СИСТЕМА И СПОСОБ ПОДАЧИ ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ И ГАЗОВ-НОСИТЕЛЕЙ В ГАЗОВЫЙ ПОТОК Российский патент 2014 года по МПК B01D53/10 

РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Настоящей заявкой объявлен приоритет по отношению к находящейся на рассмотрении промежуточной заявке на патент США №61/079,037, поданной 8 июля 2008 г., включенной сюда в полном объеме путем ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к системе и способу подачи твердых веществ и газов-носителей сквозь стенку трубопровода или камеры в движущийся поток газа.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В технике давно уже применяются удлиненные полые трубы, проходящие сквозь стенки трубопроводов или камер, по которым протекает поток газа таким образом, чтобы по этим трубам можно было подавать рабочие материалы, например, порошковые твердые вещества, взвешенные в газе-носителе, из источника снаружи трубопровода или камеры, в пункт, находящийся внутри трубопровода или камеры. Такие удлиненные полые трубы обычно называют «пиками». В общем случае пика имеет канал, по которому проходит газ-носитель с твердым веществом. Этот канал соединен для подачи с наружным источником твердого вещества и газа-носителя и открыт в пункте, находящемся внутри трубопровода или камеры, для осуществления подачи твердого вещества и газа-носителя через канал пики в поток газа, движущийся в большинстве случаев с большой скоростью. Хотя такая схема достаточно эффективна с точки зрения подачи твердого вещества и газа-носителя в движущийся газовый поток, однако рассеивание рабочего материала в газовом потоке не всегда происходит настолько быстро или настолько широко, как требуется.

Для решения этой проблемы применялись множественные пики, направленные таким образом, чтобы множество пунктов подачи располагалось внутри газового потока по его поперечному сечению. Пики также могут проникать в газовый поток на различную глубину перпендикулярно направлению движения газового потока. Если такая технология не давала удовлетворительного результата, то предлагались пики, каналы которых имеют множество отверстий по длине пики, в результате чего каждая пика предоставляет множество пунктов подачи по всей своей длине. Следовательно, в случае применения множественных пик, каждая из которых имеет множество отверстий, обеспечивается большое количество пунктов подачи.

Однако даже при наличии множества пик и множества отверстий существует необходимость улучшить однородность рассеивания подаваемого твердого вещества и газа-носителя в потоке движущегося газа, в частности, если движущийся поток газа не находится в состоянии высокой турбулентности.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к способам подачи рабочего материала, состоящего из измельченного твердого вещества и газа-носителя, сквозь стенку трубопровода или камеры, по которым поступает поток газа, включающий дымовой газ из источника сжигания, от источника подаваемого материала, находящегося снаружи трубопровода или камеры, при этом способ включает:

а) установку, по меньшей мере, одной удлиненной пики, соединяющейся по текучей среде с источником подаваемого материала и внутренней частью трубопровода или камеры, в точке пересечения по меньшей мере, части движущегося потока газа, при этом пика содержит

(i) продольный канал, посредством которого, по меньшей мере, частично осуществляется соединение по текучей среде,

(ii) низовую сторону стенки, направленную вниз по течению движущегося потока газа, имеющую множество низовых отверстий, и

(iii) напорную сторону, направленную против течения движущегося потока газа, противоположную низовой стороне и имеющую множество напорных отверстий; а также

б) подачу рабочего материала в канал пики, где, по меньшей мере, часть рабочего материала смешивается, по меньшей мере, с частью движущегося потока газа, поступающего через, по меньшей мере, одно из напорных отверстий, образуя смесь в канале пики, откуда затем, по меньшей мере, часть смеси выходит через, по меньшей мере, одно из низовых отверстий.

Словосочетания «твердые вещества и газы-носители» и «твердое вещество и газ-носитель» следует понимать, как включающие любую смесь твердых веществ и газов. Например, в предпочтительном исполнении способ по настоящему изобретению включает подачу газовой суспензии твердых веществ, например суспензию порошка активированного угля в воздухе.

Настоящее изобретение также относится к системам, содержащим трубопровод или камеру, размеры и конфигурация которых позволяют проходить через них потоку газа, содержащего дымовой газ из источника сжигания, при этом, по меньшей мере, в одной стенке трубопровода или камеры имеется одно или несколько отверстий. Такая система также содержит одну или несколько удлиненных пик, расположенных в каждом из таких отверстий трубопровода или камеры. По меньшей мере, одна из удлиненных пик соединена по текучей среде с (i) источником подачи рабочего материала, содержащим измельченное твердое вещество и газ-носитель и расположенным снаружи трубопровода или камеры, и (ii) с внутренней частью трубопровода или камеры в точке пересечения, по меньшей мере, части движущегося потока газа. Каждая удлиненная пика содержит, по меньшей мере, продольный канал, посредством которого, по меньшей мере, частично происходит соединение по текучей среде, низовую сторону, направленную вниз по течению потока газа, имеющую множество низовых отверстий, и напорную сторону, направленную против течения потока газа, при этом напорная сторона расположена напротив низовой стороны и имеет множество напорных отверстий. Кроме того, удлиненная пика располагается в трубопроводе или камере таким образом, чтобы рабочий материал мог подаваться из источника подачи в канал пики, где, по меньшей мере, часть рабочего материала смешивается с, по меньшей мере, частью потока газа, поступающего, по меньшей мере, через одно из напорных отверстий, для образования смеси в канале пики, а затем, по меньшей мере, часть полученной смеси выходит из, по меньшей мере, одного низового отверстия.

Такие системы и способы особенно эффективны для получения хорошего рассеивания подаваемого твердого вещества и газа-носителя в движущемся потоке газа. Применение множества пик увеличивает рассеивание и однородность распределения подаваемого материала в движущемся потоке газа. Хорошее рассеивание и однородность особенно важны тогда, когда рабочий материал используют с целью захвата компонентов движущегося газового потока, имеющихся там в очень малых количествах. Однородность распределения повышает статистическую вероятность того, что подлежащий захвату компонент, столкнется с частичкой рабочего материала, приводя к захвату компонента путем, либо внутритканевого поглощения, либо абсорбции, либо химической реакции и т.д.

Системы и способы по настоящему изобретению разработаны с целью обеспечить вышеупомянутые характеристики хорошего рассеивания и однородности даже при работе с потоками газа, которые в данной отрасли считаются трудно обрабатываемыми, например с потоком дымового газа, полученного от сжигания каменного угля, содержащего маленькие количества (приблизительно 1 частицу на миллиард) сопутствующей углю ртути, высвобождаемые в способе сгорания угля. Регулятивные правила могут потребовать снижения содержания агрессивной ртути до уровней, значительно более низких, чем только что упомянутые маленькие количества, скажем на величину приблизительно от пятидесяти процентов до девяноста процентов.

Системы и способы по настоящему изобретению предназначены для работы со многими видами твердых веществ и газов-носителей, подаваемых в движущийся поток газа. Кроме того, способы по настоящему изобретению могут улучшить многие способы, применяющиеся для контакта, например путем впрыскивания, твердого вещества и газа-носителя с движущимся потоком газа с целью удаления нежелательных компонентов из газового потока или снижения их концентрации в этом газовом потоке.

Примеры (i) твердых веществ и газов-носителей, которые могут применяться с системами и способами по настоящему изобретению, и/или (ii) способы обработки движущегося потока газа, которые можно улучшить путем повышенного рассеивания рабочего материала в движущемся газовом потоке с помощью способов по настоящему изобретению, описаны в патентах US 1984164; US 4500327; US 5900042; US 6514907; US 6808692; US 6818043; US 6848374; US 6878358; US 7435286; US 7507083; и заявках на получение патентов US 2002/0114749; US 2004/013589; US 2005/0039598; US 2006/0204418; US 2006/0205592; US 2007/0051239; US 2007/0140940; US 2007/0180990; US 2007/0234902; US 2007/0254807; US 2008/0107579; US 2008/0134888; патенте ЕР 0277706; и публикации WO 2007/149867. Все перечисленные заявки включены сюда в полном объеме путем ссылки.

Эти и другие особенности настоящего изобретения будут более понятны из последующего описания, чертежей и прилагающейся формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На Фиг.1 представлен продольный разрез удлиненной пики по настоящему изобретению, установленной в движущемся потоке газа внутри трубопровода, по которому проходит этот поток; кроме того, на данной Фигуре показаны поперечные разрезы А-А и В-В.

На Фиг.1А представлен вид спереди низовой стороны удлиненной пики по настоящему изобретению, причем низовые отверстия частично смещены по отношению к напорным отверстиям по продольной оси удлиненной пики; кроме того, на данной Фигуре показан поперечный разрез С-С.

На Фиг.1В представлен вид спереди низовой стороны удлиненной пики по настоящему изобретению, причем низовые отверстия смещены по отношению к напорным отверстиям по продольной оси удлиненной пики; кроме того, на данной Фигуре показан поперечный разрез D-D.

На Фиг.1C представлен вид спереди низовой стороны удлиненной пики по настоящему изобретению, причем каждое низовое отверстие смещено по отношению к соответствующему противолежащему из множества напорных отверстий по продольной оси удлиненной пики; кроме того, на данной Фигуре показан поперечный разрез Е-Е.

На Фиг.1D представлен вид спереди низовой стороны удлиненной пики по настоящему изобретению, причем низовые отверстия смещены по отношению к напорным отверстиям по продольной оси и по поперечной оси удлиненной пики; кроме того, на данной Фигуре показан поперечный разрез F-F.

На Фиг.1Е представлен вид сбоку удлиненной пики существующей конструкции. Поток газа движется слева направо под углом девяносто градусов к направлению подачи рабочего материала через отверстия в боковой стенке(ах) удлиненной пики; на данной Фигуре показан также поперечный разрез G-G.

На Фиг.1F представлен вид сбоку удлиненной пики по настоящему изобретению, причем часть удлиненной пики содержит зону, где расположены наборы по три отверстия по окружности удлиненной пики; на данной Фигуре показан также поперечный разрез Н-Н.

На Фиг.1G представлен вид сбоку удлиненной пики по настоящему изобретению, причем часть удлиненной пики содержит две зоны, в каждой из которых удлиненная пика имеет наборы из трех напорных отверстий на напорной стороне и трех низовых отверстий на низовой стороне; на данной Фигуре показан также поперечный разрез I-I.

На Фиг.2 представлен график, сравнивающий степень удаления ртути пикой, разработанной по настоящему изобретению, и стандартными пиками существующей конструкции, полученный с помощью данных обработки дымного газа от сжигания каменного угля частицами активированного угля, обработанного газом, содержащим бром.

На каждой из представленных выше фигур подобные или выполняющие подобные функции части имеют одинаковые цифровые условные обозначения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Иллюстративные варианты исполнения настоящего изобретения описаны ниже таким образом, как их можно было бы применить для конструирования и использования системы и способа получения более широкого распределения твердых частиц, впрыснутых в выбранные области движущегося потока газа, в соответствии с, по меньшей мере, одним исполнением настоящего изобретения. Очевидно, что в способе усовершенствования такого действительного исполнения должны быть воплощены многие решения, специфичные для конкретного исполнения, с целью достижения конкретных стоящих перед разработчиками целей, таких как соответствие ограничениям, предъявляемым к системе, и ограничениям, предъявляемым к бизнесу, которые могут варьироваться от одного исполнения к другому. Более того, следует понимать, что такое усовершенствование может быть сложным и потребовать длительного времени, но, тем не менее, они представляются повседневной работой для специалистов в отрасли, облегченной данным описанием. В поданном ниже подробном описании при рассмотрении альтернативных шагов, конфигураций, особенностей и/или компонентов могут применяться ссылки на численные обозначения деталей, показанные на сопутствующих фигурах. Однако следует понимать, что если не указано другое, такие альтернативные шаги, конфигурации и/или компоненты не обязательно ограничиваются конкретным исполнением, представленным на соответствующих фигурах, поскольку такие числовые обозначения служат просто для ясности.

На Фиг.1, и/или Фиг.1A-1D, и/или Фиг.1F-1G можно увидеть различные иллюстративные варианты конструкции удлиненной пики по настоящему изобретению, обозначенной цифрой 10. Пику 10 закрепляют в стенке 30 трубопровода 32, по которому движется поток газа в направлении, показанном стрелками на Фиг.1. Пику 10 закрепляют с помощью фланцевого соединения, обозначенного цифрой 34.

Пика 10 имеет корпус в виде удлиненной трубчатой стенки 12, образующей продольный канал 14. (Применяемый здесь термин «продольный» относится к воображаемой длинной оси описываемого элемента или ограниченного пространства, или к чему-либо размещенному на такой оси, а термин «поперечный» относится к воображаемой короткой оси, практически перпендикулярной воображаемой длинной оси описываемого элемента или ограниченного пространства, или к чему-либо, расположенному на такой оси.) Продольный канал 14 имеет проксимальный конец 18 и дистальный конец 16. Как видно на Фигурах, продольный канал 14 тянется от точки, расположенной снаружи трубопровода 32 у своего проксимального конца 18, до пункта, находящегося внутри трубопровода 32 у своего дистального конца 16. В типичном случае продольный канал 14 будет иметь поперечный диаметр (внутренний диаметр пики) в диапазоне приблизительно от 1 см до 10 см. В предпочтительном варианте удлиненную пику изготовляют из высокопрочного металла, такого как углеродистая или нержавеющая сталь; однако удлиненную пику можно изготавливать и из других материалов, в зависимости от того, какие твердые вещества, газы-носители и атмосферные условия принимают участие в способе. Следует понимать, что хотя представленная пика имеет трубчатую форму, стенки пики 10 могут иметь следующие варианты формы: квадратную, прямоугольную, овальную и т.п., при условии, что такая конфигурация дает продольный канал или подобный проход.

Пика 10 имеет низовую сторону 15а и напорную сторону 15, расположенные в трубопроводе 32. Пика 10 расположена в трубопроводе 32 таким образом, что низовая сторона 15а направлена в сторону, куда движется поток газа. Соответственно, напорная сторона 15 направлена против течения потока газа и расположена напротив низовой стороны 15а. В низовой стороне трубчатой стенки 12 корпуса пики 10 также образовано множество низовых отверстий 20а. Как показано на Фигурах, в напорной стороне 15 трубчатой стенки 12 корпуса пики 10 образовано множество напорных отверстий 20. В показанном на Фиг.1 варианте каждое напорное отверстие 20 коаксиально соответствующему низовому отверстию 20а.

Однако следует понимать, что возможны и другие варианты расположения, например на Фиг.1А напорные отверстия 20 и низовые отверстия 20а расположены таким образом, что низовые отверстия частично смещены вдоль продольной оси пики 10 по отношению к напорным отверстиям. В другой конфигурации, показанной на Фиг.1В, напорные отверстия 20 и низовые отверстия 20а расположены таким образом, что низовые отверстия еще больше смещены относительно напорных отверстий по продольной оси пики 10. Низовые отверстия могут быть смещены вдоль продольной оси удлиненной пики по отношению к напорным отверстиям, кроме того, число напорных отверстий может быть не равным числу низовых отверстий. На Фиг.1С множество напорных отверстий 20 смещены по отношению к соответствующим противолежащим низовым отверстиям 20а. Еще в одной конфигурации, показанной на Фиг.1D, напорные отверстия 20 и низовые отверстия 20а расположены таким образом, что низовые отверстия смещены по отношению к напорным отверстиям как по продольной оси, так и по поперечной оси 10.

Как показано на Фиг.1Е, удлиненная пика 10 существующей конструкции имеет отверстие на одной боковой стенке и противолежащее коаксиальное отверстие на противолежащей боковой стенке пики. Оба отверстия направлены под углом девяносто градусов по отношению к движению потока газа. Конструкция по настоящему изобретению отличается от существующей конструкции, показанной на Фиг.1Е, тем, что изобретение включает как напорные отверстия, расположенные на напорной стороне удлиненной пики, так и низовые отверстия, расположенные на низовой стороне удлиненной пики. Настоящее изобретение имеет преимущество по отношению к существующей конструкции, поскольку смешивание рабочего материала с движущимся потоком газа, поступающим через напорную сторону, увеличивает турбулентность и в результате дает более широкое и однородное рассеивание частиц рабочего материала вдоль канала. Как напорная сторона, так и низовая сторона пики могут быть сформированы в одной или нескольких боковых стенках пики в зависимости от формы поперечного сечения пики, но термин «напорная сторона» означает ту сторону или стороны, которые расположены вверх по течению потока от воображаемой продольной плоскости, проходящей через центральную точку канала пики и перпендикулярной направлению потока газа, а «низовая сторона» означает сторону или стороны, расположенные ниже по течению от этой же воображаемой плоскости.

Как показано на Фиг.1F и 1G, удлиненная пика также содержит, по меньшей мере, одну зону, представляющую часть удлиненной пики, где размещены наборы 70 из, по меньшей мере, трех или большего количества отверстий, выбранных либо из множества напорных отверстий 20, либо из множества низовых отверстий 20а. На Фиг.1F представлена удлиненная пика 10, имеющая в своей средней части зону, где расположены наборы из трех напорных отверстий 20 и трех соответствующих противолежащих низовых отверстий 20а. На Фиг.1G представлена удлиненная пика 10, имеющая множество зон, а именно две, причем в каждой зоне удлиненной пики расположены наборы из трех напорных отверстий 20 и трех соответствующих противолежащих низовых отверстий 20а. По отношению к настоящему изобретению термин «набор» следует понимать как группу или комплект либо из напорных отверстий, либо из низовых отверстий, которые можно визуально различать как относящиеся к одной группе или комплекту из-за соответствующего расстояния между ними внутри такой группы или комплекта по отношению к (1) другим низовым отверстиям или напорным отверстиям, имеющимся в данной удлиненной пике, или (2) к остальной поверхности данной удлиненной пики. Термин «зона» в настоящем изобретении относится к той части пики, в которой расположен набор отверстий.

В тех конфигурациях, где низовые отверстия 20а смещены по отношению к напорным отверстиям 20, предпочтительно, чтобы центр каждого низового отверстия был смещен на тридцать градусов (30°) или меньше от центра соответствующего противолежащего напорного отверстия в любом направлении либо вдоль продольной оси, либо вдоль поперечной оси; однако конкретное значение угла смещения может быть выбрано исполнителем в соответствии с потребностями, например на практике предпочтительными могут оказаться углы смещения 30° или меньше, или 15° или меньше, в любом направлении. Кроме того, в альтернативных конфигурациях удлиненная пика 10 может содержать напорные отверстия 20 и низовые отверстия 20а, причем, по меньшей мере, одно низовое отверстие расположено коаксиально с соответствующим напорным отверстием и, по меньшей мере, одно другое низовое отверстие смещено от другого соответствующего напорного отверстия.

Имеющиеся в пиках напорные отверстия 20 дают возможность смешивания, по меньшей мере, части газового потока с подаваемыми твердым веществом и газом-носителем, двигающимися в продольном канале 14. Полученная в результате смесь может выходить из продольного канала 14 через одно или несколько низовых отверстий 20а и через дистальный торец 16 продольного канала 14. По выбору дистальный торец 16 может быть закрыт, в результате чего полученная смесь не сможет выходить через него. За счет добавления газа из потока в трубопроводе к газу-носителю порошковые твердые вещества можно рассеивать дальше и более равномерно по продольному каналу.

Количество и размер низовых отверстий и напорных отверстий на длину продольного канала не являются строго заданным числом, и может определяться исполнителем в соответствии с его/ее потребностями. В целом можно сказать, что приемлемым будет приблизительно от трех до тридцати напорных отверстий и соответствующих низовых отверстий на каждый фут длины канала 14. Когда обработке должен подвергаться газовый поток, представляющий собой дымовой газ из системы, сжигающий уголь, а способы и устройства по настоящему изобретению применяются с целью снизить концентрацию ртути в этом дымовом газе, и суспензия порошкового активированного угля в газе подается через пику 10 для обработки дымового газа, предпочтительным является число от восьми до шестнадцати напорных отверстий 20 и низовых отверстий 20а на каждый фут длины канала 14.

В целом, в пике 10 будут располагаться напорные отверстия 20 и низовые отверстия 20а вблизи дистального конца пики. Следует понимать, что напорные отверстия 20 и низовые отверстия 20а могут быть образованы в любом участке пики 10. По выбору, напорные отверстия 20 и низовые отверстия 20а можно расположить в нескольких участках пики 10.

Предпочтительно, чтобы напорные отверстия и низовые отверстия имели круглую форму. Диаметр напорных отверстий и низовых отверстий будет в целом находиться в диапазоне приблизительно от 0,5 до 2,5 см. Можно применять отверстия большего или меньшего диаметра в зависимости от объема, скорости и давления движущегося потока газа; от общего числа пик; от размера частиц и природы твердого вещества; от объема и скорости газа-носителя в канале 14. Кроме того, количество напорных отверстий 20 и низовых отверстий 20а на каждый фут длины канала 14 может сказаться на выборе диаметра как напорных отверстий, так и низовых отверстий. Следует понимать, что каждое напорное отверстие 20 и каждое низовое отверстие 20а может иметь диаметр, отличающийся от диаметра другого напорного отверстия или низового отверстия на той же самой пике. По выбору напорные и низовые отверстия могут иметь форму квадрата, прямоугольника, треугольника, щелевидную форму, овальную и т.п.

Как показано на Фиг.1, желательно, чтобы суммарная площадь поперечного сечения низовых отверстий 20а и напорных отверстий 20 пики 10 была равной или превышающей площадь поперечного сечения дистального торца 16 канала 14. Кроме того, как показано на Фиг.1, в оптимальном варианте напорные отверстия 20 и низовые отверстия 20а расположены на одинаковом расстоянии друг от друга. Желательно, чтобы расстояние между каждыми двумя отверстиями было меньше пятикратного внутреннего диаметра пики 10. В некоторых исполнениях настоящего изобретения оптимальное расстояние между отверстиями может иметь тот же порядок, что и внутренний диаметр пики 10. Следует понимать, что величина промежутков между отверстиями будет определяться исполнителем, исходя из его/ее потребностей. По выбору величина промежутков между отверстиями может варьироваться в пиках, при этом в пике 10 содержится множество участков, образующих напорные отверстия 20 и низовые отверстия 20а.

Крепежное фланцевое устройство, обозначенное цифрой 34, состоит из двух основных частей - из фланца 26 и фланцевой головки 40. Фланец 26 в исполнении, представленном на Фигуре 1, окружает порт 33 трубопровода и обычно приварен к стенке трубопровода 30. Болтами 22 и 22а к нему крепится фланцевая головка 40, размер которой выбран так, чтобы она жестко удерживала пику 10 на ее проксимальном конце таким образом, чтобы она входила в порт 33 трубопровода. Уплотнительная прокладка 50 применяется для обеспечения герметичного соединения фланцевой головки 40 с фланцем 26. Во фланцевой головке 40 образовано отверстие 60 для приема устройства, подающего твердое вещество и газ-носитель. Устройство, применяемое для транспортировки твердых веществ и газа-носителя с целью подачи в отверстие фланцевой головки 60, может быть жесткой или гибкой трубой (не показано), что будет определено квалифицированным специалистом.

В способе работы подаваемый материал, представляющий собой суспензию газа-носителя и измельченного активированного угля, подают через отверстие 60 фланцевой головки и в канал 14 пики. Эта суспензия проходит по продольному каналу, где, по меньшей мере, часть суспензии смешивается с, по меньшей мере, частью газа из газового потока, поступающей в канал пики 14 через напорные отверстия 20, образуя смесь рабочего материала и газа из газового потока. Большая часть этой смеси выходит из канала через низовые отверстия 20а. Кроме того, часть суспензии может проходить через дистальный торец 16 канала 14.

Для некоторых применений, связанных с дымовым газом, или для подобных применений поперечные сечения трубопровода или камеры обычно имеют большие размеры (например, двадцать квадратных метров или больше), и для подачи рабочих материалов через такие поперечные сечения требуются длинные пики. В таких случаях применяют множество удлиненных пик, размещая их в определенном порядке по поперечному сечению трубопровода. Каждая из удлиненных пик может иметь разную длину. В каждой из удлиненных пик имеется продольный канал, множество низовых отверстий на стороне пики, направленной в сторону, куда двигается газовый поток (на низовой стороне), и множество напорных отверстий на стороне пики, обращенной против потока газа (на напорной стороне). Количество, размеры и местоположение напорных и низовых отверстий, а также количество, длина и местоположение каждой удлиненной пики могут варьироваться, исходя из характеристик, например, дымового газа, таких как места в трубопроводе, где присутствуют большие объемы дымового газа и ртути.

Как отмечалось выше, настоящее изобретение относится к системе и способу подачи сыпучих твердых веществ и газов-носителей сквозь стенку трубопровода или камеры в движущийся поток газа. Движущийся поток газа может содержать дымовой газ из способа сгорания. В одном аспекте настоящего изобретения в дымовом газе в виде примеси содержится ртуть, а измельченные твердые вещества содержат частицы активированного угля, которые могут захватывать, по меньшей мере, часть примеси ртути, что дает возможность удалять ртуть из дымового газа. В другом аспекте настоящего изобретения дымовой газ содержит как примесь триоксид серы, а измельченное твердое вещество содержит щелочные частицы, способные захватывать, по меньшей мере, часть примеси триоксида серы, что дает возможность удалять триоксид серы из дымового газа. Еще в одном аспекте настоящего изобретения дымовой газ содержит как примесь соляную кислоту, а измельченное твердое вещество содержит щелочные частицы, способные захватывать, по меньшей мере, часть примеси соляной кислоты, что дает возможность удалять соляную кислоту из дымового газа. Другими примерами применяемых измельченных твердых веществ являются гидратная (гашеная) известь, трона и т.п. Следует понимать, что в данном описании термин «примесь» означает количество упоминаемого вещества в пределах его обнаружения.

Ниже подан пример, представленный с целью иллюстрации, он не имеет целью накладывать ограничения на объем настоящего изобретения.

ПРИМЕР

Этот пример сравнивает применение пик, представленных в прототипе, имеющих только отверстия на дистальном конце, с применением пик по настоящему изобретению для очистки от ртути потока дымового газа, полученного сжиганием угля. Обрабатывающий материал представляет собой измельченный активированный уголь (сорбент), обработанный газом, содержащим бром, в виде воздушной суспензии доставленный с помощью воздуха к пикам. Как можно увидеть, пики по настоящему изобретению, имеющие отверстия в боковых стенках, лучше удаляют ртуть, чем пики, не имеющие таких отверстий. Благодаря более широкой площади рассеивания, получаемой вследствие применения пик по настоящему изобретению, удаление ртути значительно повышается, что позволяет использовать меньшее количество сорбента для достижения такого же результата по удалению ртути. На Фиг.2 сравниваются результаты удаления ртути.

В этом примере применение существующих конструкций пик потребовало более, чем на 60% больше сорбента, чем применение пик по настоящему изобретению. Для захвата 50% ртути, содержащейся в дымовом газе, с помощью существующих пик потребовалось свыше 2,3 килограмма сорбента на 28000 кубических метров дымового газа при реальных условиях (5 фунтов сорбента на миллион кубических футов дымового газа в реальных условиях) (5 lb/MMacf). При простом замещении пиков по данному изобретению потребуется только 1.4 кг сорбента на 28000 кубических метров газа при реальных условиях (3 lb/MMacf).

В этом примере всего 28 пик расположили двумя рядами на разных уровнях по 7 пик в каждом ряду, в двух идентичных трубопроводах с дымовым газом. Поперечное сечение каждого трубопровода имело размеры приблизительно 7 метров на 3 метра (20 футов на 8 футов). Внутренний диаметр пик у прототипа составлял 2,5 сантиметра (1 дюйм), сорбент подавался в поток дымового газа через конусообразные открытые торцы. Внутренний диаметр пик по настоящему изобретению также составлял 2,5 сантиметра (1 дюйм). Однако сорбент из новых пик подавался в дымовой газ из участка длиной 60 см (2 фута) на конце каждой пики через 12 направленных вниз по течению отверстий, диаметр каждого из которых составлял 1,27 см (0,5 дюйма), промежутки между отверстиями - 5 см (2 дюйма). В каждой пике имелось по 12 коаксиальных отверстий на напорной стороне и на низовой стороне. Напорные отверстия давали возможность дымовому газу поступать в пики и смешиваться с сорбентом в турбулентной зоне. Этот добавленный газ также помогал газу-носителю перемещать сорбент относительно равномерно от низовой стороны по всей ее длине, позволяя распределять его в потоке дымового газа более широко, более однородно и с большей скоростью, результатом чего является лучшее использование поданного сорбента. Результаты опыта показаны на Фиг.2.

Следует понимать, что реагенты и компоненты, упоминаемые по химическому названию или по формуле в этом документе либо в единственном числе, либо во множественном, идентифицируются так, как они существуют до вступления в контакт с другим веществом, упоминаемом по его химическому названию или по химическому типу (например, другой реагент, растворитель и т.п.). Не имеет значения, каким предварительным химическим изменениям и трансформациям и/или реакциям подвергались результирующая смесь, или раствор, или среда для реакции (если это вообще имело место), поскольку такие изменения, трансформации и/или реакции являются естественным результатом подачи заданных реагентов и/или компонентов в условиях, соответствующих настоящему описанию. Таким образом, реагенты и компоненты идентифицируются как ингредиенты, которые следует подать совместно с целью выполнения требуемой химической операции или реакции или для образования смеси, которая должна использоваться для выполнения требуемой операции или реакции. Кроме того, несмотря на то что в исполнении изобретения вещества, компоненты и/или ингредиенты могут упоминаться в настоящем времени («состоит из», «содержит», «является» и т.п.), такое упоминание относится к веществу, компоненту или ингредиенту в таком виде, как он существовал в период перед первым контактом, перемешиванием или смешиванием с одним или несколькими веществами, компонентами и/или ингредиентами в соответствии с настоящим описанием.

Кроме того, несмотря на то что в пунктах формулы изобретения вещества могут упоминаться в настоящем времени (например, «содержит», «является» и т.п.), такое упоминание относится к данному веществу в том виде, в каком оно существовало непосредственно перед первым контактом, перемешиванием или смешиванием с одним или несколькими другими веществами в соответствии с настоящим описанием.

Упоминание какого-либо элемента в единственном числе в описании или в пунктах формулы не следует рассматривать как ограничивающее применение только одного этого элемента. Скорее упоминание элемента в единственном числе должно охватывать один или несколько таких элементов, кроме случаев, когда в тексте подчеркнуто обратное.

Все патенты, или другие публикации, или опубликованные документы, упоминаемые в какой-либо части настоящего описания, включены сюда в полном объеме путем ссылки.

Настоящее изобретение может подвергаться значительным изменениям, не выходящим за пределы сущности и объема изобретения, определенных прилагающейся формулой изобретения.

Способ и система для подачи твердых веществ и газов-носителей сквозь стенку трубопровода или камеры, по которой проходит поток газа из источника подаваемого материала снаружи трубопровода или камеры, в газовый поток. 2 н. и 10 з.п. ф-лы,9 ил.

1. Способ подачи рабочего материала, содержащего измельченное твердое вещество и газ-носитель, сквозь боковую стенку трубопровода или камеры, через которую проходит поток газа, содержащий дымовой газ из источника сжигания, при этом рабочий материал подают из источника, расположенного снаружи трубопровода или камеры, включающий
а) установку, по меньшей мере, одной удлиненной пики, соединяющейся по текучей среде с источником подаваемого материала и внутренней частью трубопровода или камеры, в точке пересечения, по меньшей мере, части движущегося потока газа, при этом пика имеет, по меньшей мере, один продольный канал, посредством которого, по меньшей мере, частично осуществляется соединение по текучей среде, и содержит:
(i) низовую сторону стенки, направленную вниз по течению движущегося потока газа, имеющую множество низовых отверстий, и
(ii) напорную сторону, направленную против течения движущегося потока газа, противоположную низовой стороне и имеющую множество напорных отверстий; причем центр, по меньшей мере, одного низового отверстия сдвинут на тридцать градусов (30°) или менее относительно центра соответствующего противолежащего одного из напорных отверстий, или по поперечной оси пики, или по продольной оси пики, а также
б) подачу рабочего материала в канал пики, где, по меньшей мере, часть рабочего материала смешивается с, по меньшей мере, частью движущегося потока газа, поступающего через, по меньшей мере, одно из напорных отверстий, образуя смесь в канале пики, откуда затем, по меньшей мере, часть смеси выходит через, по меньшей мере, одно из низовых отверстий.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутое, по меньшей мере, одно низовое отверстие расположено практически коаксиально с упомянутым соответствующим противолежащим напорным отверстием.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что каждое из множества низовых отверстий расположено практически коаксиально с соответствующим противолежащим напорным отверстием из множества напорных отверстий.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что дымовой газ содержит примесь в виде ртути, а измельченное твердое вещество включает частицы активированного угля, способные захватывать, по меньшей мере, часть содержащейся ртути, что позволяет удалять ртуть из дымового газа.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что дымовой газ содержит примесь в виде триоксида серы, а измельченное твердое вещество включает щелочные частицы, способные захватывать, по меньшей мере, часть содержащегося триоксида серы, что позволяет удалять триоксид серы из дымового газа.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что дымовой газ содержит примесь в виде соляной кислоты, а измельченное твердое вещество включает щелочные частицы, способные захватывать, по меньшей мере, часть содержащейся соляной кислоты, что позволяет удалять соляную кислоту из дымового газа.

7. Система подачи рабочего материала, включающая:
трубопровод или камеру, размер и конфигурация которых выбраны таким образом, что через них может проходить поток газа, содержащий дымовой газ от источника сжигания, при этом, по меньшей мере, в одной стенке трубопровода или камеры образовано одно или несколько отверстий; и
одну или несколько удлиненных пик, расположенных в каждом из отверстий в стенке трубопровода, при этом, по меньшей мере, одна из продолговатых пик соединяется по текучей среде с (i) рабочим материалом, содержащим измельченное твердое вещество и газ-носитель из источника рабочего материала, расположенного снаружи трубопровода или камеры, а также (ii) с внутренней частью трубопровода или камеры в точке пересечения, по меньшей мере, части газового потока, причем в каждой удлиненной пике образован, по меньшей мере, один продольный канал, по которому, по меньшей мере, частично осуществляется соединение по текучей среде, при этом каждая удлиненная пика включает
низовую сторону, направленную вниз по течению потока газа, имеющую множество низовых отверстий, и
напорную сторону, направленную против течения потока газа, расположенную напротив низовой стороны и имеющую множество напорных отверстий, причем центр, по меньшей мере, одного низового отверстия сдвинут на тридцать градусов (30°) или менее относительно центра соответствующего противолежащего одного из напорных отверстий, или по поперечной оси пики, или по продольной оси пики.
при этом удлиненная пика расположена в трубопроводе или камере таким образом, чтобы рабочий материал можно было подавать из источника рабочего материала в канал пики, где, по меньшей мере, часть рабочего материала смешивается с, по меньшей мере, частью потока газа, поступающего в канал пики через, по меньшей мере, одно из напорных отверстий для образования смеси в канале пики, а затем, по меньшей мере, часть смеси выходит через, по меньшей мере, одно низовое отверстие.

8. Система по п.7, отличающаяся тем, что упомянутое, по меньшей мере, одно низовое отверстие расположено практически коаксиально с упомянутым соответствующим противолежащим напорным отверстием.

9. Система по п.8, отличающаяся тем, что каждое из упомянутого множества низовых отверстий расположено практически коаксиально с соответствующим противолежащим напорным отверстием из упомянутого множества опорных отверстий.

10. Система по п.7, отличающаяся тем, что дымовой газ содержит примесь в виде ртути, а измельченное твердое вещество включает частицы активированного угля, способные захватывать, по меньшей мере, часть содержащейся ртути, что позволяет удалять ртуть из дымового газа.

11. Система по п.7, отличающаяся тем, что дымовой газ содержит примесь в виде триоксида серы, а измельченное твердое вещество включает щелочные частицы, способные захватывать, по меньшей мере, часть содержащегося триоксида серы, что позволяет удалять триоксид серы из дымового газа.

12. Система по п.7, отличающаяся тем, что дымовой газ содержит примесь в виде соляной кислоты, а измельченное твердое вещество включает щелочные частицы, способные захватывать, по меньшей мере, часть содержащейся соляной кислоты, что позволяет удалять соляную кислоту из дымового газа.