Изобретение относится к способу десульфуризации отходящих газов для удаления диоксида серы из отходящих газов (газообразных продуктов сгорания). Более конкретно, настоящее изобретение относится к способу удаления диоксида серы из отходящих газов посредством усовершенствованного сепаратора.
Сжигание ископаемого топлива используется в промышленных процессах для множества различных целей. Но, к сожалению, сжигание этого топлива сопровождается выделением ряда загрязняющих веществ, вредных для окружающей среды. В частности, соединения диоксидов серы и азота являются основными компонентами, вызывающими "кислотные дожди". Сера является естественным природным элементом в сырой нефти, концентрирующимся в остаточных компонентах процесса нефтеперегонки. Количество серы в топливе главным образом зависит от источника сырой нефти и глубины очистки в процессе нефтепереработки. Обычно, в мировой практике это количество колеблется в пределах 1,5-4%. И такое количество приводит к высоким концентрациям SO2 в дымовых газах. Например, при использовании топлива, содержащего 1,5% S, концентрация SO2 в отходящих газах составит около 630 част./млн, при использовании топлива, содержащего 4% S, концентрация SO2 в отходящих газах составит около 1700 част./млн.
Ввиду вреда, причиняемого соединениями оксидов серы (SOx) и азота (NOx), особенно учитывая, что сжигание органического топлива ежегодно приводит к выбросу многих миллионов тонн SO2 в атмосферу, были предложены различные усовершенствованные процессы очистки и отделения этих газообразных продуктов сгорания до выпуска отходящих газов в атмосферу.
Водный транспорт быстро становится самым большим источником загрязнения атмосферы в Европейском союзе (EU). Несмотря на все предпринимаемые действия, к 2020 году суда будут выбрасывать их больше, чем все наземные источники.
Европейские воды становятся первой зоной в мире, где предъявляются более строгие нормы по выбросам серы для судов, в связи с созданием так называемой особой зоны контроля за выбросами оксидов серы в Балтийском море (SECA) в 2006 г. и затем в Северном море и Английском канале в 2007 г.
Согласно директиве Европейского союза относительно выбросов серы морским флотом, разрешается использование только низкосернистых топлив с содержанием серы менее 1,5%. Более того, предел содержания серы в топливе в 1,5% будет распространяться на пассажирские суда, осуществляющие регулярные перевозки через любые гражданские порты союза, а не только в SECAs.
Законодательство Европейского союза разрешает использование технологий, которые уменьшают содержание серы в отходящих газах в качестве альтернативы использованию низкосернистых топлив (с содержанием серы менее 1,5%). Таким образом, требуются технологии, гарантирующие уменьшение выбросов серы по меньшей мере на уровне, достигаемом за счет снижения содержания серы в дизельном топливе для кораблей.
В большинстве технологий десульфуризации отходящих газов используются процессы мокрой очистки газов, в которых выбрасываемые отходящие газы взаимодействуют с водным раствором. Цель этих процессов - обеспечить высокую эффективность абсорбции, т.е. абсорбцию около 70-95% SO2. К процессам абсорбции предъявляются высокие требования, и степень свободы условий их проведения ограничена. Например, эффективность реакции между компонентами в водном растворе и SOx в газовой фазе, т.е. в обрабатываемых отходящих газах, уменьшается при увеличении температуры реакции, в частности, выше примерно 70°С. Однако температура выбрасываемых отработанных газов составляет около 300°С, тем самым, уменьшая эффективность процесса.
Объемы выбрасываемых газов огромны, достигая на выходе около 12000 м3/ч для относительно небольшого двигателя мощностью около 1 МВт. Соответственно, требуются высокоэффективные процессы, чтобы избежать зависимости от необходимости в крупномасштабном оборудовании для обработки таких больших объемов газа. Причем, размер оборудования на судне является критичным моментом ввиду ограниченного пространства.
Также желательно уменьшение количества используемого водного раствора, поскольку необходимо перекачивать раствор, вводить его в контакт с отходящими газами и затем обрабатывать после использования. Процессы, в которых SOx абсорбируется путем контакта водного раствора с отходящим газом, требуют крупномасштабного и дорогого оборудования, что является большим недостатком, поскольку требуется большое пространство на судне для его размещения.
Два параметра определяют эффективность абсорбции; состав водного раствора и эффективность контакта между газовой фазой и каплями абсорбирующего раствора. Технологии десульфуризации отходящих газов должны обеспечивать превосходный контакт между этими двумя компонентами и эффективную химическую абсорбцию, чтобы удовлетворять этим ограничивающим требованиям.
В настоящий момент требуются очень эффективные технологии десульфуризации отходящих газов, особенно, в условиях высоких температур и больших количеств выпускаемых газов, и для обеспечения технологий десульфуризации отходящих газов, требующих только небольших количеств водного раствора и использования оборудования небольших размеров. Таким образом, требуются технологии десульфуризации отходящих газов, характеризующиеся обеспечением очень эффективного контакта взаимодействующих компонентов, небольшими размерами оборудования, простотой и высокой эффективностью с точки зрения затрат по сравнению с другими использующимися в настоящий момент системами и технологиями.
Соответственно, в основу настоящего изобретения положена задача обеспечения эффективного с точки зрения затрат способа абсорбции SO2, присутствующего в отходящих газах двигателей, промышленных котлов и мусоросжигательных установках, таких как судовые двигатели, электрические бойлеры, котлы и мусоросжигательные печи, выбрасываемых обрабатывающими предприятиями, такими как металлургические комбинаты, заводы по производству кислоты, нефтеперерабатывающие предприятия и целлюлозно-бумажные заводы, использующие более высокоэффективное оборудование по сравнению с предшествующим уровнем техники.
С учетом этого уровня техники, в настоящем изобретении предлагается способ десульфуризации газообразного потока, содержащего SO2, включающий следующие шаги:
а) подача исходного водного потока, содержащего анионы, выбранные из группы, включающей карбонат, бикарбонат, гидрооксид, сульфит и бисульфит,
б) подача исходного газообразного потока, содержащего SO2, и
в) осуществление контакта указанных исходного водного потока и исходного газообразного потока с получением десульфурированного газообразного продукта, включающего менее 40% содержащего SO2 потока, и водного продукта,
причем указанный контакт осуществляют в гидроциклонной установке, имеющей корпус, образованный цилиндрической внешней стенкой и снабженный по меньшей мере одним впускным отверстием для ввода текучих сред и по меньшей мере одним закручивающим средством, при этом скорость прохождения упомянутого газообразного потока внутри гидроциклонной установки находится в диапазоне между 10 и 120 м/с.
В предпочтительном (частном) варианте осуществления настоящего изобретения скорость прохождения упомянутого газообразного потока внутри гидроциклонной установки находится в диапазоне между 60 и 100 м/с.
В наиболее предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения скорость прохождения упомянутого газообразного потока внутри гидроциклонной установки находится в диапазоне между 60 и 70 м/с.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения величина объемного соотношения между исходным водным потоком и исходным газообразным потоком находится в диапазоне между 0,5/1 и 3/1 л/нм3, где нм3 относятся к объему газообразного потока в нормальных условиях, характеризующихся: температурой 20,0°С (68°F) и давлением Pn = 1,01 бар (14,72 фунта на квадратный дюйм, абс.).
В наиболее предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения величина объемного соотношения между исходным водным потоком и исходным газообразным потоком находится в диапазоне между 1/1 и 2/1 л/нм3.
Предлагаемый в настоящем изобретении способ особенно подходит при использовании двигателей большой мощности и в предпочтительном варианте осуществления исходный газообразный поток содержит отходящие газы двигателя внутреннего сгорания мощностью, по меньшей мере 0,5 МВт.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутый содержащий SO2 газообразный поток представляет собой выбросы отходящих газов двигателей от источников, выбранных из группы, включающей двигатели, промышленные котлы и мусоросжигательные установки, таких как судовые двигатели, электрические бойлеры, котлы и мусоросжигательные печи, от обрабатывающих предприятий, таких как металлургические комбинаты, заводы по производству кислоты, нефтеперерабатывающие предприятия и целлюлозно-бумажные заводы.
Предлагаемый способ может быть использован в различных вариантах и местах, однако, в предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения этот способ может быть осуществлен в местоположении, выбранном из группы, включающей судна, береговую полосу, порты и районы, где доступна, по меньшей мере, слабоминерализованная (солоноватая) или морская вода.
В наиболее предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения предлагаемый способ реализуется на судне.
В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутый выше двигатель работает с мощностью, составляющей, по меньшей мере 5%, от максимальной.
В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения исходный водный поток включает компонент, выбранный из группы, включающей морскую воду, слабоминерализованную воду и их комбинацию.
В то время когда судно плавает в открытом море, допустима выработка десульфурированного газообразного продукта, включающего менее 40% указанного содержащего SO2 потока, но в других случаях осуществления настоящего изобретения, предлагаемый способ может быть реализован на суше, в частности береговой полосе, портах, верфях и других районах, где доступна, по меньшей мере, слабоминерализованная или морская вода, и в таких местах предлагаемый в настоящем изобретении способ может быть реализован с выработкой десульфурированного газообразного продукта, включающего менее 10% содержащего SO2 потока, и водного продукта.
В наиболее предпочтительном варианте данного аспекта настоящего изобретения осуществляется выработка десульфурированного газообразного продукта, включающего менее 3% содержащего SO2 потока, и водного продукта.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения исходный водный поток содержит катионы, выбранные из группы, включающей Са, Na, аммоний и их комбинацию.
Концентрация SO2 в исходном газообразном потоке предпочтительно составляет от 150 до 2000 част./млн.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения дополнительно используют кислород, который вводят в контакт с исходным газообразным потоком, исходным водным потоком или их комбинацией.
В наиболее предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения указанный контакт осуществляют в упомянутой выше гидроциклонной установке.
В соответствии с данным аспектом настоящего изобретения в предлагаемом способе предпочтительно используют катализатор окисления.
В предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в настоящем изобретении способа дополнительно используют катализатор, выбранный из группы, включающей катализатор окисления NOx, катализатор снижения (редукции) NOx и их комбинацию.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения катализатор вводят в упомянутый газообразный поток в виде частиц. В еще одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения катализатор постоянно присутствует на входе или внутри гидроциклонной установки.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения используется средство ультрафиолетовой (УФ) обработки до или внутри гидроциклонной установки для стимулирования выборочной некаталитической редукции NOx.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения исходный водный поток содержит компонент, выбранный из группы, включающей специфический (избирательный) абсорбент, неспецифический абсорбент, поверхностно-активное вещество, хелатообразующий агент и комплексообразующее вещество.
В следующих предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения предлагаемый способ включает шаг добавления, по меньшей мере, одного щелочного соединения в исходный водный поток и (или) упомянутый водный продукт.
Упомянутое щелочное соединение предпочтительно выбирают из группы, включающей известь, известняк, CaO, NaOH, NaHCO3, Na2SO3 или любую их комбинацию.
В особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутое, по меньшей мере, одно щелочное соединение представляет собой соединение кальция.
В другом, особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутое соединение кальция выбирают из группы, включающей известь, известняк и СаО. При этом преимущественно выделяют в осадок содержащее СаО соединение и частично выделяют его из системы.
В следующих предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения упомянутое щелочное соединение, добавляемое в исходный водный поток, представляет собой соединение натрия.
В других предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения, когда упомянутое щелочное соединение представляет собой соединение натрия, после шага (в) добавляется стадия обмена. На этой стадии поток, содержащий Са(ОН)2 и (или) СаО, смешивается с промывным раствором, который также содержит бисульфитный ион, для образования сульфита кальция/сульфата кальция, которые отделяются от смешанного раствора, а также происходит образование обработанного промывного раствора, содержащего ионы натрия и сульфита. Обычная реакция в промывном растворе может быть описана, как реакция (1):
Когда добавляется стадия обмена, по меньшей мере, часть промывного раствора возвращается обратно в гидроциклонную установку, чтобы молекулы Na2SO3 абсорбировали другое количество молекул SO2. Поток сульфита кальция, отделенный на этой стадии, может накапливаться или отводиться, предпочтительно в море. За счет рециркуляции раствора, меньшие количества водного раствора должны быть перекачаны, введены в контакт с отходящими газами и, затем, обработаны после использования.
В особо предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутый щелочной компонент, добавляемый в водный раствор, представляет собой смесь соединений натрия и кальция. Щелочное соединение натрия ответственно за быструю реакцию нейтрализации в гидроциклонной установке с H2SO3 или H2SO4, образованных реакцией между водой и молекулами SO2 и SO3. Щелочное соединение кальция ответственно за образование осадка, содержащего CaSO3 или CaSO4, который выделяется из системы. Таким образом, контактное время для реакции (1) продляется.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения осадок CaSO3 или CaSO4 выделяется из системы.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения щелочное соединение добавляют в упомянутый водный поток в форме, выбранной из группы, включающей частицы, раствор, суспензию и их комбинацию.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения величина концентрации щелочного соединения в водном потоке находится в диапазоне между 100 част./млн - 30% вес./вес., предпочтительно между 200 част./млн - 6%.
В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения в указанный водный поток добавляется СаО. При контакте СаО с молекулами воды образуется Са(ОН)2. Метод добавления СаО к водному потоку и предоставление возможности проходить реакции самой, в противоположность добавлению непосредственно Са(ОН)2, является предпочтительным, поскольку в результате достигается более высокая концентрация Са(ОН)2. Это происходит поскольку, когда к водному потоку добавляется растворенный СаО, образуется Са(ОН)2, который после достижения насыщения, выпадает в осадок. Однако, когда к водному потоку добавляется Са(ОН)2, он растворяется и требуется долгое время, чтобы достичь максимума насыщенности раствора. Таким образом, когда к водному потоку добавляется СаО, фактическая концентрация Са(ОН)2 выше по сравнению с тем, когда к водному потоку добавляется Ca(OH)2.
Показатель рН исходного водного потока предпочтительно составляет около менее 9,5.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения исходный водный поток охлаждается перед вводом в гидроциклонную установку.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения для уменьшения температуры потока в гидроциклонную установку добавляется лед.
При осуществлении предлагаемого способа упомянутый контакт предпочтительно характеризуется снижением температуры исходного газообразного потока на величину в диапазоне приблизительно между 100 и 350°С.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения указанная подача исходного водного потока включает рециркуляцию по желанию обработанного водного продукта.
В этом аспекте настоящего изобретения указанный водный продукт до рециркуляции или одновременно с ней обработан основным соединением для получения, по меньшей мере, сульфата или соли сернистой кислоты.
В одном из частных вариантов, относящемся к этому аспекту настоящего изобретения, выделяют осадок и по меньшей мере частично отделяют его от упомянутого по желанию обработанного водного продукта до рециркуляции или одновременно с ней.
Такой осадок предпочтительно содержит катион Са.
В особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, часть упомянутого водного продукта отводится, например, в океан, когда процесс осуществляется на судне.
В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения исходный газообразный поток включает по желанию обработанный газообразный продукт.
Способ по настоящему изобретению может быть реализован осуществлением указанного контакта в многоступенчатых гидроциклонных установках, расположенных параллельно друг другу или последовательно, или в комбинации таких положений.
В следующем предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения дополнительно используют кислород и вводят его в контакт с упомянутым водным продуктом.
Эффективность способа по настоящему изобретению также подтверждается тем фактом, что в предпочтительном варианте исходный газообразный поток содержит по меньшей мере одну загрязняющую примесь из группы, включающей частицы с размером 1-2 мкм, частицы большего размера, частицы меньшего размера, оксиды серы, другие, чем SO2, оксиды азота, СО2, нефтепродукты, молекулы, дающие запах, и токсичные металлы, а при этом содержание такой по меньшей мере одной загрязняющей примеси в десульфурированном газообразном продукте меньше, чем в исходном газообразном потоке, по меньшей мере на 40%.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения эффективность сепарации частиц с размером 1-2 мкм, присутствующих в указанном газообразном потоке, составляет 50-97%.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, осуществляемом на судне или рядом с водным пространством, предлагаемый способ включает стадию, на которой упомянутый водный продукт подготавливают для выпуска в море.
Указанная подготовка водного продукта предпочтительно включает регулирование по меньшей мере одного параметра, выбранного из группы, включающей рН, температуру и уменьшение содержания по меньшей мере одного компонента из сульфитов, сульфатов и загрязняющих примесей из группы, включающей нефтепродукты, молекулы, дающие запах, токсичные металлы, частицы, сажу, оксиды серы, другие, чем SO2, оксиды азота, СО2.
Эффективность абсорбции SO2 или SO3 из содержащего SO2 газообразного потока зависит от нескольких параметров. С термодинамической точки зрения, эффективность главным образом зависит от температуры потока, концентрации щелочного соединения, рН водного потока, объемное соотношение между упомянутыми водным и газообразным потоками, концентрациями SO2 или SO3 в содержащем SO2 газообразном потоке и расхода этого содержащего SO2 газообразного потока. Однако время контакта настолько короткое, что большое значение для эффективности абсорбции принимают параметры эффективности кинетики процесса. С точки зрения кинетики, эффективность главным образом зависит от размера капель водного потока, эффективности смешивания, расхода обоих потоков, количества мешающих соединений на поверхности водяных капель (таких как нефтепродукты), которые препятствуют контакту между молекулами SO2 и водой или щелочными соединениями и т.п.
В результате трудно достичь высокой эффективности абсорбции. Например, эффективность абсорбции около 97% очень необычна для публикаций уровня техники; однако в предлагаемом в настоящем изобретении способе эффективность абсорбции SO2 достигает около 99,3%.
В дополнение, результаты сепарации SO2 показывают увеличение эффективности абсорбции, как увеличение отношения объемных скоростей потока между водным и газообразным потоками (ж/г).
Предлагаемый способ показывает совершенно неожиданные результаты. Результаты сепарации SO2 в таблице 1 показывают увеличение эффективности абсорбции при увеличении мощности двигателя (примеры 4, 5, 6, 8, 10, 14-18).
В дополнение, в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутый контакт характеризуется уменьшением температуры газообразного потока в гидроциклонной установке на величину между 100-350°С, как это следует из таблицы 1, где показаны случаи, в которых температура газообразного потока уменьшается более чем на 280°С (см. пример 10).
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, часть упомянутого водного потока, после взаимодействия в гидроциклонной установке возвращается в систему и вводится обратно в гидроциклонную установку для использования, по меньшей мере дважды.
В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутый выше промывной раствор выпускается после одного контакта в гидроциклонной установке.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, часть упомянутого выше десульфурированного газообразного продукта возвращается обратно в гидроциклонную установку.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутый выше промывной раствор контактирует с кислородосодержащим газом.
В предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в настоящем изобретении способа он включает стадию отделения из промывного раствора нежелательного компонента, выбранного из группы, включающей сажу, нефтепродукт, токсичные металлы и их комбинации.
В предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в настоящем изобретении способа он включает стадию регулирования параметров, которые характеризуют промывной раствор, так что этот раствор будет иметь параметры, позволяющие выпускать его в море.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения такой параметр выбран из группы, включающей рН, содержание нестабильных сульфитов, температуру, содержание сажи, содержание отравляющих веществ, металлов и содержание нефтепродуктов.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутая концентрация SO2 в исходном газообразном потоке на входе в гидроциклонную установку составляет от 150 до 2000 част./млн. Однако этот газообразный поток также содержит по меньшей мере одну загрязняющую примесь из группы, включающей частицы, оксиды серы, другие, чем SO2, оксиды азота, СО2, нефтепродукты, молекулы, дающие запах, и токсичные металлы, причем концентрация по меньшей мере одной такой загрязняющей примеси в десульфурированном газообразном продукте меньше, чем в газообразном потоке, по меньшей мере на 40%.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения исходный водный поток содержит компонент, выбранный из группы, включающей твердый специфический (избирательный) абсорбент и неспецифический абсорбент, чтобы абсорбировать очень маленькие частицы, присутствующие в газовой фазе, и специфичные молекулы, такие как молекулы, дающие запах.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения исходный водный поток содержит компонент, выбранный из группы, включающей поверхностно-активное вещество, хелатообразующий агент и комплексообразующее вещество, чтобы абсорбировать загрязнения, имеющие гидрофобную природу (такие как нефть или октан), а также абсорбировать нежелательные металлы.
В случае, когда упомянутый водный поток содержит около 5% Na2SO3, неожиданно наблюдалось очень небольшое количество частиц на поверхности конечного промывного раствора после осуществления контакта. В противоположность этому, большое количество частиц наблюдалось на поверхности промывного раствора в случае использования водного потока, содержащего только солоноватую воду. Эти результаты могут быть объяснены тем, что частицы, попадающие в гидроциклонную установку из двигателя, имеют активную поверхность. В случае использования 5%-ного Na2SO3, частицы были окружены ионами, такими как Na+, SO3 и таким образом были распределены в водном растворе, а не плавали на его поверхности, как это имеет место в случае солоноватой воды.
Примеры и чертежи
В то время как настоящее изобретение будет описано ниже на примерах и фигурах, относящихся к конкретным предпочтительным вариантам его осуществления, следует понимать, что они не предназначены для ограничения изобретения этими частными вариантами осуществления. Напротив, подразумевается, что изобретение охватывает все альтернативы, модификации и эквивалентные признаки в рамках объема притязаний настоящего изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения. Соответственно, нижеследующие примеры, включающие предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, служат только для иллюстрации возможности практической реализации изобретения, его лучшего понимания на основе примеров и для иллюстративного раскрытия предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, которые, как предполагается, будут наиболее полезны и понятны в плане раскрытия как процессов, так и принципов и концепций настоящего изобретения.
Краткое описание чертежей
Ниже изобретение будет описываться со ссылкой на чертежи, на которых представлено:
фиг.1 - схематическое изображение используемой в настоящем изобретении гидроциклонной установки,
фиг.2 - поперечное сечение корпуса по линии В-В и
фиг.3 - таблица 1, иллюстрирующая результаты описанных ниже экспериментов с использованием настоящего изобретения.
На фиг.1 показан предпочтительный вариант выполнения гидроциклонной установки, используемой в настоящем изобретении и включающей имеющий продольную (геометрическую) ось Х-Х корпус Н, образуемый цилиндрической внешней стенкой 2, верхней 4 и нижней 6 концевыми частями и снабженный, по меньшей мере, одним впускным отверстием (патрубком) 8 для ввода газового потока и по меньшей мере одним впускным отверстием 10 для ввода водного потока в корпус. Эта гидроциклонная установка также снабжена выпускным средством корпуса Н, выполненным в предпочтительном варианте в виде полого усеченного конуса 12, имеющего большое основание 14 и отделенное от него малое основание 16, где большое основание 14 соединено с нижней концевой частью 6 корпуса Н. В корпусе помещено трубчатое средство (труба) 18, проходящее предпочтительно коаксиально продольной оси Х-Х, причем самая верхняя часть 20 трубчатого средства 18 расположена снаружи корпуса, а самая нижняя часть 22 этого трубчатого средства расположена внутри корпуса.
Кроме того, гидроциклонная установка также снабжена, по меньшей мере, одним закручивающим (поток) средством 24, выполненным в виде цилиндрического кольца, установленного внутри корпуса коаксиально продольной оси Х-Х с образованием кольцевого пространства 26 между внутренней стороной 28 стенки корпуса и наружной стороной 30 стенки закручивающего средства, и внутреннего кольцевого пространства 32 между внутренней стороной 34 стенки закручивающего средства и нижней частью 22 трубчатого средства 18.
Закручивающее средство 24 имеет множество отверстий 36, обеспечивающих проход от упомянутого кольцевого пространства 26 в направлении к внутреннему кольцевому пространству 32. Этот проход 37 характеризуется особой формой.
При работе вышеописанной гидроциклонной установки, вышеупомянутый газовый поток проходит через упомянутое, по меньшей мере, одно впускное отверстие 8 к указанному кольцевому пространству 26 и далее через, по меньшей мере, одно из упомянутого множества отверстий 36, а затем через, по меньшей мере, один из упомянутого множества проходов 37 в направлении к внутреннему кольцевому пространству 32, в то время как водный поток проходит в корпус через упомянутое, по меньшей мере, одно впускное отверстие 10 и контактирует с газовым потоком. Эти два смешанных потока, затем, направляются через полый усеченный конус 12, где газообразный продукт выводится через трубчатое средство 18, в то время как водный раствор собирается через малое основание 14 полого усеченного конуса 12 в подходящий сборный коллектор.
Прохождение газового потока через множество отверстий 36 и, затем, проходы 37 приводит к неожиданно высоким скоростям этого газового потока в диапазоне 20÷120 м/с, а в предпочтительных вариантах между 60 и 70 м/с. В результате достигается высокоэффективный контакт между газовым и водным потоками. Для сравнения, в обычной гидроциклонной установке достигаются скорости около 15÷50 м/с.
В особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения используется гидроциклонная установка, описанная в ЕР 0971787 В1 и включающая имеющий продольную (геометрическую) ось Х-Х корпус Н, образуемый цилиндрической внешней стенкой 2, верхней 4 и нижней 6 концевыми частями и снабженный по меньшей мере одним впускным отверстием 8 для ввода потоков в корпус, которое выполнено в указанной внешней стенке 2 и направлено предпочтительно по касательной к ней; выпускное средство корпуса Н выполнено предпочтительно в виде полого усеченного конуса 12, имеющего большое основание 14 и отделенное на некоторое расстояние от него малое основание 16, где большое основание соединено с указанной нижней концевой частью 6, а малое основание связано с соответствующим сборным коллектором. В корпусе помещено трубчатое средство 18, проходящее предпочтительно коаксиально продольной оси Х-Х, причем самая верхняя часть 20 этого трубчатого средства расположена снаружи корпуса, а самая нижняя часть 22 этого трубчатого средства расположена внутри корпуса; по меньшей мере, одно закручивающее средство 24 для сообщения вертикального движения жидкости, выполненное в виде трубчатого элемента, образованного кольцевой стенкой 38 с противоположными верхним и нижним концами и установленного внутри корпуса коаксиально продольной оси с образованием между ними кольцевого пространства 26, при этом это закручивающее средство снабжено множеством щелеобразных вытянутых отверстий 36, выполненных в кольцевой стенке 38 с обеспечением прохода через нее текучей среды, причем такая установка отличается тем, что трубчатое средство проходит вдоль закручивающего средства, а щелеобразные вытянутые отверстия расположены на кольцевой стенке 38 закручивающего средства с равными интервалами, так что они проходят по существу по касательной к этой стенке, и при этом эти щелеобразные вытянутые отверстия 36 имеют в длину размер больше, чем в ширину.
Важно отметить, что не является самоочевидным тот факт, что гидроциклонная установка, раскрытая в ЕР 0971787 и описанная выше, предназначенная для удаления твердых частиц из отходящих газов, будет эффективна для удаления из них газообразных вредных примесей, в частности, диоксида серы. В случае удаления в гидроциклонной установке частиц, главной задачей или требованием является достижение хорошего разделения между газовой фазой и частицами посредством физических движущих сил (динамики). Другими словами, поставленная и решаемая в этом патенте задача заключается в обеспечении максимальной разницы между движением газа частиц внутри гидроциклонной установки и, тем самым, сепарации этих компонентов. В противоположность этому, в случае удаления газообразных примесей, в частности, диоксида серы из отходящих газов, главной задачей является обеспечение эффективного смешивания между жидкой и газообразной фазами и, тем самым, обеспечения эффективного контакта между активными компонентами, такими как щелочное соединение в водной фазе и диоксид серы в газовой фазе, чтобы иметь высокую кинетику.
Например, хотя мешочный пылеуловитель (Bag-Filter®) является эффективным устройством для отделения твердых частиц от отходящих газов и даже эффективен для удаления частиц с размером 0,1÷0,01 мкм, он определенно не будет эффективным для удаления газообразных примесей, таких как диоксид серы. Таким образом, никак не может быть очевидным успешное и выгодное использование гидроциклонной установки подобно описанной в ЕР 0971787, для удаления диоксида серы из отходящих газов.
Примеры 1-21
В таблице 1 представлены результаты 21-го эксперимента, в которых отходящие газы двигателя MAN, мощностью 1 МВт, вводились в контакт с водным раствором в усовершенствованной гидроциклонной установке с объемом 10000 м3. В таблице 1 представлены условия каждого эксперимента: поток отходящего газа, температура потока отходящего газа на входе и выходе гидроциклонной установки, мощность двигателя, состав водного раствора, концентрации SO2 в потоке отходящих газах на входе в гидроциклонную установку и объемное соотношение жидкости и газа (ж/г). В таблице 1 также представлена эффективность абсорбции SO2 (проценты в весовом отношении).
Специалисту в данной области техники будет очевидно, что настоящее изобретение не ограничивается деталями приведенных выше примеров осуществления изобретения и что настоящее изобретение может быть реализовано в других частных формах без выхода за рамки его сущности. Данные примеры, следовательно, представлены в иллюстративных, а не ограничительных целях, и объем притязаний изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УДОБРЕНИЯ И CO | 2006 |
|
RU2449949C2 |
| СПОСОБ СОВМЕСТНОГО ПОЛУЧЕНИЯ СОДЕРЖАЩЕГО ОКСИД СЕРЫ ПРОДУКТА И УДОБРЕНИЯ | 2006 |
|
RU2415829C2 |
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УДОБРЕНИЙ И СОЕДИНЕНИЙ СЕРЫ | 1998 |
|
RU2201413C2 |
| РЕГЕНЕРАТИВНОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ ДИОКСИДА СЕРЫ ИЗ ГАЗООБРАЗНЫХ ВЫБРОСОВ | 2011 |
|
RU2583024C2 |
| СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ДИОКСИДА СЕРЫ ИЗ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ | 1993 |
|
RU2104081C1 |
| СПОСОБ МОКРОЙ ОЧИСТКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ОКСИДОВ СЕРЫ ИЗ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ | 1995 |
|
RU2149679C1 |
| СПОСОБ ПРЯМОГО ПОЛУЧЕНИЯ ДЕСУЛЬФУРИРОВАННОГО ЖЕЛЕЗА | 1999 |
|
RU2197530C1 |
| СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ СЫРЬЯ ДЛЯ КРЕКИНГА ИЗ СУХОГО ГАЗА | 2018 |
|
RU2736090C1 |
| ОБРАБОТКА ГАЗОВ | 2014 |
|
RU2669606C2 |
| МАТЕРИАЛ ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ПРИМЕСЕЙ ИЗ ГАЗООБРАЗНОГО ПОТОКА | 1995 |
|
RU2148429C1 |
Изобретение относится к способу десульфуризации газообразного потока, содержащего SO2. Подают исходный водный поток, содержащий анионы, выбранные из группы, включающей карбонат, бикарбонат, гидрооксид, сульфит и бисульфит. Подают исходный газообразный поток, содержащий SO2. Вводят в контакт исходный водный поток и исходный газообразный поток с получением десульфурированного газообразного продукта, включающего менее 40% исходного потока, содержащего SO2, и водного продукта. Контакт осуществляют в гидроциклонной установке. Гидроциклонная установка имеет корпус, образованный цилиндрической внешней стенкой и снабженный по меньшей мере одним впускным отверстием для ввода текучих сред и по меньшей мере одним закручивающим средством. Скорость прохождения газообразного потока внутри гидроциклонной установки составляет от 20 до 120 м/с. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение эффективности работы гидроциклонной установки. 33 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.
1. Способ десульфуризации газообразного потока, содержащего SO2, при осуществлении которого:
подают исходный водный поток, содержащий анионы, выбранные из группы, включающей карбонат, бикарбонат, гидрооксид, сульфит и бисульфит,
подают исходный газообразный поток, содержащий SO2, и
вводят в контакт указанные исходный водный поток и исходный газообразный поток с получением десульфурированного газообразного продукта, включающего менее 40% исходного потока, содержащего SO2, и водного продукта,
причем указанный контакт осуществляют в гидроциклонной установке, имеющей корпус, образованный цилиндрической внешней стенкой и снабженный по меньшей мере одним впускным отверстием для ввода текучих сред и по меньшей мере одним закручивающим средством, при этом скорость прохождения упомянутого газообразного потока внутри гидроциклонной установки составляет от 20 до 120 м/с.
2. Способ по п.1, в котором скорость прохождения упомянутого газообразного потока внутри гидроциклонной установки составляет от 60 до 100 м/с.
3. Способ по п.1, в котором величина объемного соотношения между исходным водным потоком и исходным газообразным потоком находится в диапазоне между 0,5/1 и 3/1 л/нм.
4. Способ по п.1, в котором величина объемного соотношения между исходным водным потоком и исходным газообразным потоком находится в диапазоне между 1/1 и 2,5/1 л/нм3.
5. Способ по п.1, в котором исходный газообразный поток представляет собой отходящие газы двигателя внутреннего сгорания мощностью по меньшей мере 0,5 МВт.
6. Способ по п.5, в котором указанный двигатель установлен на судне.
7. Способ по п.5, в котором указанный двигатель работает с мощностью, составляющей по меньшей мере 5% от максимальной.
8. Способ по п.1, в котором гидроциклонная установка размещена в местоположении, выбранном из группы, включающей судна, береговую полосу, порты и районы, где доступна по меньшей мере слабоминерализованная или морская вода.
9. Способ по п.1, в котором исходный водный поток содержит компонент, выбранный из группы, включающей морскую воду, слабоминерализованную воду и их комбинацию.
10. Способ по п.1, в котором получаемый десульфурированный газообразный продукт включает менее 5% исходного потока, содержащего SO2, и водный продукт.
11. Способ по п.1, в котором получаемый десульфурированный газообразный продукт включает менее 3% исходного потока, содержащего SO2, и водный продукт.
12. Способ по п.1, в котором исходный водный поток содержит катионы, выбранные из группы, включающей Са, Na, аммоний и их комбинацию.
13. Способ по п.1, в котором концентрация SO2 в исходном газообразном потоке составляет от 150 до 2000 млн-1.
14. Способ по п.1, в котором дополнительно используют кислород, который вводят в контакт с исходным газообразным потоком, исходным водным потоком или их любой комбинацией.
15. Способ по п.14, в котором используют катализатор окисления.
16. Способ по п.14, в котором указанный контакт осуществляют в гидроциклонной установке.
17. Способ по п.1, в котором исходный водный поток содержит компонент, выбранный из группы, включающей специфический абсорбент, неспецифический абсорбент, поверхностно-активное вещество, хелатообразующий агент и комплексообразующее вещество.
18. Способ по п.1, в котором дополнительно добавляют по меньшей мере одно щелочное соединение в исходный водный поток и (или) упомянутый водный продукт.
19. Способ по п.18, в котором упомянутое щелочное соединение выбирают из группы, включающей известь, известняк, CaO, NaOH, NaHCO3, Na2SO3 или любую их комбинацию.
20. Способ по п.18, в котором упомянутое по меньшей мере одно щелочное соединение представляет собой соединение кальция.
21. Способ по п.18, в котором упомянутое щелочное соединение добавляют в форме, выбранной из группы, включающей частицы, раствор, суспензию и их комбинацию.
22. Способ по п.1, в котором исходный водный поток имеет рН менее около 9,5.
23. Способ по п.1, в котором упомянутый контакт характеризуется снижением температуры исходного газообразного потока на величину между приблизительно 100 и 350°С.
24. Способ по п.1, в котором указанная подача исходного водного потока включает рециркуляцию по желанию обработанного водного продукта.
25. Способ по п.24, в котором указанный водный продукт обработан основным соединением с образованием в нем сульфата или соли сернистой кислоты.
26. Способ по п.24, в котором выделяют осадок и по меньшей мере частично отделяют его от упомянутого по желанию обработанного водного продукта.
27. Способ по п.26, в котором упомянутый осадок содержит катион Са.
28. Способ по п.1, в котором по меньшей мере часть упомянутого водного продукта отводится.
29. Способ по п.1, в котором исходный газообразный поток включает по желанию обработанный газообразный продукт.
30. Способ по п.1, в котором указанный контакт осуществляют в многоступенчатых гидроциклонных установках.
31. Способ по п.1, в котором дополнительно используют кислород и вводят его в контакт с упомянутым водным продуктом.
32. Способ по п.1, в котором исходный газообразный поток содержит по меньшей мере одну загрязняющую примесь из группы, включающей частицы с размером 1-2 мкм, частицы большего размера, частицы меньшего размера, оксиды серы, другие, чем SO2, оксиды азота, СО2, нефтепродукты, молекулы, дающие запах, и токсичные металлы, причем содержание по меньшей мере одной загрязняющей примеси в десульфурированном газообразном продукте меньше, чем в исходном газообразном потоке по меньшей мере на 40%.
33. Способ по п.1, в котором осуществляют дополнительную подготовку водного продукта для его выпуска в море.
34. Способ по п.33, в котором указанная подготовка водного продукта включает регулирование по меньшей мере одного параметра, выбранного из группы, включающей рН, температуру и уменьшение содержания по меньшей мере одного компонента из сульфитов, сульфатов и загрязняющих примесей из группы, включающей нефтепродукты, молекулы, дающие запах, токсичные металлы, частицы, сажу, оксиды серы, другие, чем SO2, оксиды азота, СО2.
| СПОСОБ МОКРОЙ ОЧИСТКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ОКСИДОВ СЕРЫ ИЗ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ | 1995 |
|
RU2149679C1 |
| EP 1023932 A1, 02.08.2000 | |||
| Способ получения 5-/2-аминофенилсульфамоил/-4-хлор- -фурфурилантраниловой кислоты | 1971 |
|
SU471716A3 |
| US 4212653 А, 15.07.1980 | |||
| СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ НЕНЬЮТОНОВСКИХ ЖИДКОСТЕЙ | 2014 |
|
RU2548948C1 |
