УСТАНОВКА И СПОСОБ ПОГЛОЩЕНИЯ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ ИЗ ГАЗОВ Российский патент 2014 года по МПК B01D47/02 

Изобретение относится к установке и способу поглощения вредных веществ из газов.

Во многих промышленных процессах, в частности в процессах горения, возникают дымовые, или отработанные газы, которые содержат кислотные компоненты, такие как диоксид серы (SO₂), соляная кислота (HCl), фтористый водород (HF) и/или окислы азота (NO, NO₂), которые из-за их опасности для экосистемы называют вредными веществами.

Поэтому для защиты людей, животных и растений были приняты законодательные нормы о допустимых предельных значений вредных веществ в отработанных газах.

Чтобы соблюсти эти предельные значения, во многих случаях требуется очистка отработанных газов.

Из уровня техники известны различные технологии для так называемой мокрой очистки отработанных газов, которые уже применяются на промышленном уровне. В этих способах для отделения вредных веществ применяются главным образом кальциевые сорбенты (известняк, жженая известь и гидроксид кальция). Эти соединения кальция смешивают с водой, после чего они имеют вид суспензии, и приводят в контакт с имеющимися в дымовом газе кислыми газами, чтобы могло идти поглощение вредных веществ из газообразной фазы в жидкую. После этого поглощенные в жидкую фазу кислые вредные вещества находятся растворенными в ионизованной форме и реагируют с растворенными в суспензии ионами кальция кальциевого сорбента.

Получающиеся в результате этого продукты реакции могут, в зависимости от дальнейшего проведения процесса, оставаться растворенными в суспензии, образовывать кристаллы при соответствующем пересыщении и в конце концов даже выпадать в твердой форме.

Преобладающим вредным веществом в отработанных газах, в частности, в процессах горения, работающих на нефти и угле, является диоксид серы SO₂.

В установках так называемого обессеривания дымовых газов SO₂ удаляют из дымовых газов описанными во введении способами, причем в качестве кальциевого сорбента используется в основном известняк в форме суспензии известняка. В этих установках из поглощенного диоксида серы SO₂ и растворенного известняка в суспензии после процессов окисления и кристаллизации образуется пригодный для применения гипс (CaSO₄·2H₂O).

Из уровня техники известно о реализации контактного аппарата для обессеривания дымовых газов как распылительной башни с капельной колонной. В этой распылительной башне суспензия известняка через несколько, как правило, расположенных горизонтально, поверхностей распыления и распылительных форсунок распыляется в аппарате, через который вертикально течет дымовой газ. Выходящие из распылительной форсунки капли суспензии известняка входят в контакт с текущим дымовым газом, и происходят процессы тепло- и массопереноса.

Если рассматривать смесь дымовой газ/суспензия как эмульсию, то дымовой газ можно охарактеризовать как непрерывную фазу, а суспензию известняка - как дисперсную фазу.

Обычные скорости дымового газа в пустой трубной линии в этих распылительных башнях составляют от 2,5 до 5 м/с.

В описанных процессах тепло- и массопереноса дымовой газ, как правило, отдает тепло, которое направляют на испарение воды из капель суспензии. Испарившаяся вода переходит в газовую фазу (непрерывную фазу) и ведет к насыщению дымового газа.

Содержащийся в дымовом газе диоксид серы SO₂ в результате абсорбции растворяется в каплях суспензии и позднее реагирует с также растворенными ионами кальция (Ca⁺⁺) в две стадии: до сульфита кальция и, после дальнейшего окисления растворенным в каплях кислородом, до сульфата кальция.

Капли суспензии опускаются вниз и на своем пути непрерывно поглощают диоксид серы. В нижней области контактного аппарата они собираются в так называемый зумпф и для повышения времени контакта по системе рециркуляции снова приводятся в контакт с дымовым газом через поверхности распыления.

Кроме того, в зумпфе, в результате вдувания такого кислородсодержащего газа, как, например, воздуха, суспензия обогащается кислородом для дальнейшей реакции окисления, так что при оптимальном режиме процесса будет достигнуто полное окисление сульфита кальция в сульфат кальция.

С повышением времени пребывания доля связанного сульфата кальция в зумпфе повышается, пока не будет достигнуто пересыщение, и после стадии кристаллизации сульфат кальция выпадает в виде гипса (CaSO₄·2H₂O).

Через соответствующий контур регулирования и управления в контактный аппарат непрерывно подается суспензия известняка и технологическая вода (потеря при испарении капель), а также суспензия отбирается из зумпфа, так что устанавливается стационарное состояние. Суспензия, отведенная из зумпфа, как правило, после идущего ниже обезвоживания проводится на получение гипса.

Недостатками описанной промывки дымовых газов посредством распылительной башни являются необходимость установок больших размеров с башнями высотой 20-40 м и сравнительно высокое потребление энергии.

Как альтернатива этому, например, из документа WO 96/00122 известна установка, в которой контактный аппарат выполнен как так называемые барботажные колонны. При этом порядок фаз от дымового газа и суспензии известняка меняется на обратный по сравнению с капельной колонной в распылительной башне, т.е. суспензия присутствует как непрерывная фаза, а дымовой газ как дисперсная фаза.

Образуют слой суспензии высотой до 1,1 м, в который дымовой газ вводится в виде пузырьков через распределительные тарелки, например перфорированные тарелки, под слоем суспензии или через погружные трубы с множеством распределительных отверстий, которые опущены в слой суспензии. Поэтому этот тип аппаратов называют также барботажным скруббером. Правда, скорость дымового газа в пустой трубной линии в таком барботажном скруббере составляет всего примерно от 1,5 до 2,5 м/с.

В основе изобретения стоит задача усовершенствовать описанный способ.

Согласно изобретению, эта задача решена установкой поглощения вредных веществ из газов, в которой раствор с щелочными компонентами приводится в контакт с газом, причем газ на первой ступени проводится через слой суспензии как дисперсная фаза, а на второй ступени проводится как непрерывная фаза, в которую суспензию впрыскивают как дисперсную фазу, при этом обе ступени конструктивно объединены в единственной промывной башне.

Выгодные воплощения изобретения содержатся в зависимых пунктах.

Согласно изобретению, преимущества капельной и барботажной колонн используются путем комбинации обоих способов в одном общем контактном аппарате.

Дымовой газ, протекающий через скруббер снизу вверх, на первой ступени при высокой концентрации диоксида серы очищается в барботажной колонне. На второй степени происходит очистка в капельной колонне.

Тем самым реализуются лежащие в основе изобретения знания, в соответствии с которыми при очистке газов со сравнительно меньшими концентрациями диоксида серы распылительная башня с капельной колонной предпочтительнее барботажного скруббера, тогда как при высоких концентрациях диоксида серы выгоден барботажный скруббер.

Изобретение более подробно поясняется посредством фигур. На них для примера показано:

фиг.1: установка согласно изобретению и

фиг.2: варианты осуществления диспергирующего и газораспределительного устройства.

Фиг.1 показывает в разрезе цилиндрический скруббер, в котором дымовой газ втекает в скруббер через впуск 1 для дымового газа и изменяет направление на текущий вертикально вверх поток, причем скорость в пустой трубной линии достигает от 2,5 м/с до 4,5 м/с.

Благодаря стекающим в этой области каплям суспензии из первой ступени барботажной промывки уже происходит охлаждение дымового газа, которое в оптимальном случае уже ведет к температуре адиабатического насыщения дымовых газов.

Затем дымовой газ через диспергирующее и газораспределительное устройство 3 входит в слой суспензии барботажной промывки. При этом распределение газа и образование пузырей происходит через выполненную в виде решетки конструкцию тарелки 3a для предпочтительных вариантов осуществления, показанных на фиг.2. Диспергирующее и газораспределительное устройство (3) выполнено из по меньшей мере двух расположенных друг на друге колосниковых или трубных решеток. Диспергирующее и газораспределительное устройство (3) может быть выполнено из по меньшей мере двух расположенных друг на друге колосниковых или трубных решеток.

В диспергирующем и газораспределительном устройстве 3 живое сечение газа снижается на 15%-50% от полного сечения скруббера. Достигнутым при этом ускорением дымового газа выше диспергирующего и газораспределительного устройства 3 образуется столб пузырьков (барботажная колонна), высота которого достигает от 0,4 м до 1,0 м. Высота слоя устанавливается через спускное устройство 3b при проектировании скруббера. Если уровень надстроенной барботажной колонны превысит проектную высоту, то суспензия перельется через спускное устройство 3b и отводы 3c, 3d скруббера сначала в зумпф скруббера 13. При этом было бы также допустимо проводить часть вытекающей суспензии на водоотделитель для получения сухого гипса. Дымовой газ, выходящий из барботажной колонны, входит теперь сразу в возвышающуюся над барботажной колонной камеру поглощения 5 распылительной башни, соответственно капельной колонны. Суспензия вводится через распылительные форсунки в поверхностях распыления 4 и в форме капель вступает в контакт с дымовым газом. Распыляемые капли имеют диаметр Заутера в диапазоне от 600 мкм до 6000 мкм.

Обе ступени снабжаются свежей суспензией через перекачивающее устройство 7a, 7b. После прохождения последней поверхности распыления захваченные с дымовым газом капли отделяются в каплеотделительном устройстве 6, которое регулярно промывается промывочным устройством 8 и тем самым удерживается свободным от отложений. После каплеотделителя 6 дымовой газ выходит из скруббера через соответствующую конструкцию 2 для вывода дымовых газов.

Суспензия, собранная в зумпфе 13, снабжается кислородом для окисления путем вдувания воздуха 11.

Оседание твердых частиц в зумпфе предотвращается благодаря мешалкам 9, которые, кроме того, обеспечивают достаточное перемешивание.

Чтобы поддерживать всю промывочную систему в стационарном режиме, в систему подводится 10 свежая суспензия известняка, и соответствующий поток суспензии отводится 12 из промывной системы на получение гипса.

Список обозначений

3b Спускное устройство

3c, 3d Отводы

13 Зумпф скруббера

5 Камера абсорбции

4 Поверхности распыления

7a, 7b Перекачивающее устройство

6 Каплеотделительное устройство

8 Промывочное устройство

6 Каплеотделитель

2 Конструкция для вывода дымовых газов

9 Мешалки.

Изобретение относится к установке для поглощения вредных веществ из газов. Установка и способ поглощения вредных веществ из газов содержат первую ступень, на которой газ проводится через слой суспензии как дисперсная фаза, вторую ступень, на которой газ проводится как непрерывная фаза, в которую суспензию впрыскивают как дисперсную фазу, обе ступени конструктивно объединены в единственном скруббере, при этом дополнительно содержит диспергирующее и газораспределительное устройство (3) таким образом, чтобы живое сечение газа снижалось на 15%-50% от полного сечения скруббера при помощи выполненной в виде решетки конструкции тарелки (3а), как показано на фиг.2. Технический результат заключается в оптимизации массопереноса и энергии устройства. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Установка поглощения вредных веществ из газов, в которой раствор щелочных компонентов приводится в контакт с газом, где предусмотрена первая ступень, на которой газ проводится через слой суспензии как дисперсная фаза, и где предусмотрена вторая ступень, на которой газ проводится как непрерывная фаза, в которую суспензию впрыскивают как дисперсную фазу, и где обе ступени конструктивно объединены в единственном скруббере, отличающаяся тем, что предусмотрено диспергирующее и газораспределительное устройство (3) таким образом, что живое сечение газа снижалось на 15%-50% от полного сечения скруббера при помощи выполненной в виде решетки конструкции тарелки (3а), как показано на фиг.2.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что слой суспензии на первой ступени имеет высоту от 0,25 м до 1,0 м.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что диспергирующее и газораспределительное устройство (3) выполнено из по меньшей мере двух расположенных друг на друге колосниковых или трубных решеток.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что вторая ступень содержит по меньшей мере одну поверхность распыления (4), и тем, что распыляемые капли имеют диаметр Заутера в диапазоне от 600 мкм до 6000 мкм.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что перед первой ступенью дополнительно предусмотрена поверхность распыления.

6. Способ поглощения вредных веществ из газов, в котором раствор щелочных компонентов приводится в контакт с газом, где газ на первой стадии проводят через слой суспензии как дисперсную фазу и газ на второй стадии проводят как непрерывную фазу, в которую суспензию впрыскивают как дисперсную фазу, отличающийся тем, что на первой стадии распределение газа и образование пузырей происходит при помощи выполненной в виде решетки конструкции тарелки (3а), как показано на фиг.2.