ПРИМЕНЕНИЕ ШЛАМА, ОБРАЗУЮЩЕГОСЯ НА ВОДОПОДГОТОВИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКЕ, В КАЧЕСТВЕ СОРБЕНТА ПРИ ОЧИСТКЕ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ ТЭС Российский патент 2013 года по МПК B01J20/02 B01D53/02 

Изобретение относится к области производства новых газовых сорбентов и может быть использовано при очистке газовых выбросов на тепловых электрических станциях (ТЭС).

В качестве сорбентов для очистки технологических газовых выбросов известно применение множества материалов естественного и искусственного происхождения, в частности активированные угли [Проектирование аппаратов пылегазоочистки./Зиганшин М.Г., Колесник А.А., Посохин В.Н. М.: «Экспресс - ЗМ», 1998. - 505 с.- С.384-385]. Однако активированные угли являются дорогостоящими сорбентами и требуют последующей регенерации, что приводит к удорожанию процесса сорбционной очистки в целом.

Задачей изобретения является удешевление процесса сорбционной очистки газовых выбросов тепловых электрических станций (ТЭС) для достижения предельно допустимой концентрации оксидов азота и оксидов серы в очищенных газовых выбросах и расширение номенклатуры газовых сорбентов.

Технический результат достигается за счет применения шлама, образующегося при известковании и коагуляции сырой воды на водоподготовительной установке тепловых электрических станций (ТЭС) в качестве сорбента для очистки газовых выбросов ТЭС от оксидов азота и оксидов серы, причем при очистке газовых выбросов от оксидов азота используют фракцию шлама с размером частиц 0,9-1,4 мм, а при очистке от оксидов серы фракцию шлама с размером частиц 0,1-0,2 мм.

Химический состав шлама:

СаСО₃+MgO+Mg(OH)₂+SiO₂+Fe(OH)₃+Al(OH)₃

На фиг.1 представлена зависимость изменения сорбционной емкости шлама от времени.

На фиг.2 представлена зависимость изменения сорбционной емкости шлама по отношению к оксидам азота и диоксиду серы от размера фракции шлама.

Пример конкретного выполнения

Шлам образуется на стадии предварительной очистки воды при совместной коагуляции семиводным сульфатом железа и известковании насыщенным раствором известкового молока сырой воды на водоподготовительной установке тепловых электрических станций.

Предварительная очистка осуществляется на основе методов, в результате реализации которых при дозировке специальных реагентов некоторые примеси выделяются из воды в виде шлама.

Основными технологическими процессами предварительной очистки воды являются коагуляция коллоидных примесей и известкование, которые обычно проводятся одновременно в одном аппарате - осветлителе в целях улучшения суммарного технологического эффекта и снижения денежных затрат.

Коагуляция семиводным сульфатом железа (FeSO₄ 7Н₂О) - физико-химический процесс слипания коллоидных частиц под действием сил молекулярного притяжения с образованием шлама и последующим выделением его из воды. При этом снижается содержание взвешенных веществ и коллоидных примесей, окисляемость.

Известкование реализуется при обработке исходной воды в осветлителях суспензией гашеной извести Са(ОН)₂, называемой известковым молоком.

При известковании снижается щелочность обрабатываемой воды, жесткость, солесодержание, кремнийсодержание, железосодержание и одновременно из воды удаляются грубодисперсные примеси.

Процесс известкования основан на том, что при вводе гашеной извести Са(ОН)₂, получаемой на водоподготовительной установке при взаимодействии СаО и Н₂О, достигается повышение рН обрабатываемой воды до 10,1÷10,3, при котором НСО₃ ^- и СО₂ переходят в СО₃ ^2-. С учетом присутствия в обрабатываемой воде Са²⁺, Mg²⁺ и образовавшихся СО₃ ^2-, избытка ОН^- из воды выделяется шлам.

Образующийся осадок, содержащий 97-99% влаги, предварительно обезвоживается в цехе термической сушки, проходя по транспортной ленте через секции с установленными вентиляторами и систему регулирования расхода пара. Высушиваемый продукт засыпается в закрепленные на транспортной ленте перфорированные лотки и затем подается в бункер запаса, рассчитанный на сменный объем выработки.

Из бункера запаса винтовым конвейером высушенный гранулированный шлам подается в установку тонкого растирания, где размалывается до размеров не более 1,4 мм и подается на фасовку. Получение определенных фракций частиц шлама происходит на виброгрохоте ПЭ-6800.

Компонентный состав шлама, образующегося при известковании и коагуляции сырой воды на водоподготовительной установке тепловых электрических станций (ТЭС), представлен в таблице 1.

Таблица 1 Концентрация веществ, мас.% Катионы Са²⁺ Fe³⁺ Mg²⁺ Cu²⁺ Ni²⁺ Zn²⁺ Mn²⁺ Cr³⁺ Pb²⁺ Al³⁺ Hg²⁺ 87±11,3 0,44±0,15 11±2,2 0,05±0,014 0,009±0,003 0,038±0,013 1,2±0,407 0,001±0,0003 0,002±0,0003 0,26±0,08 Следы Анионы CO₃ ²- SO₄ ^2- ОН^- SiO₃ ^2- PO₄ ^3- 81,5±10,6 6,5±0,85 11,4±3,61 0,6±0,11 Отсутствуют

Высушенный шлам применяют в качестве неподвижного слоя газового сорбента в адсорберах периодического действия при очистке газовых выбросов ТЭС от оксидов азота и оксидов серы, причем при очистке газовых выбросов от оксидов азота используют фракцию шлама с размером частиц 0,9-1,4 мм, а при очистке от оксидов серы - фракцию шлама с размером частиц 0,1-0,2 мм.

Сорбционные свойства шлама объясняются наличием сильнополярных функциональных групп гуминовых веществ природной воды. Анализ образца шлама методом газовой хромато-масс-спектроскопии выявил наличие функциональных групп гуминовых веществ: -ОН, -NH, -СН₃, -СН₂, ароматических С=С связей, С-О карбоксильных групп и ОН-спиртовых групп.

Результаты исследования сорбционных свойств шлама по отношению к оксидам азота и серы (фиг.1) показали, что сорбционная способность шлама реализуется в течение первых минут контакта и через 25 минут достигает 1,5 г/г по SO₂ и 0,9 г/г по (NO)_X), что составляет 150% и 90% соответственно.

Для исследования сорбционных свойств высушенного шлама в газовых средах с неподвижным слоем сорбента использовали лабораторный адсорбер. Газовая среда в течение экспериментов имела следующий процентный состав:

- в опытах по сорбции оксидов азота: О₂ - 8-20%, N₂ - 60-67%, оставшуюся часть объема составляет оксид углерода СО₂, концентрация (NO)_x в течение опыта изменялась в диапазоне 0…1750 мг/м³;

- в опытах по сорбции диоксидов серы: О₂ - 4-5,7%, N₂ - 75-78%, Н₂О - 3%, концентрация SO₂ в течение опыта изменялась в диапазоне 0…5500 мг/м.

Изучена зависимость сорбционных свойств шлама от фракционного состава (фиг.2).

Увеличение размера фракции шлама приводит к возрастанию сорбционной емкости оксидов азота, а по отношению к диоксиду серы - к уменьшению сорбционной емкости.

Эти результаты свидетельствуют о том, что при сорбции оксидов азота и диоксида серы шламом действуют различные механизмы сорбционного процесса.

Для сорбции диоксида серы наиболее важно увеличение удельной поверхности сорбента, достигаемое уменьшением размеров частиц шлама, что свидетельствует о химической природе взаимодействия или хемосорбции.

Для поглощения оксидов азота, наоборот, сорбция возрастает при увеличении размера частиц шлама. Это означает, что процесс происходит за счет взаимодействия в порах.

В области теплоэнергетики шлам, образующийся при известковании и коагуляции сырой воды на водоподготовительной установке тепловых электрических станций, в качестве сорбента при очистке газовых выбросов ТЭС не использовался, но учитывая его значительное количество, шлам является доступным и дешевым газовым сорбентом.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволит удешевить процесс сорбционной очистки газовых выбросов тепловых электрических станций (ТЭС) для достижения предельно допустимой концентрации оксидов азота и оксидов серы в очищенных газовых выбросах (0,085 мг/м³ - диоксида азота, сернистого ангидрида - 0,5 мг/м³) и расширить номенклатуру газовых сорбентов.

Изобретение относится к области производства сорбентов. В качестве сорбента для очистки газов предложен шлам, образующийся при совместной коагуляции и известковании сырой воды на водоподготовительной установке тепловых электрических станций. Шлам имеет химический состав: CaCO₃+MgO+Mg(OH)₂+SiO₂+Fe(OH)₃+Al(OH)₃. Используют высушенный шлам (влажность 20%). Фракцию шлама с диаметром частиц 0,9-1,4 мм используют для очистки от оксидов азота, а фракцию с диаметром частиц 0,1-0,2 мм - от оксидов серы. Изобретение обеспечивает очистку до достижения предельно допустимых концентраций диоксида азота и сернистого ангидрида в газовых выбросах ТЭС. 2 ил., 1 табл.

Применение шлама, образующегося при известковании и коагуляции сырой воды на водоподготовительной установке тепловых электрических станций (ТЭС) химического состава
СаСО₃+MgO+Mg(OH)₂+SiO₂+Fe(OH)₃+Al(OH)₃,
в качестве сорбента для очистки газовых выбросов ТЭС от оксидов азота и оксидов серы, причем при очистке газовых выбросов от оксидов азота используют фракцию шлама с размером частиц 0,9-1,4 мм, а при очистке от оксидов серы фракцию шлама с размером частиц 0,1-0,2 мм.