор, содержащий растворенный оксид азота, циркулируют кислород или воздух для превращения оксида азота в диоксид, а затем в азотную кислоту в присутствии кислорода, образуют кристаллогидраты азотной кислоты HNO3•Н2O при температуре t= -37÷39oC и давлении Р= 1•105 Па или HNО3•3Н2О при температуре t=-18÷20oC и давлении Р= 1•105 Па, затем отбирают затравку для этой кислоты, отделяют кристаллогидрат от суспензии, расплавляют кристаллогидрат повышением температуры или понижением давления или повышением температуры и понижением давления, подают образовавшийся раствор азотной кислоты в емкость для хранения этой кислоты, при этом для кристаллизации раствора азотной кислоты и его расплавления используют теплоту и холод наружного воздуха и автономных источников.
Воду отделяют во влагоотделителе из раствора расплавленного кристаллогидрата азотной кислоты, которую подают в сливной бак для содержания воды, а концентрированную азотную кислоту направляют в емкость для этой кислоты, при этом оставшийся исходный раствор, содержащий оксид углерода, азот и кислород, подают в сливной бак для содержания раствора.
Из раствора, содержащего оксид углерода, азот и кислород, образуют кристаллогидрат азота N2•6Н2О при температуре t=-4oC и давлении Р=(100÷110)•105 Па или t=-1oC и Р=(145÷150)•105 Па или t=1oC и Р=(180÷185)•105 Па или t=4oC и Р=(225÷230)•105 Па, отделяют кристаллогидрат от суспензии, отбирают затравку кристаллогидрата этого газа, расплавляют этот кристаллогидрат повышением температуры или понижением давления или повышением температуры и понижением давления, отделяют воду во влагоотделителе из раствора расплавленного кристаллогидрата, которую подают в сливной бак для содержания воды, а газообразный азот направляют в емкость для этого газа, при этом для кристаллизации раствора азота и его расплавления используют теплоту и холод наружного воздуха и автономных источников.
Газообразный азот сжижают при температуре t= -145oC и давлении Р= (35÷40)•105 Па или t= 196÷200oC и Р=1•105 Па, при этом для сжижения азота используют холод наружного воздуха и автономного источника.
Из раствора, содержащего оксид углерода и кислород, образуют кристаллогидрат О2•6Н2О при температуре t=-1oC и давлении Р=(104÷108)•105 Па или t= 0oC и Р= (118÷121)•105 Па или t=1oC и Р=(132÷137)•105 Па или t=4oC и Р= (177÷182)•105 Па, а газообразный кислород направляют в емкость для этого газа, подают оставшийся исходный раствор после отделения кислорода в сливной бак для содержания раствора.
Газообразный кислород сжижают при температуре t=-120÷125oC и давлении Р= (45÷50)•105 Па или t=-180÷185oC и Р=1•105 Па, при этом для сжижения кислорода используют холод наружного воздуха и автономного источника.
Изобретение имеет развитие, состоящее также в том, что через раствор, содержащий оксид азота и диоксид серы, циркулируют кислород или воздух для образования серной кислоты нитрозным способом, образуют при атмосферном давлении кристаллогидраты серной кислоты H2SO4•Н2О при температуре t=7÷8oC или Н2SO4•2Н2О при t=-40÷42oC или Н2SO4•4Н2O при t=-29÷30oC, отбирают затравку кристаллогидрата этой кислоты, отделяют кристаллогидрат от раствора, расплавляют кристаллогидрат повышением температуры или понижением давления или повышением температуры и понижением давления, подают образовавшийся раствор серной кислоты в емкость для этой кислоты, при этом для кристаллизации раствора серной кислоты и его расплавления используют теплоту иди холод наружного воздуха и автономных источников.
Воду отделяют во влагоотделителе из раствора расплавленного кристаллогидрата серной кислоты и подают в сливной бак для содержания воды, а концентрированную серную кислоту направляют в емкость для этой кислоты.
Раствор серной кислоты концентрируют непосредственным его соприкосновением с горячими продуктами сгорания, содержащими диоксид и триоксид серы.
Воду из сливного бака для содержания воды подают насосом в контактный или контактно-поверхностный конденсатор, при этом количество подаваемой воды регулируют запорно-регулирующим устройством по температуре конденсата, равной 90÷100oС.
Оставшийся исходный раствор подают насосом из сливного бака для содержания раствора в топку или камеру сгорания, при этом его количество регулируют запорно-регулирующим устройством по содержанию или уменьшению содержания оксида углерода за конвертором.
Технологическим процессом управляют посредством пульта контроля и управления технологическим процессом через запорные, запорно-регулирующие и логические устройства.
Поставленная цель достигается еще тем, что устройство переработки продуктов сгорания содержит кристаллогидратор, состоящий из корпуса, трубок, закрепленных в трубных решетках, патрубка ввода перерабатываемых веществ и патрубка вывода продуктов переработки, патрубков ввода и вывода теплоносителей, контура принудительной циркуляции исходного раствора, причем трубы расположены горизонтально внутри корпуса, нижняя половина которых погружена в раствор, а верхняя половина находится над раствором в газовой среде, внутренний объем корпуса состоит из секций, разделенных вертикальными перегородками, имеющими вверху и внизу отверстия для циркуляции газов и барботажа раствора, пространство внутри трубок служит для прохода теплоносителя, а между корпусом и трубками, внизу - для сбора конденсата и содержания исходного раствора, а вверху - для сбора и циркуляции газов.
Поставленная цель достигается еще тем, что контур принудительной циркуляции исходного раствора подключен к дегазатору через подающий компрессор и к резервной емкости газов через запорно-регулирующее устройство давления нагнетания газов этого компрессора, при этом дегазатор соединен с контактным или контактно-поверхностным конденсатором, абсорбирующим продукты сгорания.
Контур принудительной циркуляции исходного раствора содержит компрессор и запорно-регулирующее устройство для регулирования давления внутри кристаллогидратора.
Изобретение имеет развитие, состоящее в том, что устройство оснащено контуром принудительной циркуляции холодного и горячего теплоносителей, который содержит компрессор, автономные источники теплоты и холода и соединен с атмосферным воздухом через заборное устройство, при этом установлены на трубопроводах подачи воздуха, холодного и горячего теплоносителей запорно-регулирующие устройства для регулирования температуры исходного раствора внутри кристаллогидратора и использования теплоты и холода атмосферного воздуха и автономных источников.
Устройство отбора и ввода затравки установлено на корпусе кристаллогидратора и соединено с пультом контроля и управления технологическим процессом.
Патрубок вывода продуктов переработки подключен к сливному баку для содержания раствора и емкостям для хранения готовых продуктов через насос трубопроводами, на которых установлены запорные устройства.
Сливной бак для содержания раствора соединен с топкой или камерой сгорания трубопроводом, на котором установлены насос и запорно-регулирующее устройство содержания оксида углерода за конвертором.
Перед емкостями для хранения готовой продукции установлены влагоотделители, которые соединены со сливным баком для содержания воды, при этом этот бак подключен к контактному или контактно-поверхностному конденсатору водопроводом, на котором установлено запорно-регулирующее устройство температуры конденсата.
Всасывающий патрубок компрессора контура принудительной циркуляции исходного раствора соединен с атмосферным воздухом или с емкостью для хранения кислорода через компрессор трубопроводами, на которых установлены запорные устройства.
Запорные и запорно-регулирующие устройства подключены через логические устройства к пульту контроля и управления технологическим процессом.
На фиг.1 показано устройство и работа установки для получения растворов угольной, азотной и сернистой кислот, а на фиг.2 - концентрированных кислот азотной и серной, а также жидких диоксида углерода, азота и кислорода.
Устройство переработки продуктов сгорания содержит расположенные последовательно вдоль газо-водяного тракта контактный или контактно-поверхностный конденсатор 1 (фиг.1), дегазатор 2, подающий компрессор 3 и кристаллогидратор 4, который включает корпус с расположенными горизонтально внутри него трубками, разделенный на секции вертикальными перегородками с отверстиями для циркуляции газов. Пространство внутри этих трубок служит для прохода теплоносителя, а между корпусом и трубками внизу необходимо для сбора конденсата и содержания исходного раствора, а вверху для сбора и циркуляции газов. Этот кристаллогидратор оснащен контурами принудительной циркуляции исходного раствора 5 и холодного и горячего теплоносителей 6. Контур принудительной циркуляции исходного раствора 5 подключен к дегазатору 2 через подающий компрессор 3 и запорное устройство 7 газопроводами 8 и 9, к резервной емкости газов 10 через запорно-регулирующее устройство 11 давления нагнетания газов газопроводами 9 и 12, к атмосферному воздуху через запорное устройство 13, компрессор 14 и воздухозаборное устройство 15 воздуховодом 16 и содержит компрессор 17 и запорно-регулирующее устройство 18 для регулирования давления внутри кристаллогидратора 4. Для отключения этого контура от подающего компрессора 3 и резервной емкости газов 10 установлено запорное устройство 7 на газопроводе 9. Контур принудительной циркуляции теплоносителей 6 соединен с атмосферным воздухом через заборное устройство 19 и запорно-регулирующее устройство 20 воздухопроводом 21 и имеет компрессор 22, запорное устройство 23, автономные источники теплоты 24 и холода 25 с запорно-регулирующими устройствами 26 и 27 для регулирования температуры раствора внутри кристаллогидратора 4 и использования теплоты и холода атмосферного воздуха и автономных источников. Патрубок вывода продуктов переработки 28 подключен к сливному баку 29 для содержания раствора и к емкостям кислот угольной 30, сернистой 31 и азотной 32 через насос 33 и запорные устройства 34, 35, 36 и 37, которые установлены на трубопроводах 38, 39, 40 и 41. Насос 33, установленный на трубопроводе 42, содержит байпасный трубопровод 43 для слива исходного раствора из сливного бака 29 в кристаллогидратор 4, на котором установлено запорное устройство 44. Сливной бак 29 для содержания раствора соединен через запорное устройство 45, подающий насос 46, запорно-регулирующее устройство 47 содержания оксида углерода с топкой или камерой сгорания теплоэнергетической установки 48 водопроводом 49. Контактный или контактно-поверхностный конденсатор 1 подключен к теплоэнергетической установке 48 через конвертор 50 газопроводом 51, к дегазатору 2 водопроводом 52, к дымовой трубе 53 газопроводом 54 и к потребителю теплоты 55 водопроводом 56. Дегазатор оснащен запорно-регулирующим устройством уровня воды 57, который установлен на водопроводе 58, соединенным с потребителем теплоты 59. Кристаллогидратор 4 подключен к измерителям показателя рН раствора 60, диоксидов углерода 61 и серы 62, оксида азота 63, которые соединены через логические устройства 64 и 65 с пультом контроля и управления технологическим процессом 66. С этим пультом связаны электрическими связями логические устройства 67 и 68 для управления давлением и температурой раствора внутри кристаллогидратора 4, логическое устройство 69 для управления давлением нагнетания газов подающего компрессора 3, запорные устройства 34 и 44 для управления подачей раствора в сливной бак 29 для содержания раствора и его сливом опять в кристаллогидратор 4, запорные устройства 35, 36 и 37 для управления подачей готовых продуктов в емкости, запорное устройство 13 для управления подачей воздуха в исходный раствор, запорное устройство 45 для управления подачей переработанного раствора в топку или камеру сгорания, а также устройство отбора и ввода затравки 70.
На фиг. 2 показаны емкости для хранения готовых продуктов, содержащие концентрированные кислоты азотной 71 и серной 72, а также сжиженные газы диоксида углерода 73, азота 74 и кислорода 75. Емкости азотной 71 и серной 72 кислот соединены с подающим трубопроводом 38 через влагоотделители 76 и 77 и запорные устройства 78 и 79 трубопроводами 80, 81 и 82, причем эти устройства связаны с пультом контроля и управления технологическим процессом 66 электрическими связями, а влагоотделители 76 и 77 - со сливным баком 83 для содержания воды водопроводами 84, 85 и 86. Для получения сжиженных диоксида углерода, азота и кислорода перед емкостями 73, 74 и 75 установлены для сжижения компрессор 87, холодильник 88, запорно-регулирующие устройства 89 и 90 на трубопроводах 91 и 92, а для управления ими они подключены через логические устройства 93 и 94 к пульту контроля и управления технологическим процессом 66. Газопроводы подачи растворов диоксида углерода 95, азота 96 и кислорода 97 содержат влагоотделители 98, 99 и 100 и запорные устройства 101, 102 и 103, последние соединены с пультом контроля и управления технологическим процессом 66, при этом влагоотделители 98, 99 и 100 подключены сливными водопроводами 104, 105 и 106 к сливному баку 83 для содержания воды через водопровод 86. Этот бак соединен с контактным или контактно-поверхностным конденсатором 1 водопроводом 107, на котором установлен подающий насос 108 с регулятором температуры конденсата 109. Воздухопровод подачи воздуха 16 в контур принудительной циркуляции раствора 5 соединен с емкостью 75 для содержания кислорода газопроводом 110, на котором установлено запорное устройство 111, соединенное электрической связью с пультом контроля и управления технологическим процессом 66. Емкости для готовых диоксида углерода 73, азота 74 и кислорода 75 подключены к системе через насос 112 газопроводами 113, 114 и 115, на которых установлены запорные устройства 116, 117 и 118.
Способ переработки продуктов сгорания осуществляют следующим образом. Продукты сгорания подают из теплоэнергетической установки 48 (фиг.1) через конвертор 50 в контактный или контактно-поверхностный конденсатор 1 по газопроводу 51, при этом сжигают топливо газовое, или жидкое, или твердое в топке или камере сгорания при коэффициенте избытка воздуха, близком к единице для ограничения содержания свободного кислорода в уходящих газах. Образующийся оксид углерода конвертируют в конверторе 50 в диоксид при температуре газов 350÷600oС и давлении атмосферном или превышающем атмосферное в присутствии паров воды и катализатора, содержащего окиси трехвалентного железа и хрома. Другой способ ограничения содержания кислорода в уходящих газах это тоже сжигание при коэффициенте избытка воздуха, близком к 1, но таким образом, чтобы количество образующегося оксида азота было достаточным для окисления оксида углерода до диоксида или его восстановления оксидом углерода. В контактном или контактно-поверхностном конденсаторе 1 абсорбируют водой из продуктов сгорания в основном оксид и диоксид углерода, диоксид серы, оксид азота, пары воды, кислород и азот при давлении, превышающем атмосферное, для того, чтобы увеличить концентрацию этих веществ в растворе при ее температуре 90÷100oС. Из контактного или контактно-поверхностного конденсатора 1 конденсат направляют в дегазатор 2 по газопроводу 52, где производят десорбцию газов при температуре 90÷100oС и атмосферном давлении, выделившиеся газы подают подающим компрессором 3 в контур принудительной циркуляции исходного раствора 5 при открытом запорном устройстве 7. Здесь их забирают компрессором 17 и циркулируют через секции кристаллогидратора 4, при этом водяные пары конденсируют, а газы абсорбируют исходным раствором при давлении, превышающем атмосферное, и температуре не ниже 0oС. Необходимое давление в кристаллогидраторе создают компрессором 17, а регулируют его запорно-регулирующим устройством 18.
Необходимую температуру исходного раствора создают циркуляцией наружного воздуха компрессором 22 через кристаллогидратор 4 или движением теплоносителя через кристаллогидратор 4 и источники теплоты 24 или холода 25, при этом регулируют эту температуру запорно-регулирующим устройством 20 при открытом запорном устройстве 23 и закрытых запорно-регулирующих устройствах 26 и 27, запорно-регулирующим устройством 26 при закрытых запорном устройстве 23 и запорно-регулирующих устройствах 20 и 27 и запорно-регулирующим устройством 27 при закрытых запорном устройстве 23 и запорно-регулирующих устройствах 20 и 26. Насыщают исходный раствор диоксидом углерода путем циркуляции газов через этот раствор под действием компрессора 17 при установившихся давлении и температуре.
Образуют кристаллогидрат диоксид углерода СO2•6Н2O при температуре t=-22÷24oC и давлении Р=1•105 Па или t=5oC и P=(22÷24) •105 Пa или t=9oC и P= (38÷40)•105 Пa или кристаллогидрат СО2•8Н2О при t=-24÷25oC и Р=1,1•105 или t=0oC и Р=(12÷13)•105 Па или t=10oC и Р=(45÷60)•105 Па путем циркуляции газов через исходный раствор и ввода в него затравки с устройства отбора и ввода затравки 70. Отключают кристаллогидрат 4 от дигазатора 2 закрытием запорного устройства 7. Подают исходный раствор насосом 33 в сливной бак 29 для содержания раствора при закрытом запорном устройстве 44 и открытом 34, затем его закрывают. Расплавляют кристаллогидрат повышением температуры или понижением давления или повышением температуры и понижением давления в кристаллогидраторе, при этом изменяют и регулируют температуру исходного раствора и давление газов в кристаллогидраторе, как и при абсорбции газов исходным раствором. Подают из кристаллогидратора 4 раствор угольной кислоты насосом 33 при открытом запорном устройстве 37 в емкость 30 для этой кислоты, затем его закрывают. Открывают запорные устройства 34 и 44 и сливают исходный раствор из сливного бака 29 для содержания раствора опять в кристаллогидратор 4, затем их закрывают. Открывают запорное устройство 7 и цикл производства раствора угольной кислоты повторяют столько раз, сколько необходимо для накопления содержания диоксида серы или оксида азота внутри пространства кристаллогидратора 4 до уровня содержания диоксида углерода. Производят абсорбцию диоксида серы, как и абсорбцию диоксида углерода только при закрытом запорном устройстве 7. Образуют кристаллогидрат диоксида серы SО2•6H2O при температуре t=0÷7oC и давлении P=1•105 Па или t=5oС и Р=(1÷2)•105 Па или t= 10oС и Р=(2÷3)•105 Па или t=15oC и Р=(4÷5)•105 Па или t=20oC и Р=(7÷8)•105 Па или t= 25oС и Р=(12÷13)•105 Па или t=30oC и Р=(22÷23)•105 Па путем циркуляции газов через раствор и ввода затравки с устройства отбора и ввода затравки 70. Отделяют кристаллогидрат диоксида серы от исходного раствора, отбирают затравку и расплавляют этот кристаллогидрат, как и при производстве раствора угольной кислоты. Закачивают образовавшийся раствор сернистой кислоты насосом 33 при закрытых запорных устройствах 34 и 44 и открытом 36 в емкость 31 для этой кислоты, затем его закрывают. Сливают оставшийся раствор после отделения диоксидов углерода и серы из сливного бака 29 для содержания раствора опять в кристаллогидратор 4 при открытых запорных устройствах 34 и 44, затем их закрывают. Циркулируют газы в кристаллогидраторе через исходный раствор компрессором 17 и подают в контур принудительной циркуляции исходного раствора 5 воздух компрессором 14 через заборное устройство 15 по воздухопроводу 16 при открытом запорном устройстве 13, при этом оксид азота окисляется до диоксида кислородом атмосферного воздуха, абсорбируется в исходном растворе и в присутствии воды и растворившегося кислорода образует раствор азотной кислоты, запорное устройство 13 закрывают. Образуют кристаллогидрат азотной кислоты HNO3•H2O при температуре t=-37÷39oC и давлении Р= 1•105Па или НNО3•3H2O при температуре t=-18÷20oC и давлении Р=1•105Па путем циркуляции газов через исходный раствор и ввода затравки с устройства отбора и ввода затравки 70. Отделяют кристаллогидрат азотной кислоты от исходного раствора, отбирают затравку и расплавляют этот кристаллогидрат, как и при производстве раствора угольной кислоты. Закачивают раствор азотной кислоты насосом 33 в емкость 32 для этой кислоты при закрытых запорных устройствах 34 и 44 и открытом 35, затем его закрывают. Подают из сливного бака 29 для содержания раствора воду с растворенным в ней оксидом углерода, азотом и кислородом в топку или камеру сгорания теплоэнергетической установки 48 по водопроводу 49 насосом 46 при открытом запорном устройстве 45, при этом количество подаваемой воды изменяют запорно-регулирующим устройством 47 по содержанию или изменению содержания оксида углерода за конвертором 50. На этом технологический цикл производства растворов угольной, сернистой и азотной кислот заканчивается.
Другой технологический цикл содержит производство концентрированных серной и азотной кислот, получение чистых диоксида углерода, азота и кислорода, а также твердого диоксида углерода. Для реализации этой технологии из полученного раствора угольной кислоты описанным выше способом отделяют воду во влагоотделителе 98 (фиг.2), куда ее подают насосом 33 при закрытых запорных устройствах 34 и 44 и открытом 101 по трубопроводам 82 и 95. Из этого влагоотделителя воду сливают в сливной бак 83 для содержания воды по водопроводам 86 и 104. Газообразный диоксид углерода охлаждают холодильником 88 и сжимают компрессором 87 до температуры t=-57oC и давления P=(5÷5,5)•105 Пa или t=0oC, Р=(34÷35)•105 Па или t=15oC и Р=(49÷50)•105 Па или t=20oC, Р= (56÷57)•105 Па или t= 25oC и P=(63÷64)•105 Пa или t=30oC и P=(70÷72)•105 Пa, при этом регулируют запорно-регулирующими устройствами 89 - давление, а 90 - температуру и используют теплоту или холод наружного воздуха и автономных источников. Образовавшийся жидкий диоксид углерода подают насосом 112 в емкость для диоксида углерода 73 по трубопроводу 113 при открытом запорном устройстве 116, затем его закрывают. Из жидкого диоксида углерода получают твердый при его охлаждении при атмосферном давлении до температуры t=-78,5÷80oC в холодильнике или дросселированием. После отделения диоксида углерода из раствора производят азотную и серную кислоты при наличии в продуктах сгорания диоксида серы и оксида азота. Для этого в контур принудительной циркуляции исходного раствора 5 подводят по воздухопроводу 16 компрессором 14 атмосферный воздух при открытом запорном устройстве 13 и закрытом 111 или кислород из емкости 75 для этого газа по газопроводу 110 компрессором 14 при открытом запорном устройстве 111 и закрытом 13, при этом в исходном растворе в присутствии растворенного кислорода образуются растворы серной кислоты нитрозным способом и азотной. Водный раствор азотной кислоты отделяют от исходного раствора вышеизложенным способом. Влагу от этой кислоты отделяют во влагоотделителе 76 при его подаче насосом 33 по трубопроводам 42, 38, 80, 84 и 86 в сливной бак 83 для содержания воды, а концентрированную азотную кислоту подают в емкость 71 для этой кислоты, затем запорное устройство 78 закрывают. Далее исходный раствор сливают из сливного бака 29 для содержания раствора в кристаллогидратор 4 описанным выше способом, образуют при атмосферном давлении кристаллогидраты серной кислоты H2SO4•H2O при температуре t= 7÷8oC или H2SO4•2H2O при t= -40÷42oC или H2SO4•4H2O при t= -29÷30oC путем циркуляции газов через исходный раствор и ввода затравки. Отделяют кристаллогидрат серной кислоты от исходного раствора, отбирают затравку, расплавляют этот кристаллогидрат изложенными выше способами и получают водный раствор серной кислоты, который подают во влагоотделитель 77 по трубопроводам 42, 38, 82 и 81 при открытом запорном устройстве 79, при этом сливают воду из влагоотделителя 77 по водопроводам 85 и 86 в сливной бак 83 для содержания воды, а концентрированную серную кислоту подают в емкость 72 для этой кислоты. Для реализации другого способа получения концентрированной серной кислоты пропускают продукты сгорания через водный раствор этой кислоты. Из оставшегося исходного раствора выделяют азот и кислород. Для этого образуют кристаллогидрат азота N2•6H2O при t=-4oC и давлении Р= (100÷110)•105 Па или t=-1oC и Р=(145÷150)•105 Па или t=1oC и P=(180÷185)•105 Па путем циркуляции газов через исходный раствор и ввода затравки. Отделяют кристаллогидрат от суспензии, отбирают затравку, расплавляют этот кристаллогидрат описанными способами и подают во влагоотделитель 99 по водопроводам 42, 38, 82 и 96 при открытом запорном устройстве 102, где отделяют влагу от газа. Воду сливают по водопроводам 105 и 86 в сливной бак 83 для содержания воды. Газообразный азот сжижают так же, как газообразный диоксид углерода, только при температуре t=-145oС и давлении P=(35÷40)•105 Пa или атмосферном давлении и t= -196÷200oC и подают его насосом 112 в емкость 74 для этого азота по трубопроводам 113 и 114 при открытом запорном устройстве 117, затем его закрывают. Оставшийся в растворе кислород выделяют так же, как и азот, только образуют кристаллогидрат кислорода O2•6Н2O при температуре t=-1oC и давлении Р= (104÷108)•105 Па или t=0oC и Р=(118÷121)•105 Па или t=1oC и P= (132÷137)•105 Па или t=4oC и Р=(177÷182)•105 Па. Отделяют влагу во влагоотделителе 100, а воду подают по водопроводам 106 и 86 в сливной бак 83 для содержания воды. Газообразный кислород сжижают, как газообразный диоксид углерода, только при температуре t=-120÷125oC и давлении Р=(45÷50)•105 Па или атмосферном давлении и t=-180÷185oC и подают его насосом 112 в емкость 75 для этого кислорода по трубопроводам 113 и 115 при открытом запорном устройстве 118, затем его закрывают. Подают воду из бака 83 для содержания воды насосом 108 по водопроводу 107 в контактный или контактно-поверхностный конденсатор 1, количество подаваемой воды регулируют регулятором температуры конденсата 109 по температуре конденсата, равной 90÷100oС и давлении, превышающем атмосферное. Оставшийся исходный раствор в сливном баке 29 для содержания раствора после выделения из него газов и кислот, но содержащий еще оксид углерода подают в топку или камеру сгорания теплоэнергетической установки 48 (фиг.1) насосом 46 по водопроводу 49 так же, как и при первом технологическом цикле, при этом запорно-регулирующим устройством 47 регулируют содержание оксида углерода за конвертором 50.
Преимущества разработанных способов переработки продуктов сгорания и устройства для его осуществления по сравнению с аналогами и прототипом заключаются в следующем:
- достигается значительная экономия энергии благодаря ограничению содержания кислорода в уходящих газах и выделению из продуктов сгорания диоксидов углерода и серы, оксида азота, кислорода и азота при более высоких температурах и низких давлениях, исключению из этого процесса балластного газа азота в результате абсорбции газов в конденсаторе и их десорбции в дегазаторе, а также использованию теплоты или холода наружного воздуха;
- становится реальным производство концентрированных серной и азотной кислот и их растворов, а также чистых диоксидов углерода и серы, азота и кислорода из продуктов сгорания;
- снижается трудоемкость технологического процесса благодаря применению автоматизированной системы управления и контроля.
Касается очистки газов в котлах, промышленных печах, теплогенераторах и тепловых двигателях, сжигающих газовое, жидкое и органическое топливо. Устройство переработки продуктов сгорания оснащено расположенными последовательно вдоль газоводяного тракта контактным или контактно-поверхностным конденсатором, дегазатором, подающим компрессором и кристаллогидратором, который содержит контуры принудительной циркуляции исходного раствора и холодного и горячего теплоносителей. Контур принудительной циркуляции исходного раствора подключен к дегазатору через подающий компрессор и к резервной емкости газов и оснащен компрессором, а контур принудительной циркуляции теплоносителей соединен с атмосферным воздухом и содержит компрессор и автономные источники теплоты и холода. Абсорбируют уходящие газы в конденсаторе при таком давлении, при котором температура конденсации водяных паров становится равной 90-100oС, производят дегазацию конденсата в дегазаторе при атмосферном давлении, конденсируют водяные пары и абсорбируют выделившиеся газы исходным раствором в кристаллогидраторе, образуют кристаллогидраты каждого вещества изменением и регулированием температуры и давления исходного раствора, расплавляют кристаллогидраты, отделяют получившиеся чистые вещества от воды. Изобретение позволяет достичь значительной экономии энергии, получить концентрированную серную и азотную кислоту, чистые диоксиды углерода и серы, азота и кислорода из продуктов сгорания. 2 с. и 29 з.п.ф-лы, 2 ил.
| СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ДИОКСИДА СЕРЫ ИЗ ГАЗОВ | 1998 |
|
RU2137707C1 |
| Аппарат для очистки веществ методом кристаллизации-плавления | 1989 |
|
SU1692608A1 |
| US 3948624 А1, 06.04.1976 | |||
| US 4126431 А1, 21.11.1978 | |||
| DE 3805045 А1, 31.08.1989. | |||
