СПОСОБ СОКРАЩЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ МЕЛКОЗЕРНИСТОГО МАТЕРИАЛА В FGD ГИПСЕ Российский патент 2016 года по МПК B04C5/18 

Объектом этого изобретения является способ извлечения гипса с помощью установки для десульфирования дымового газа (FGD), при этом гипсовая суспензия, которая также содержит мелкозернистые материалы, такие как, например, частицы активированного угля или частицы остаточных карбонатов, встречающиеся в очистителе мокрых отработавших дымовых газов, и содержащая гипс суспензия сгущается с помощью по меньшей мере одного гидроциклона, и сгущенная гипсовая суспензия выпускается через нижний слив гидроциклона.

Десульфирование дымового газа представляет собой способ удаления соединений серы из отходящих газов, например, на электростанциях, мусоросжигательных установках или крупных двигателях. Соединения серы возникают в этом случае в результате сжигания сернистого, преимущественно ископаемого, топлива. Установки для десульфирования дымового газа сокращенно называют FGD (от «flue gas desulfurization»). Установка для десульфирования дымового газа также может использоваться для извлечения гипса (FGD гипса). Этот тип извлечения гипса известен в данной области техники в течение долгого времени.

Промывочную суспензию (гипсовую суспензию), применяемую при десульфировании, сгущают с помощью гидроциклонов в соответствии с имеющимся уровнем техники и затем приводят к конечному содержанию сухих веществ с помощью ленточных фильтров или центрифуги. В прошлом предварительное обезвоживание в циклоне должно было удовлетворять лишь требованию соответствия оговоренному содержанию твердых веществ и оговоренным массовым расходам твердых веществ. Соответственно, использовались лишь простые циклоны, которые улучшались до требуемых параметров путем приспособления основных размеров (диаметра и длины циклона), диаметра насадки нижнего слива и диаметра трубки с погруженным концом, а также управления процессом (оговаривание содержания сухих веществ во входящем потоке, фиксация перепада давления входящего/выходящего потока). Не существовало особых требований относительно разделения особых фракций мелкозернистого материала.

Качество гипса, как правило, должно соответствовать требованиям степени чистоты. Содержание CaSO₄*2H₂O в основном не должно быть ниже 95% (в этом отношении см. также инструкции EUROGYPSUM). Эти требования становятся все более строгими. По этой причине поставленная цель состоит в нахождении адаптированного способа, который дает возможность оказывать влияние на примеси (преимущественно мелкозернистые материалы) в нижнем сливе в большей степени, чем в случае производственных контуров, традиционных на сегодняшний день.

Примесями полагаются, в частности, инертные вещества, сажа и остаточный карбонат, которые могут вводиться посредством абсорбента или же посредством летучей золы. Эти примеси объединяет то, что они обычно более мелкозернистые, чем образованный гипс.

Кроме того, в настоящее время существует идея вводить предельное значение для содержания ртути в FGD гипсе. Это важно, особенно с точки зрения стабилизации ртути в очистителе, поскольку в существующих способах в основном наблюдается ртутное обогащение в управляемой (адсорбционной) мелкозернистой фазе (например, активированный уголь, описанный в ЕР 2033702 А1). Однако обогащение по гранулированной фракции неизбежно приводит к повышенным количествам ртути в обезвоженном гипсе.

Если вместо адсорбента используется осаждающий реактив, чтобы стабилизировать растворенный тяжелый металл (например, ТМТ15, см. также ЕР 2033702 А1), он оседает, в частности, на мелкую и мельчайшую фракцию. Направленное разделение посредством центробежной очистительной установки (гидроциклона, центрифуги) невозможно.

Гидроциклон, как правило, состоит из цилиндрического сегмента с тангенциальным впускным отверстием (питающая насадка) и с коническим сегментом, присоединяющимся к последнему и имеющим насадку нижнего слива или нижнюю насадку. Верхний сливной патрубок или сливная насадка выступает сверху в форме трубки с погруженным концом в направлении оси внутрь циклона.

В результате тангенциального входного потока в цилиндрический сегмент жидкость проходит по круговому пути и течет вниз в направленном вниз вихре. Сужение в коническом сегменте приводит к направленному внутрь смещению объема и накоплению в нижней области конуса. Это приводит к образованию внутреннего направленного вверх вихря, который выводится через верхнюю сливную насадку. Цель состоит в разделении особо более тяжелой фракции (например, твердых веществ) на стенке циклона и, следовательно, выпуске через насадку нижнего слива, тогда как особо более легкая фракция выходит через верхнюю сливную насадку. Сгущенный поток, выпускаемый в нижней части, называется нижним сливом, а выпускаемый наверх поток, существенно освобожденный от твердых веществ, обозначается как верхний слив или верхний поток.

Обозначения «верх» и «низ» относятся в настоящем описании к «нижнему сливу» (особо более тяжелая или крупная фракция) и к «верхнему сливу» (особо более легкая или мелкая фракция). Однако фактическое положение гидроциклона до максимально возможной степени не зависит от этого, таким образом, отлично могут использоваться и горизонтально установленные гидроциклоны.

Фундаментальные принципы отделения и разделения на фракции гидроциклона описываются взаимодействием центробежной и гидродинамической сил. В то время как центробежная сила действует в большей степени на большие частицы высокой плотности (крупнозернистые материалы) и они, таким образом, отделяются наружу к стенке циклона, в случае малых частиц ввиду их большей удельной поверхности воздействие потока на частицы (сила сопротивления) имеет большую важность. В нижнем сливе происходит обогащение по более тяжелой крупной фракции, а мелкозернистая и/или легкая фракция отводится в верхнем сливе.

Из этого следует, обогащение или обеднение по очень маленьким частицам (фракция мелкозернистого материала) не может быть существенно выполнено (относительно объема) с помощью существующих гидроциклонов, поскольку они ведут себя подобно раствору. Разделение фракции мелкозернистого материала, следовательно, в основном соответствует только объемному разделению между верхним сливом и нижним сливом.

Вследствие взаимосвязей, упомянутых для современного гидроциклона (или, в целом, для разделительного устройства, основанного на центробежной силе), эффективного отделения мелкозернистой фракции от нижнего слива ожидать нельзя. Возможно только накопление крупнозернистых материалов в нижнем сливе относительно объема наряду с обеднением по крупнозернистым материалам в верхнем сливе.

Следовательно, когда выполняют разделение на фракции центробежной силой, фракция мелкозернистых материалов, которая соответствует отведенному объему, всегда проходит в нижний слив. На последующем этапе обезвоживания, например, с помощью ленточных фильтров или центрифуг эти мелкозернистые материалы могут больше не отделяться даже с помощью гипсового очистителя. Гипс, обезвоженный таким способом, следовательно, больше не будет соответствовать более строгим требованиям.

Чтобы сократить мешающие фракции мелкозернистого материала в нижнем сливе, можно, в принципе, использовать многоэтапные контуры циклонов с промежуточным разбавлением между отдельными гидроциклонами. Однако эти установки, раскрытые, например, в документе DE 4034497 С1, сложно внедрять и иногда невозможно реализовать в плане водного баланса, поскольку потребность в разбавляющей воде слишком велика.

Поэтому для всех упомянутых применений поставленной целью является отделение нижнего слива, который в максимальной степени не содержит мелкозернистый материал, посредством разделения центробежной силой, благодаря чему установка должна иметь максимально простую структуру.

Эта цель достигается с помощью способа извлечения гипса, в котором воду подают в центробежный сепаратор (гидроциклон, центрифугу или подобное) по линии подачи в дополнение к гипсовой суспензии, тем самым приводя к обеднению по мелкозернистому материалу относительно объема суспензии в нижнем сливе.

Обеднение может происходить специфично (смещением непрерывной фазы или введением разделительного слоя для крупнозернистых/мелкозернистых материалов) или неспецифично дозированием разбавляющей воды в циклоне.

Следовательно, предварительное обезвоживание гипсовой суспензии происходит таким образом, что используются только циклоны, которые осуществляют уменьшение (обеднение) мелкозернистых материалов в нижнем сливе (относительно содержания мелкозернистого материала во входящем потоке).

Обеднение по фракции мелкозернистого материала в нижнем сливе может осуществляться в простейшем виде с помощью простого промежуточного разбавления в циклоне или смещением жидкой фазы в нижнем сливе в результате направленного дозирования потока промывочной воды. В документе WO 2010/089309 А1 описано в этом отношении противопоточное разделение на фазы. Однако промежуточное разбавление должно осуществляться посредством потока жидкости, который не содержит проблемную фракцию.

Согласно изобретению воду вводят в области входного потока или в конической области гидроциклона в качестве барьерного потока воды для образования барьерного слоя воды, при этом барьерный поток воды и гипсовую суспензию разделяют в гидроциклоне с помощью пластины до тех пор, пока барьерный поток воды и поток гипсовой суспензии не будут по существу стабильными.

Также является преимуществом, если гидроциклон имеет цилиндрическую область входного потока и коническую область. Гидроциклон может содержать только одну коническую область.

Дополнительное введение этого барьерного потока воды вызывает попадание в циклон чистого осадочного слоя, посредством которого тяжелые частицы отделяются, но мелкозернистые фракции (мелкозернистые материалы) остаются преимущественно в центральном потоке. Барьерный поток воды в этом случае окружает гипсовую суспензию в форме кольца. Обеднение по мелкозернистому материалу или по мелким зернам, следовательно, происходит в нижнем сливе относительно связанной с объемом концентрацией во входящем потоке.

В результате в нижнем сливе получается фракция тяжелых частиц, которая имеет явно уменьшенную фракцию мелкозернистых частиц.

Предпочтительно барьерный слой воды и гипсовая суспензия отделяются друг от друга цилиндрической или конической пластиной, расположенной в цилиндрическом сегменте или в конической области.

Преимущественно, если барьерный слой воды и гипсовая суспензия увлекаются далее вместе в гидроциклоне, сразу как только барьерный поток воды и поток гипсовой суспензии становятся существенно стабильными (не дольше какого-либо незначительного взаимного перемешивания).

Предпочтительно воду подают в гидроциклон тангенциально. Таким образом, например, внутри циклона может быть образован стабильный круговой барьерный поток воды.

Также предусматривается, что содержащая гипс суспензия сгущается посредством двух или более гидроциклонов, соединенных последовательно, воду подают в гидроциклоны в каждом случае по линии подачи, тем самым приводя к обеднению по мелкозернистому материалу в нижнем сливе относительно входного потока на первом этапе. Кроме того, в многоэтапных версиях является полезным разбавление между этапами циклонов.

Два приведенных в качестве примера варианта осуществления способа в соответствии с изобретением описываются ниже с помощью четырех фигур, на которых:

фиг. 1 представляет собой схему способа для возможного приведенного в качестве примера варианта осуществления способа в соответствии с изобретением;

фиг. 2 представляет собой схему способа для еще одного приведенного в качестве примера варианта осуществления способа в соответствии с изобретением;

фиг. 3 представляет собой изображение приведенного в качестве примера варианта осуществления гидроциклона, подходящего для способа в соответствии с изобретением;

фиг. 4 представляет собой изображение приведенного в качестве примера варианта осуществления гидроциклона, отличного от настоящего изобретения.

Одинаковые числовые позиции на соответствующих графических материалах обозначают в каждом случае одни и те же компоненты.

Фиг. 1 представляет собой возможную схему способа в соответствии с изобретением для извлечения гипса. Гипсовая суспензия 6 в этом случае образуется способом, известным per se, в очистителе 17 установки для десульфирования дымового газа (FGD). Гипсовую суспензию 6 сгущают с помощью гидроциклона 1. Для этого гипсовую суспензию 6 подают в гидроциклон 1 через тангенциальный входной поток 4. Гидроциклон 1 состоит из цилиндрической области 2 входного потока и конической области 3. Сгущенную гипсовую суспензию 6 извлекают из гидроциклона через нижний слив 11. Особенно более легкая фракция, преимущественно вода, а также мелкозернистые материалы, выпускаются в виде верхнего слива 12. Верхний слив 12 затем подается в циклон 18 для отработанной воды и также разделяется там известным способом на нижний слив 20 и верхний слив 21. Нижний слив 20 затем может быть подан снова на установку для десульфирования дымового газа, а верхний слив 21 обычно подается на установку для обработки отработанной воды.

Сгущенную гипсовую суспензию 6 из нижнего слива 11 подают на следующие обезвоживающие узлы или сушильные узлы, такие как, например, ленточная сушилка 19.

Для обеднения по мелкозернистым материалам в нижнем сливе 11 воду (5, 15) подают в гидроциклон 1. Это может быть подача барьерного потока 5 воды в области 2 входного потока гидроциклона 1 (см. фиг. 3) или же дополнительная подача разбавляющей воды 15 в конической области 3 или в области нижнего слива 11 (см. фиг. 4). Мелкозернистые материалы могут представлять собой, например, частицы активированного угля, которые часто отягощены ртутью, или же частицы остаточных карбонатов, инертные вещества или летучую золу.

На фиг. 2 для сгущения гипсовой суспензии 6 последовательно соединены два гидроциклона 1, 1′. Нижний слив 11 из первого гидроциклона 1 в этом случае образует входной поток во второй гидроциклон 1′. Второй гидроциклон 1′ также имеет цилиндрическую область 2′ входного потока, коническую область 3′ и аналогично подачу воды 5′ и 15′. Сгущенную гипсовую суспензию 6 из нижнего слива 11′ второго гидроциклона 1′ затем подают на ленточную сушилку 19. Верхний слив 12′ второго гидроциклона 1′ может соединяться с верхним сливом 21 циклона 18 для отработанной воды. Между двумя гидроциклонами 1 и 1′ разбавляющая вода 22 необязательно может подаваться для промежуточного разбавления.

Гидроциклон (1, 1′) может содержать только одну коническую область (3, 3′), и при этом воду (15, 15′) дополнительно подают в коническую область (3, 3′) или в область насадки (8) нижнего слива в качестве разбавляющей воды (15, 15′) для промежуточного разбавления гипсовой суспензии (6).

Фиг. 3 в качестве примера представляет вариант осуществления гидроциклона 1 или 1′, который подходит для способа в соответствии с изобретением. Он состоит из цилиндрической области 2 входного потока и конической области 3, прилегающей к ней. Гипсовую суспензию 6 подают в гидроциклон 1 через тангенциальный входной поток 4. Коническая область 3 имеет насадку 8 нижнего слива для выпуска нижнего слива 11, то есть сгущенной гипсовой суспензии 6. Особо более легкая фракция, то есть верхний слив 12, может быть выпущена через сливную насадку 9, которая выступает внутрь в форме трубки с погруженным концом в направлении оси гидроциклона 1.

В дополнение к тангенциальному входному потоку 4 гидроциклон 1 также имеет дополнительный входной поток для барьерного потока 5 воды, которую здесь аналогично подают тангенциально к цилиндрическому сегменту 2. На фиг. 3 он проходит параллельно тангенциальному входному потоку 4 и поэтому скрыт им. Барьерный слой 7 воды и гипсовую суспензию 6 подают по отдельности в гидроциклон 1 и отделяют друг от друга пластиной 10. Пластина 10 представляет собой, например, цилиндрический тонкостенный компонент, изготовленный из металла. Чистый барьерный слой 7 воды встречается с текущей гипсовой суспензией 6 на нижнем конце 13 пластины 10. Это происходит сразу же, когда потоки барьерной воды 7 и гипсовой суспензии 6 становятся стабильными. Входное отверстие 14 сливной насадки 9 заканчивается здесь, например, в области ниже конца 13 пластины 10.

После того как два объемных потока 7, 6 объединились, начинается осадочное движение тяжелых частиц (гипса) через барьерный слой 7. Это приводит к обеднению по мелкозернистым материалам в нижнем сливе 11. Прохождение потока в коническом сегменте 3 происходит как в обычных гидроциклонах.

Стрелки потока указывают, что барьерный поток 7 воды и гипсовая суспензия 6 перемешиваются друг с другом настолько незначительно, насколько можно. Поэтому барьерный поток 7 воды образует барьерный слой 7 воды относительно стенки конического сегмента 3.

Необязательно промывочная или разбавляющая вода может быть дополнительно введена в коническом сегменте 3 или в области нижнего слива, и в результате этого относящаяся к объему фракция мелкозернистых материалов в нижнем сливе 11 может еще более уменьшаться. Также предусматривается введение потока воды, чтобы подпитывать вихрь, чтобы предотвращать унос завихрением крупных частиц материала снова вверх.

Фиг. 4 представляет собой изображение гидроциклона 1 или 1′, отличного от настоящего изобретения. Этот гидроциклон 1 имеет цилиндрическую область 2 входного потока, коническую область 3, насадку 8 нижнего слива для выпуска нижнего слива 11 и сливную насадку 9 для выпуска верхнего слива 12. В этом гидроциклоне 1 разбавляющую воду 15 подают в коническую область 3 или в области нижнего слива, а именно через распределитель 16 воды, с помощью которого разбавляющую воду 15 подают тангенциально к гипсовой суспензии 6. Направленная подача разбавляющей воды 15 распределителем 16 воды вызывает наложение поперечного разделения на фракции, данного в гидроциклоне 1, на противоточное разделение на фракции. В этом случае радиальный поток, направленный к центру, создается в поле центробежных сил гидроциклона 1 разбавляющей водой 15. Это направленное добавление 15 разбавляющей воды приводит к сокращению мелкозернистого материала (мелких частиц) в нижнем сливе 11. Распределитель 16 воды содержит, например, множество каналов, которые выходят в форме кольца в коническую область 3 или в область насадки 8 нижнего слива, и которые таким образом подмешивают разбавляющую воду 15 в гипсовую суспензию 6 с однородным распределением по внешней стенке гидроциклона 1.

Варианты осуществления, представленные на графических материалах, являются лишь предпочтительной версией изобретения. Изобретение также охватывает другие варианты осуществления, в которых, например, предоставляется множество дополнительных притоков для барьерной воды 5, 5′ или для разбавляющей воды 15, 15′.

Изобретение относится к способу получения гипса с помощью установки для десульфирования дымового газа. Согласно способу извлечения гипса с помощью установки для десульфирования дымового газа гипсовую суспензию, которая также содержит мелкозернистые материалы, такие как, например, частицы активированного угля или частицы остаточных карбонатов, встречающиеся в мокром очистителе дымовых газов, сгущают с помощью по меньшей мере одного гидроциклона и сгущенную гипсовую суспензию выводят через нижний слив гидроциклона. При этом воду подают в гидроциклон по линии подачи в дополнение к гипсовой суспензии, тем самым приводя к обеднению по мелкозернистому материалу относительно объема суспензии в нижнем сливе, и при этом воду вводят в область входного потока гидроциклона в качестве барьерного потока воды для образования барьерного слоя воды. Барьерный поток воды и гипсовую суспензию разделяют в гидроциклоне пластиной, пока барьерный поток воды и поток гипсовой суспензии не будут существенно стабильными. Техническим результатом является уменьшение содержания фракции мелкозернистого материала в нижнем сливе гидроциклона. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ извлечения гипса с помощью установки для десульфирования дымового газа, при этом гипсовую суспензию (6), которая также содержит мелкозернистые материалы, такие как, например, частицы активированного угля или частицы остаточных карбонатов, встречающиеся в мокром очистителе (17) дымовых газов, сгущают с помощью по меньшей мере одного гидроциклона (1, 1′) и сгущенную гипсовую суспензию выводят через нижний слив (11, 11′) гидроциклона (1, 1′), отличающийся тем, что воду (5, 5′) подают в гидроциклон (1, 1′) по линии подачи в дополнение к гипсовой суспензии (6), тем самым приводя к обеднению по мелкозернистому материалу относительно объема суспензии в нижнем сливе (11, 11′), и при этом воду (5, 5′) вводят в область (2, 2′) входного потока гидроциклона (1, 1′) в качестве барьерного потока (5, 5′) воды для образования барьерного слоя (7) воды, и барьерный поток (7) воды и гипсовую суспензию (6) разделяют в гидроциклоне пластиной (10), пока барьерный поток (7) воды и поток (6) гипсовой суспензии не будут существенно стабильными.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что гидроциклон (1, 1′) содержит цилиндрическую область (2, 2′) входного потока и коническую область (3, 3′), и при этом барьерный поток воды подают в область (2, 2′) входного потока, и воду (15, 15′) дополнительно подают в коническую область (3, 3′) или в область насадки (8) нижнего слива в качестве разбавляющей воды (15, 15′) для промежуточного разбавления гипсовой суспензии (6).

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что гидроциклон (1, 1′) содержит только одну коническую область (3, 3′), и при этом воду (15, 15′) дополнительно подают в коническую область (3, 3′) или в область насадки (8) нижнего слива в качестве разбавляющей воды (15, 15′) для промежуточного разбавления гипсовой суспензии (6).

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что гидроциклон (1, 1′) содержит цилиндрическую область (2, 2′) входного потока и коническую область (3, 3′).

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что гидроциклон (1, 1′) содержит только одну коническую область (3, 3′).

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что воду (5, 5′, 15, 15′) подают в гидроциклон (1, 1′) тангенциально.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что содержащую гипс суспензию (6) сгущают с помощью двух или более гидроциклонов (1, 1′), соединенных последовательно, воду (5, 5′, 15, 15′) подают в гидроциклоны (1, 1′) в каждом случае по линии подачи, тем самым приводя к обеднению по мелкозернистому материалу относительно объема суспензии в соответствующем нижнем сливе (11, 11′).