СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУХА Российский патент 2016 года по МПК B01D53/14 B01D53/62 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к системе контроля загрязнения воздуха, в которой выход аминового абсорбента за пределы системы в значительной степени предотвращается при абсорбировании и удалении содержащегося в дымовом газе диоксида углерода (CO₂) с помощью аминового абсорбента.

Уровень техники

В последние годы в качестве одной из причин глобального потепления, связанного с CO₂, назван парниковый эффект, и меры противодействия этому эффекту во всем мире также становятся острой необходимостью при защите окружающей среды. Источник генерирования CO₂ в различных областях деятельности человека, в которых имеет место сжигание ископаемого углеводородного топлива, может быть различным, и требования подавления выброса диоксида углерода в атмосферу становятся все более жесткими. В этой связи были проведены интенсивные исследования, направленные на обеспечение способа извлечения и удаления CO₂, содержащегося в отходящих газах, путем приведения дымового газа промышленной установки, такой как котел и газотурбинная установка, в контакт с абсорбентом CO₂ на основе амина, и системы контроля за загрязнением воздуха, которая накапливает извлеченный CO₂ без его выпуска в атмосферу, которые могут быть использованы в установке для выработки электроэнергии, такой как тепловая электростанция, потребляющая большое количество ископаемого топлива.

Известна установка для извлечения CO₂ (патентный документ JP 3-193116 A [D1]), в которой реализуются процесс приведения дымового газа и абсорбента CO₂ в контакт в абсорбере CO₂ (здесь и далее называемом просто «абсорбер»), процесс нагревания абсорбента CO₂, который абсорбировал CO₂, в регенераторе абсорбента CO₂ (здесь и далее называемом просто «регенератор»), выделение CO₂, регенерация абсорбента CO₂ и рециркуляция абсорбента вновь в абсорбер CO₂ для повторного использования абсорбента CO₂, в процессе извлечения и удаления CO₂ из дымового, используя описанный выше абсорбент CO₂ на основе амина.

В абсорбере CO₂ дымовой газ приводят в контакт в противотоке, например, с абсорбентом CO₂ на основе аминов, таким как алканоламин, при этом содержащийся в дымовом газе CO₂ поглощается абсорбентом CO₂ с помощью химической реакции (экзотермической реакции) и дымовой газ после извлечения из него CO₂ отводят из системы. Абсорбент CO₂, который абсорбировал CO₂, называют также богатым раствором. Давление богатого раствора повышают с помощью насоса, и раствор нагревают в теплообменнике с помощью высокотемпературного абсорбента CO₂ (бедного раствора), полученного посредством выделения CO₂ и регенерации в регенераторе, после чего богатый раствор направляют в регенератор.

В процессе извлечения CO₂ с использованием абсорбента CO₂, дымовой газ, свободный от CO₂, полученный в результате удаления CO₂ из дымового газа, выбрасывают в атмосферу. Однако поскольку в выбрасываемом в атмосферу газе присутствует небольшая часть небольшого количества абсорбента амина, необходимо уменьшить величину его выброса.

В частности, в дальнейшем, при приведении в действие стандартов по выбросам в атмосферу, возможно увеличение размеров самого устройства для удаления CO₂, и в связи с этим необходимо дополнительно уменьшить величину его выброса из устройства.

В качестве метода, предотвращающего выпуск аминового абсорбента, был предложен, например, способ извлечения соединения амина, увлеченного дымовым газом, не содержащим CO₂, за счет обеспечения ряда ступеней промывки водой со стороны ниже по ходу движения потока от секции абсорбции CO₂ в абсорбере для удаления CO₂, и приведения в контакт «газ-жидкость» дымового газа, свободного от CO₂ и промывочной воды (патентный документ JP 2002-126439 A [D2]).

Кроме того, в качестве другого метода, был предложен способ извлечения основного аминосоединения, содержащегося в декарбонизированном отходящем газе, который распыляет серную кислоту из устройства для распыления серной кислоты в отходящие газы, свободные от CO₂, выпускаемые из абсорбера CO₂, превращает аминовый абсорбент, захваченный отходящими газами, в сульфат основного аминосоединения, и улавливает указанный сульфат соединения основного амина (патентный документ JP 10-33938 A [D3]).

Помимо этого, из патентного документа WO 2011/152547 A [D4] известна система контроля загрязнения воздуха, которая обеспечивает улавливание соединения, образующего туман в абсорбере, входящем в состав узла удаления CO₂; указанное образующее туман соединение содержится в дымовом газе, вводимом в абсорбер CO₂, который абсорбирует CO₂, при этом используемый в абсорбере абсорбент CO₂ захватывается соединением, образующим туман. Следовательно, существует проблема увеличения количества абсорбента CO₂, выбрасываемого из системы, и в связи с этим рассмотрены контрмеры для решения этой проблемы.

Сущность изобретения

Техническая проблема

Однако в описанных выше предложенных решениях, хотя содержание газообразного абсорбента амина может быть уменьшено в дымовом газе, свободном от CO₂, выходящем из CO₂ абсорбера, существует опасность выброса вместе с дымовым газом туманообразного аминового абсорбента. Соответственно, необходимо решить эту проблему.

Налицо проблема в том, что туманообразный аминовый абсорбент, выбрасываемый из системы наружу, после выброса в атмосферу превращается, например, в нитрозоамины, нитрамины, аэрозоль или тому подобное в результате реакции с NOx или тому подобным соединением, содержащимся в атмосфере.

В этой связи было бы желательно создать систему контроля загрязнения воздуха, которая может дополнительно уменьшать выпуск из абсорбера CO₂ соединения амина, захваченного отходящими газами, содержащими CO₂.

В связи с описанными выше проблемами задача настоящего изобретения заключается в обеспечении системы контроля загрязнения воздуха, которая способна в значительной степени уменьшить унос аминового абсорбента при выпуске дымового газа, из которого удаляют CO₂, за пределы системы.

Решение проблемы

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения для решения вышеуказанных проблем обеспечивается система контроля загрязнения воздуха, содержащая узел извлечения CO₂, содержащий абсорбер CO₂, в котором удаляется CO₂, содержащийся в дымовом газе, выходящем из котла, с помощью аминового абсорбента, и регенератор абсорбента, в котором осуществляется регенерация абсорбента, при этом абсорбер CO₂ оборудован секцией абсорбции CO₂, которая абсорбирует CO₂, содержащийся в дымовом газе, с помощью аминового абсорбента, и секцию с фильтрами из водоотталкивающего материала, которая размещена со стороны ниже по ходу движения дымового газа от секции абсорбции CO₂ и улавливает туманообразный аминовый абсорбент, захваченный отходящими газами, не содержащими CO₂.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения обеспечивается система контроля загрязнения воздуха, соответствующая первому аспекту, в которой секция фильтров из водоотталкивающего материала содержит корпус с фильтрами, в котором образована камера для ввода газа; в указанную камеру из секции абсорбции CO₂ поступает движущийся вверх дымовой газ, не содержащий CO₂; множество фильтров из водоотталкивающего материала установлено на боковой поверхности корпуса, чтобы обеспечить прохождение вводимых отходящих газов, не содержащих CO₂, через указанные фильтры в направлении, ортогональном направлению течения газа.

Согласно третьему аспекту настоящего изобретения обеспечивается система контроля загрязнения воздуха, соответствующая второму аспекту, в которой в корпусе с фильтрами размещено очистное устройство, предназначенное для очистки поверхности фильтра из водоотталкивающего материала со стороны входа газа.

Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения обеспечивается система контроля загрязнения воздуха, соответствующая второму или третьему аспектам, в которой со стороны нижнего конца фильтра, выполненного из водоотталкивающего материала, размещен элемент, служащий для сбора воды, стекающей вниз вдоль поверхности фильтра.

Согласно пятому аспекту настоящего изобретения обеспечивается система контроля загрязнения воздуха, соответствующая первому аспекту, в которой секция с фильтрами из водоотталкивающего материала размещена полностью в абсорбере CO₂.

Согласно шестому аспекту настоящего изобретения обеспечивается система контроля загрязнения воздуха, соответствующая первому аспекту, в которой секция с фильтрами из водоотталкивающего материала размещена отдельно от абсорбера CO₂.

Согласно седьмому аспекту настоящего изобретения обеспечивается система контроля загрязнения воздуха, соответствующая первому аспекту, в которой с одной или с обеих сторон, со стороны выше по потоку или ниже по потоку, от секции с фильтрами из водоотталкивающего материала размещена водопромывочная секция.

Положительные эффекты изобретения

С помощью предложенной системы контроля загрязнения воздуха, за счет улавливания туманообразного амина, захваченного дымовым газом, не содержащим CO₂, и с помощью фильтра из водоотталкивающего материала становится возможным дополнительно уменьшить содержание амина в газе, выбрасываемом в атмосферу.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - принципиальная схема системы контроля загрязнения воздуха, содержащая узел извлечения CO₂ в соответствии с первым воплощением.

Фиг. 2 - вид в перспективе секции с фильтрами из водоотталкивающего материала в соответствии с первым воплощением.

Фиг. 3 - вид в продольном разрезе секции с фильтрами из водоотталкивающего материала в соответствии с первым воплощением.

Фиг. 4 - вид в разрезе по линии Х-Х на фиг. 3.

Фиг. 5 - вид в разрезе фильтра из водоотталкивающего материала в соответствии с первым воплощением.

Фиг. 6 - вид в разрезе корпуса с фильтрами в соответствии с первым воплощением.

Фиг. 7 - вид в разрезе другого корпуса с фильтрами в соответствии с первым воплощением.

Фиг. 8 - вид в разрезе другого аспекта, соответствующего фиг. 4. Фиг. 9 - вид в разрезе еще одного корпуса с фильтрами в соответствии с первым воплощением.

Фиг. 10 - схематическое изображение, иллюстрирующее увеличение или уменьшение площади поверхности для прохода газа в фильтре в зависимости от наличия или отсутствия водоотталкивающей способности.

Фиг. 11 - график, иллюстрирующий пример распределения диаметра туманообразующих частиц, содержащихся в выходящем газе из абсорбера CO₂.

Фиг. 12 - график, иллюстрирующий взаимосвязь между скоростью прохождения потока газа через фильтр из водоотталкивающего материала и потерями давления в фильтре.

Фиг. 13 - график, иллюстрирующий взаимосвязь между содержанием SO₃ в газе и потерями давления в фильтре.

Фиг. 14 - принципиальная схема системы контроля загрязнения воздуха, содержащая узел извлечения CO₂ в соответствии со вторым воплощением.

Фиг. 15 - принципиальная схема системы контроля загрязнения воздуха, содержащая узел извлечения CO₂ в соответствии с третьим воплощением.

Фиг. 16 - принципиальная схема системы контроля загрязнения воздуха, содержащая узел извлечения CO₂ в соответствии с четвертым воплощением.

Описание воплощений

Предпочтительные воплощения настоящего изобретения будут более подробно описаны со ссылками на сопровождающие чертежи. Следует отметить, что настоящее изобретение не ограничивается этими воплощениями. Если возможен ряд воплощений, настоящее изобретение включает в себя также воплощение, сконфигурированное путем комбинирования этих воплощений.

Первое воплощение

На фиг. 1 представлена принципиальная схема системы 10А контроля загрязнения воздуха, содержащая узел извлечения CO₂, в соответствии с первым воплощением. Как показано на фиг. 1, система контроля загрязнения воздуха, содержащая узел извлечения CO₂ в соответствии с первым воплощением, представляет собой установку для удаления CO₂, которая обеспечивает извлечение CO₂, содержащийся в дымовом (отходящем) газе, полученном при сжигании угля 11 (здесь и далее упоминаемом как «дымовой газ»), выпускаемом, например, из котла, работающего со сжиганием угля.

Система 10А контроля загрязнения воздуха содержит башенный охладитель 20, который охлаждает дымовой газ 11, узел 30 извлечения CO₂, в котором извлекают CO₂, и устройство 50 для сжатия CO₂, в котором осуществляется сжатие CO₂, извлеченного в узле 30 для извлечения CO₂, так чтобы этот диоксид углерода был газообразным и высокой чистоты. В рассматриваемом воплощении между секцией 34 абсорбции CO₂ и секцией фильтров 36 из водоотталкивающего материала, размещенными в абсорбере 32, расположена первая водопромывочная секция 62А.

В первой водопромывочной секции 62А дымовой газ вступает в контакт газ-жидкость с промывочной водой 63, подаваемой с верхней стороны башни, и часть сжиженного аминового абсорбента и газообразного аминового абсорбента, захваченная дымовым газом 12А, не содержащим CO₂, улавливается перед вводом в секцию 36 с фильтрами из водоотталкивающего материала.

В рассматриваемом воплощении со стороны ниже по ходу движения дымового газа от первой секции 62А водной промывки, установлен туманоуловитель, который представляет собой фильтр из стекловолокна.

Башенный охладитель 20 содержит участок охлаждения 20а, на котором с верхней стороны башенного охладителя впрыскивают охлаждающую воду 21 и приводят охлаждающую воду 21 в противоточный контакт с дымовым газом 11, вводимым из нижней части башенного охладителя. При этом температура газа снижается до предварительно заданной температуры, и охлаждающую воду 21 используют повторно с помощью рециркуляционного трубопровода L₁₁, циркуляционного насоса Р₁₁ и охладителя 22.

Узел 30 извлечения CO₂, в котором удаляется CO₂, содержащийся в дымовом газе 11 после охлаждения, содержит абсорбер CO₂ (здесь и далее упоминаемый как «абсорбер») 32, который улавливает CO₂ посредством приведения дымового газа 11, вводимого от боковой поверхности нижнего конца башни, в противоточный контакт с аминовым абсорбентом (бедный раствор), служащим в качестве абсорбента CO₂, и регенератор абсорбента (здесь и далее упоминается как «регенератор») 33, в котором осуществляется выделение CO₂ из аминового абсорбента (богатый раствор 31а), абсорбировавшего CO₂, и регенерируется аминовый абсорбент. Кроме того, узел 30 удаления CO₂ подает бедный раствор 31b, из которого удален CO₂ в регенераторе 33 абсорбента, в абсорбер CO₂ 32 с тем, чтобы его можно было вновь использовать в качестве аминового абсорбента (бедного раствора).

На фиг. 1 ссылочной позицией L₁ обозначена трубопроводная линия подачи богатого раствора, позицией L₂ - трубопроводная линия подачи бедного раствора, L₃ - линия циркуляции с ребойлером, L₄ - линия отвода газа, L₅ - линия конденсированной воды, L₆ - линия циркуляции промывочной жидкости, Р₅ - циркуляционный насос, ссылочным номером позиции 64 обозначен охладитель и позицией 65 обозначена контактная тарелка с патрубком для прохода газа.

Абсорбер 32 диоксида углерода (CO₂) содержит секцию 34 абсорбции CO₂, в которой содержащийся в дымовом газе CO₂ абсорбируется аминовым абсорбентом (бедным раствором 31b), и секцию 36 фильтров из водоотталкивающего материала, которая расположена со стороны верхнего участка секции 34 абсорбции CO₂ (ниже по ходу движения газа) и улавливает туманообразный аминовый абсорбент, захваченный дымовым газом 12А, не содержащим CO₂.

На фиг. 2 показана секция фильтров из водоотталкивающего материала в соответствии с первым воплощением, вид в перспективе. Фиг. 3 иллюстрирует вид в продольном разрезе секции фильтров из водоотталкивающего материала в соответствии с первым воплощением. На фиг. 4 представлен вид в разрезе по линии Х-Х на фиг. 3. Фиг. 5 - вид в разрезе фильтра из водоотталкивающего материала в соответствии с первым воплощением. Фиг. 6 и фиг. 7 - виды в разрезе вариантов выполнения корпуса с фильтрами в соответствии с первым воплощением.

Как показано на этих фигурах, секция 36 фильтров из водоотталкивающего материала содержит корпус 42 с фильтрами, имеющий камеру S, в которую вводится дымовой газ 12А, не содержащий CO₂, поднимающийся верх из секции 34 абсорбции CO₂, и множество фильтров 43 из водоотталкивающего материала, которые установлены на боковой поверхности 42а корпуса 42 с фильтрами и обеспечивают прохождение вводимого дымового газа 12А, не содержащего CO₂, в направлении, ортогональном направлению восходящего движения газа.

В камеру S ввода газа корпуса 42 с фильтрами поступает дымовой газ 12А, не содержащий CO₂, по меньшей мере, из одного из отверстий 41а, которые выполнены в основании 41 секции фильтров, расположенном ортогонально направлению дымового газа 12А, не содержащего CO₂, поднимающегося вверх из секции 34 абсорбции CO₂.Камера S ввода газа закрыта сверху поверхностью 42 с покрывающего элемента, размещенного на верхнем конце боковой поверхности 42а.

Кроме того, на боковой поверхности 42а корпуса 42 с фильтрами размещено множество фильтров 43 из водоотталкивающего материала, через которые вводимый дымовой газ 12А, не содержащий CO₂, проходит в направлении, ортогональном направлению его восходящего движения. Фильтры 43 из водоотталкивающего материала устанавливают на множество отверстий 42b, выполненных на боковой поверхности 42а корпуса 42 фильтра с использованием внешнего кожуха и уплотнительной прокладки.

Фильтры 43 из водоотталкивающего материала размещают поярусно по высоте боковой поверхности 42а корпуса 42 с фильтрами в соответствии со скоростью потока очищаемого газа, и сконфигурированы для улавливания амина в виде тумана, присутствующего в дымовом газе 12А, не содержащем CO₂, с учетом предварительно заданных потерь давления.

На фиг. 2 позицией W1 обозначена ширина основания 41 секции фильтров, и позицией L1 обозначена длина основания 41 секции фильтров. Указанные ширина и длина имеют размеры, соответствующие внутренним размерам башни абсорбера 32 CO₂.Позицией W2 на фиг. 2 обозначена ширина корпуса 42 фильтров, а позицией L₂ обозначена длина основания 41 секции фильтров. Количество установленных в секции корпусов 42 с фильтрами в настоящем изобретении не ограничивается и может быть надлежащим образом изменено в зависимости от количества подлежащего обработке газа, потерь давления и тому подобного.

Как показано на фиг. 3, в секции 36 фильтров из водоотталкивающего материала, размещенной внутри абсорбционной колонны 32 CO₂, для блокирования сквозного прохождения потока дымового газа 12А, не содержащего CO₂, установлено основание 41 для размещения фильтров. В основании 41 выполнен ряд продолговатых прямоугольных отверстий 41а. В отверстиях 41а размещены корпуса 42 с фильтрами, имеющие, соответственно, прямоугольное поперечное сечение, а на обеих боковых поверхностях 42а корпуса 42 с фильтрами установлено множество фильтров 43 из водоотталкивающего материала.

Фильтр 43 из водоотталкивающего материала размещен так, что его поперечное сечение для прохода газа ортогонально направлению дымового газа 12А, не содержащего CO₂.Кроме того, когда дымовой газ 12А, не содержащий CO₂, проходит через фильтр 43 из водоотталкивающего материала, указанный фильтр 43 из водоотталкивающего материала улавливает туманообразный аминовый абсорбент, захваченный потоком дымового газа, и за счет этого достигается дополнительное снижение содержания амина в выбрасываемом в атмосферу очищенном дымовом газе 12А, не содержащем CO₂.

Кроме того, как показано на фиг. 5, фильтр 43 из водоотталкивающего материала может быть выполнен с возможностью размещения в раме 49. В этом случае фильтр 43 из водоотталкивающего материала установлен в раме 49 в виде чередующихся складок или гофр материала. За счет извилистости большого количества гофр фильтрующая поверхность, через которую проходит дымовой газ 12А, не содержащий CO₂, увеличивается.

В настоящем изобретении предпочтительно, чтобы скорость газового потока (V₁), потока дымового газа 12А, не содержащего CO₂, проходящего вверх из секции 34 абсорбции CO₂, составляла приблизительно 2,5 м/сек (преддочтительный интервал составляет от 2,0 до 3,0 м/сек), а типичная скорость проходящего через фильтр потока газа (V₂) в проходном сечении фильтра 43 из водоотталкивающего материала находилась в интервале приблизительно от 0,3 до 1,2 м/сек (предпочтительный интервал - от 0,5 до 0,8 м/сек). Кроме того, предпочтительно, чтобы потери давления в фильтре 43 из водоотталкивающего материала составляли от 30 мм до 120 мм Н₂О (предпочтительный интервал - от 40 мм до 80 мм Н₂О).

В этой связи в настоящем изобретении для облегчения отвода уловленного тумана фильтр 43 из водоотталкивающего материала размещают так, чтобы его проходное сечение для газа было ориентировано ортогонально по отношению к дымовому газу 12А, не содержащему CO₂ (фильтр 43 из водоотталкивающего материала расположен вертикально). Это обусловлено тем, что при горизонтальном расположении проходного сечения для потока газа по отношению к потоку дымового газа 12А (фильтр 43 из водоотталкивающего материала расположен горизонтально) отвод собранного фильтром тумана является незначительным, потери давления возрастают, и количество обработанного газа уменьшается, что не является желательным.

Кроме того, в настоящем воплощении, помимо полностью вертикального расположения, фильтр 43 из водоотталкивающего материала может быть расположен наклонно так, что противоположные боковые поверхности фильтров образуют сужение, например, в форме крыши.

В рассматриваемом воплощении, как показано на фиг. 6, в качестве сборного устройства, предназначенного для сбора воды, которая стекает вниз вдоль поверхности фильтра, например, со стороны нижнего конца фильтра 43 из водоотталкивающего материала может быть размещен желоб 44 или тому подобный элемент.

Кроме того, в данном воплощении, как показано на фиг. 7, в корпусе 42 с фильтрами со стороны входа газа устанавливают очистное устройство 47 (например, очищающая струя и сопло для очистки) для очистки поверхности фильтра 43 из водоотталкивающего материала с помощью промывочной воды 46. Пыль, прилипшая к поверхности фильтра, может быть удалена промывочной водой 46а, распыляемой из очистного устройства 47. На фиг. 8 представлена схема, соответствующая фиг. 4, которая иллюстрирует положение зоны распыления, образованной распыленной водой 46а внутри камеры.

Кроме того, в данном воплощении, как показано на фиг. 9, в качестве формы корпуса 42 с фильтрами, в котором размещают фильтры 43 из водоотталкивающего материала, может быть использована ступенчатая форма.

В воплощении, иллюстрируемом на фиг. 9, ширина отверстия 41а со стороны ввода газа больше ширины В верхней части корпуса 42 с фильтрами, при этом боковая поверхность 42а имеет ступенчатую форму, а расстояние между боковыми поверхностями, обращенными друг к другу, уменьшается по мере подъема дымового газа 12А, не содержащего CO₂.При этом за счет изменения расстояния между боковыми поверхностями со стороны ввода газа в нижней части корпуса 42 с фильтрами можно обеспечить более равномерное распределение потока (скорости потока) в фильтрах на каждой ступени корпуса.

В настоящем изобретении важно, чтобы фильтр, используемый в секции 36 фильтров, обладал способностью отталкивать воду.

На фиг. 10 представлена схема, демонстрирующая увеличение или уменьшение площади поверхности для прохода газа в фильтре в зависимости от наличия или отсутствия водоотталкивающей способности.

На фиг. 10 с левой стороны иллюстрируется случай использования фильтра из водоотталкивающего материала, а с правой стороны - случай использования водостойкого фильтра (не обладающего способностью водоотгалкивания). На фиг. 10 показано поперечное сечение фильтра, буквенное обозначение t на этой фигуре указывает толщину фильтра, позицией 48 обозначена пленка воды. С правой стороны фильтров, показанных на фиг. 10, находится поверхность, принадлежащая внутреннему объему корпуса 42 с фильтрами, а с левой стороны находится внешняя область.

На фиг. 10 с правой стороны показан используемый водостойкий фильтр. В данном случае его материалом является стеклянное волокно, обладающее низкой способностью водоотталкивания, и влага, захваченная потоком дымового газа 12А, не содержащего CO₂, удерживается на поверхности фильтра и образует водяную пленку 48, перекрывающую на поверхности фильтра проходное сечение для части потока газа, и в результате гидравлические потери давления возрастают. Поэтому использование водостойкого фильтра, обладающего низкой способностью водоотталкивания, не является желательным.

В то же время в случае использования фильтра, показанного на фиг. 10 с левой стороны, обладающего водоотталкивающей способностью, как это имеет место в настоящем изобретении, влага, захваченная потоком дымового газа 12А, не содержащего CO₂, не удерживается на поверхности фильтра и стекает вниз, при этом прохождение соответствующей части газа через фильтр сохраняется. Уменьшение проходного сечения для газа в этом случае является небольшим, потери давления увеличиваются, но в допустимых пределах, и поэтому использование фильтра из водоотталкивающего материала является предпочтительным. Для получения этого эффекта предпочтительно, чтобы фильтр был расположен вертикально, а не с наклоном.

В качестве водоотталкивающего материала фильтра 43 желательно использовать пористую пленку политетрафторэтилена (упоминаемого здесь и далее как ПТФЭ), имеющую высокую водоотталкивающую способность. Средний диаметр пор пористой пленки находится в интервале от приблизительно 0,01 до 10 мкм (предпочтительно от 0,1 до 0,5 мкм). Кроме того, желательно, чтоб угол контакта фильтра с водой 43 из водоотталкивающего материала составлял 60° или более (предпочтительно 90° или более).

Это обусловлено тем, что средний размер туманообразующих частиц, подлежащих улавливанию в устройстве для удаления CO₂, составляет приблизительно 1 мкм. В частности, если в дымовом газе, вводимом в узел извлечения CO₂, присутствует также SO₃, наблюдается явление увеличения рассеиваемого амина с увеличением мелкодисперсного тумана, размер частиц в котором составляет 1 мкм или менее (см. вышеуказанный патентный документ [D4]).

В связи с этим для повышения эффективности улавливания тумана со средним диаметром частиц 1 мкм или менее средний размер пор пористой пленки предпочтительно составляет приблизительно от 0,1 до 0,5 мкм.

Кроме того, вместо фильтра, изготовленного из ПТФЭ, предпочтительно, например, использовать водоотталкивающий фильтр, полученный путем покрытия указанным ПТФЭ полиэтилена, полипропилена и стеклянного волокна, и другой фильтр из водоотталкивающего материала, содержащего фтористую смолу. Указанный фильтр может иметь структуру с повышенной прочностью за счет комбинирования с другим пористым материалом, обеспечивающим низкие потери давления (упрочняющий материал).

На фиг. 11 представлен график, демонстрирующий пример распределения диаметра частиц тумана в выходящем газе из абсорбера CO₂. Из фиг. 11 следует, что туман, присутствующий в дымовом газе, не содержащем CO₂, характеризуется средним диаметром частиц 1 мкм. Следовательно, за счет пропускания дымового газа 12А, не содержащего CO₂ и содержащего амин в туманообразной фазе, через фильтр из водоотталкивающего материала, можно обеспечить улавливание захваченного в виде тумана амина, и тем самым предотвратить его выпуск наружу, за пределы системы.

На фиг. 12 представлен график, иллюстрирующий зависимость скорости прохождения потока газа через фильтр 43 из водоотталкивающего материала от потерь давления в фильтре. Зависимость скорости прохождения потока газа через фильтр 43 из водоотталкивающего материала от гидравлических потерь в фильтре была получена при использовании газа с содержанием SO₃, составляющим 3 ppm (промилле). Из фиг. 12 видно, что при увеличении скорости прохождения газа через фильтр потери давления также соответствующим образом постепенно увеличиваются, но значительного изменения потерь давления не наблюдалось.

Таким образом, могут быть определены скорость прохождения газа через секцию с фильтрами, исходя из количества подлежащего очистке газа, и потери давления.

На фиг. 13 приведен график, иллюстрирующий зависимость концентрации SO₃ в дымовом газе от потерь давления в фильтре.

Поскольку газ в абсорбере 32 CO₂ насыщен влагой, экспериментально определяли, имеются ли какие-либо изменения потерь давления в фильтре в соответствии с изменением концентрации SO₃ в дымовом газе. При этом скорость газового потока составляла 0,35 м/сек.

Как показано на фиг. 13, было установлено отсутствие заметных изменений потерь давления при прохождении потока газа через фильтр, даже если концентрация SO₃ в газе изменялась (от 0,2 до 3 ppm).

Предполагается, что отсутствие заметных изменений потерь давления при прохождении фильтра является результатом освобождения прохода для газа, обусловленного естественным (гравитационным) отеканием собранной туманообразной фракции вдоль поверхности фильтра, выполненного из водоотталкивающего материала.

В описанном выше абсорбере 32 дымовой газ 11, содержащий CO₂, введенный со стороны нижней части колонны, входит в секции 34 абсорбции CO₂ в противоточный контакт с аминовым абсорбентом на основе, например, алканоламина, и содержащийся в дымовом газе CO₂ поглощается аминовым абсорбентом с помощью химической реакции (R-NH₂+H₂O+CO₂→R-NH₃HCO₃).

После удаления CO₂ дымовой газ 12А, не содержащий CO₂, проходит через туманоуловитель 37 и направляется вверх в сторону секцию 36 фильтров из водоотталкивающего материала, и туманообразный аминовый абсорбент удаляется в секции 36 фильтров из водоотталкивающего материала. В туманоуловителе 37 возможно улавливание тумана с частицами большого диаметра, образованными на участке подачи жидкости в абсорбер, однако, например, характеристики улавливания мелкодисперсных частиц, обусловленных SO₃, являются низкими.

В то же время, поскольку секция 36 с фильтрами из водоотталкивающего материала способна улавливать мелкодисперсный туман, концентрация амина, выпускаемого в атмосферу дополнительно уменьшается по сравнению с предшествующим уровнем техники, когда очищенный дымовой газ 12 В, не содержащий CO₂, отводится из колонны абсорбции CO₂ с верха колонны. В настоящем изобретении со стороны верха колонны ниже по потоку от секции 36 фильтров из водоотталкивающего материала, размещен туманоуловитель 38 из проволочной сетки для дополнительного улавливания частиц тумана.

Такое решение направлено на снижение концентрации выбрасываемого амина за счет улавливания тумана с частицами большого диаметра, генерируемыми при вторичном рассеивании части тумана, уловленного в фильтре 43 из водоотталкивающего материала.

Давление богатого раствора 31а после абсорбции CO₂ повышается с помощью насоса P₁ для богатого раствора, установленного на линии L₁ подачи богатого раствора. Затем богатый раствор нагревается в теплообменнике 39 богатого и бедного растворов за счет теплообмена с бедным раствором 31b, регенерированным в регенераторе 33 абсорбента, и направляется в сторону верхней части колонны-регенератора 33 абсорбента.

Богатый раствор 31а, введенный во внутренний объем колонны с верхней стороны 33а колонны-регенератора 33, выделяет большую часть CO₂ за счет нагревания водяным паром, поступающим из нижней части колонны-регенератора 33. Введенный аминовый абсорбент (богатый раствор 31а) становится бедным раствором (аминовым абсорбентом) в результате удаления почти всего CO₂ в процессе его отекания вниз, в нижнюю часть колонны-регенератора 33. Часть бедного раствора 31b нагревается с помощью насыщенного водяного пара 52 в регенеративном нагревателе (ребойлере) 51, установленном на линии L3 циркуляции. Насыщенный водяной пар 52 после нагревания становится сконденсированной водой 53.

В то же время газообразный CO₂ 54, захваченный водяным паром, выделившимся внутри колонны, выпускают из верхней части 33а колонны-регенератора 33.

Затем газообразный CO₂ 54, захваченный водяным паром, отводится через трубопроводную линию L₄ отвода газа, после чего водяной пар конденсируется в конденсаторе 55, установленном на линии L₄ отвода газа, а сконденсированную воду отделяют в барабане-сепараторе 56. Газообразный CO₂, от которого отделена влага, отводят за пределы системы, подвергая дополнительной обработке, в частности, газ подвергают сжатию и удалению, используя для этого ряд компрессоров 57 для сжатия CO₂, установленных на линии L4 выпуска газа. Между компрессорами 57, образующими ряд компрессоров для сжатия CO₂, размещен охладитель 57 для охлаждения сжатого газа.

Сжатый газообразный CO₂ 59, после удаления из системы транспортируют на хранение, например, в формацию породы (геологическое хранение), или используют в качестве CO₂ высокой чистоты.

Сконденсированную воду, отделенную в барабане - сепараторе 56, направляют в верхнюю часть регенератора 33 абсорбента с помощью циркуляционного насоса Р₃ для сконденсированной воды, установленного на линии L₅ подачи сконденсированной воды.

Регенерированный аминовый абсорбент (бедный раствор) направляют в абсорбер 32 диоксида углерода с помощью насоса Р₂ для бедного раствора через трубопроводную линию L2 подачи бедного раствора и осуществляют теплообмен между бедным и богатым растворами в теплообменнике 39.

После этого регенерированный аминовый абсорбент охлаждают до предварительно заданной температуры в охладителе 61, транспортируют и используют в качестве аминового абсорбента (бедный раствор 3lb).

Таким образом, аминовый абсорбент циркулирует по замкнутому контуру циркуляции через абсорбер 32 CO₂ и регенератор 33 раствора абсорбента, и повторно используется в секции 34 абсорбции CO₂ абсорбера 32 CO₂.Следует отметить, что аминовый абсорбент 31, при необходимости, направляется также по линии питания (не показана), и содержащуюся в аминовом абсорбенте термостабильную соль удаляют, если это необходимо, с помощью аппарата для очистки (не показан).

В настоящем изобретении внутри абсорбера 32 CO₂, входящего в состав узла 30 извлечения CO₂, размещена секция 36 фильтров из водоотталкивающего материала, содержащая фильтры 43 из водоотталкивающего материала. За счет ввода дымового газа 12А, не содержащего CO₂, в секцию 36 фильтров из водоотталкивающего материала и побуждения газа проходить через фильтры 43 из водоотталкивающего материала, можно улавливать туманообразный амин, захваченный дымовым газом, не содержащим CO₂. В результате, даже если очищенный дымовой газ 12 В, не содержащий CO₂, выпускают за пределы абсорбера 32, становится возможным дополнительно уменьшить концентрацию амина, выбрасываемого в атмосферу, по сравнению со случаем использования туманоуловителей, в частности, обычного фильтра из стекловолокна.

Кроме того, в настоящем изобретении, поскольку часть аминового абсорбента и газообразного аминового абсорбента удаляют в первой водопромывочной секции 62А перед вводом в секцию 36 фильтров из водоотталкивающего материала, нагрузка в секции 36 фильтров из водоотталкивающего материала уменьшается, и эффективность улавливания туманообразного амина также повышается. Второе воплощение

Далее будет описана система контроля за загрязнением воздуха, содержащая узел извлечения CO₂ в соответствии со вторым воплощением настоящего изобретения. Следует отметить, что компоненты системы, такие же, как и используемые в первом воплощении, обозначены такими же ссылочными номерами позиции, и их описание не будет приведено.

На фиг. 14 представлена принципиальная схема системы контроля загрязнения воздуха, содержащая узел извлечения CO₂ в соответствии со вторым воплощением настоящего изобретения.

Как показано на фиг. 14, система 10 В контроля загрязнения воздуха, содержащая узел 30 извлечения CO₂ в соответствии с рассматриваемым воплощением, снабжена второй водопромывочной секцией 62В, расположенной ниже по ходу движения потока газа от секции 36 фильтров из водоотталкивающего материала в абсорбере 32 CO₂, соответствующем первому воплощению изобретения.

Во второй водопромывочной секции 62В в рассматриваемом воплощении дымовой газ входит контакт по типу газ-жидкость с промывочной водой 63, подаваемой со стороны верха колонны, сжиженный аминовый абсорбент и газообразный аминовый абсорбент, захваченные дымовым газом 12А, не содержащим CO₂, удаляются после их улавливания в секции 36 фильтров из водоотталкивающего материала. Позицией Р₆ на фиг. 14 показан циркуляционный насос, позицией 66 показан охладитель, и позицией L7 показана линия циркуляции промывочной жидкости.

Размещение второй водопромывочной секции 62В в данном воплощении со стороны ниже по потоку от секции 36 фильтров из водоотталкивающего материала позволяет дополнительно уменьшить концентрацию выбрасываемого амина, по сравнению с первым воплощением, за счет улавливания вторично рассеянных аминовых компонентов, испаренных из тумана, уловленного фильтр 43 из водоотталкивающего материала.

Третье воплощение

Далее будет описана система контроля за загрязнением воздуха, содержащая узел удаления CO₂, в соответствии с третьим воплощением настоящего изобретения. Следует отметить, что компоненты системы, такие же, как и используемые в первом и втором воплощениях, обозначены такими же ссылочными номерами позиции, и их описание не будет приведено.

На фиг. 15 представлена принципиальная схема системы контроля загрязнения воздуха, содержащая узел извлечения CO₂ в соответствии с третьим воплощением настоящего изобретения.

Как показано на фиг. 15, система 10С контроля загрязнения воздуха, содержащая узел 30 извлечения CO₂ в соответствии с настоящим изобретением, снабжена второй водопромывочной секцией 62В, размещенной со стороны ниже по ходу движения газового потока от секции 36 фильтров из водоотталкивающего материала в абсорбере 32 CO₂, соответствующем первому воплощению изобретения.

В рассматриваемом воплощении становится возможным дополнительно уменьшить концентрацию выбрасываемого амина, по сравнению с первым воплощением, за счет улавливания вторично рассеянного тумана из фильтра 43 из водоотталкивающего материала и аминовых компонентов, генерируемых за счет испарения тумана, уловленного в фильтре 43 из водоотталкивающего материала во второй водопромывочной секции 62В.

Четвертое воплощение

Далее будет описана система контроля за загрязнением воздуха, содержащая узел извлечения CO₂, в соответствии с четвертым воплощением настоящего изобретения. Компоненты, такие же, как и используемые в первом, втором и третьем воплощениях, обозначены такими же ссылочными номерами позиции, и их описание не будет приведено.

На фиг. 16 представлена принципиальная схема системы контроля загрязнения воздуха, содержащая узел извлечения CO₂ в соответствии с четвертым воплощением настоящего изобретения.

Как показано на фиг. 16, в системе 10D контроля загрязнения воздуха, содержащей узел 30 извлечения CO₂ в соответствии с настоящим изобретением, секция 36 фильтров из водоотталкивающего материала и вторая водопромывочная секция 62В, установленные в абсорбере 32 CO₂, соответствующем второму воплощению, в рассматриваемом четвертом воплощении размещены в башне 70 газоочистки, которая расположена отдельно от абсорбера 32.

Такая конфигурация позволяет избежать увеличения высоты вертикально расположенного абсорбера 32 CO₂.

Кроме того, при использовании обычного абсорбера 32 CO₂ и за счет использования отдельной дополнительной водопромывочной колонны 70, в которой размещены секция 36 фильтров из водоотталкивающего материала и вторая водопромывочная секция 62В согласно рассматриваемому воплощению, можно дополнительно уменьшить концентрацию выбрасываемого амина без осуществления значительной модификации.

Следует отметить, что даже в первом, втором и третьем воплощениях секция 36 фильтров из водоотталкивающего материала может быть размещена в колонне 70 газоочистки, размещенной вне абсорбера 32 CO₂.

Примеры

Приведенные ниже примеры иллюстрируют эффекты, достигаемые настоящим изобретением. Однако настоящее изобретение не ограничено этими примерами.

В устройстве для улавливания тумана согласно примеру 1 в первой ступени был установлен фильтр из стеклянного волокна (GS), секция 36 фильтров из водоотталкивающего материала была установлена во второй ступени со стороны ниже по ходу движения газового потока, и в третьей ступени ниже по ходу движения газового потока был размещен туманоуловитель из проволочной сетки (MD).

В примере 2 в первой ступени устройства для улавливания тумана был установлен туманоуловитель из стеклянного волокна (GD), во второй ступени со стороны ниже по ходу движения газового потока была размещена секция 36 фильтров из водоотталкивающего материала, и в третьей ступени ниже по ходу движения газового потока был размещен туманоуловитель из стеклянного волокна (GD).

В устройстве для улавливания тумана в сравнительном примере 1 в первой ступени был установлен туманоуловитель из стеклянного волокна (GD), а во второй ступени ниже по ходу движения газового потока был размещен туманоуловитель из проволочной сетки (MD).

В сравнительном примере 2 в первой ступени устройства для удаления тумана был установлен туманоуловитель из стеклянного волокна (GD), во второй ступени ниже по ходу движения газового потока был размещен туманоуловитель из проволочной сетки (MD), и в третьей ступени ниже по ходу движения газового потока был размещен туманоуловитель из стеклянного волокна (GD).

В устройстве для удаления тумана в сравнительном примере 3 в первой ступени был установлен туманоуловитель из стеклянного волокна (GD), во второй ступени ниже по ходу движения газового потока был размещен фильтр из водостойкого материала, и в третьей ступени ниже по ходу движения газового потока был размещен туманоуловитель из проволочной сетки (MD).

Концентрация выбрасываемого амина была измерена в условиях, в которых концентрация SO₃ в туманообразной фазе, присутствующей в газе, была установлена в пределах от 1 ppm до 3 ppm. Результате измерений приведены в таблице 1.

Как показано в таблице 1, в сравнительном примере 1 из уровня техники, когда концентрация SO₃ в туманообразной фазе составляла 1 ppm, концентрация амина на выходе из абсорбера составляла 20 ppm. В сравнительном примере 1, когда концентрация SO₃ в туманообразной фазе составляла 3 ppm, концентрация амина на выходе из абсорбера составляла 37 ppm.

В сравнительном примере 2, когда концентрация SO₃ в туманообразной фазе составляла 1 ppm, даже в том случае, в котором в третьей ступени был установлен туманоуловитель из стеклянного волокна (GD), концентрация амина на выходе из абсорбера была понижена только до 2 ppm.

Кроме того, в сравнительном примере 2, когда концентрация SO₃ в туманообразной фазе составляла 3 ppm, даже в том случае, в котором в третьей ступени был установлен туманоуловитель из стеклянного волокна (GD), концентрация амина на выходе из абсорбера была понижена только до 7 ppm.

В то же время в примере 1, в случае, когда фильтр из водоотталкивающего материала был установлен во второй ступени, а туменоуловитель из проволочной сетки (MD) был установлен в третьей ступени, если концентрация SO₃ в туманообразной фазе составляла 1 ppm, концентрация амина на выходе из абсорбера была понижена в значительной степени, до 0,7 ppm. В том случае, если концентрация SO₃ в туманообразной фазе составляла 3 ppm, концентрация амина на выходе из абсорбера была понижена в значительной степени, до 1,0 ppm.

В примере 1, в случае, когда фильтр из водоотталкивающего материала был установлен во второй ступени, а туманоуловитель из стеклянного волокна (GD) был установлен в третьей ступени, если концентрация SO₃ в туманообразной фазе составляла 1 ppm, на выходе из абсорбера концентрация амина была снижена еще в большей степени, до 0,15 ppm. Кроме того, если концентрация SO₃ в туманообразной фазе составляла 3 ppm, концентрация амина на выходе из абсорбера была значительно снижена, до 0,3 ppm.

В сравнительном примере 3 в случае использования фильтра из водостойкого материала потери давления в фильтре увеличились, и проведение измерений было невозможным.

Таким образом, при использовании фильтра из водоотталкивающего материала в настоящем изобретении экспериментально была установлена возможность улавливания туманоообразного амина, захваченного дымовым газом, содержащим CO₂, и дополнительного снижения концентрации амина, выбрасываемого в атмосферу.

Перечень ссылочных номеров позиций

(10А-10D) - система контроля загрязнения воздуха

11 - дымовой газ, полученный при сжигании угля (дымовой газ)

12А - дымовой газ, не содержащий CO₂

12В - дымовой газ, очищенный от CO₂

20 - башенный охладитель

30 - узел извлечения CO₂

32 - абсорбер CO₂

33 - регенератор абсорбента

34 - секция абсорбции CO₂

36 - секция с фильтрами из водоотталкивающего материала

41 - основание секции фильтров

42 - корпус для фильтров

43 - фильтр из водоотталкивающего материала

44 - желоб

46 - промывочная вода

47 - устройство для промывки

50 - компрессор для сжатия CO₂

62А - первая водопромывочная секция

62В - вторая водопромывочная секция

Изобретение относится к системе контроля загрязнения воздуха. Система содержит узел извлечения СО₂, в состав которого входят абсорбер СО₂, в котором удаляется СО₂, содержащийся в дымовом газе, выходящем из котла, с помощью аминового абсорбента, и регенератор абсорбента, в котором осуществляется регенерация абсорбента, при этом абсорбер СО₂ оборудован секцией абсорбции СО₂, в которой осуществляется абсорбция СО₂, содержащегося в дымовом газе, с помощью аминового абсорбента, и секцией фильтров из водоотталкивающего материала, которая размещена со стороны ниже по ходу движения дымового газа от секции абсорбции СО₂ и улавливает туманообразный аминовый абсорбент, захваченный дымовым газом, не содержащим СО₂, при этом секция фильтров из водоотталкивающего материала содержит корпус для фильтров, содержащий камеру для ввода газа, в которую из секции абсорбции СО₂ поднимаются дымовые газы, не содержащие CO₂, и множество фильтров из водоотталкивающего материала, установленных на боковой поверхности корпуса фильтров, чтобы обеспечить прохождение вводимого дымового газа, не содержащего СО₂, через указанные фильтры в направлении ортогональном направлению течения газа. Изобретение обеспечивает уменьшение уноса аминового абсорбента при выпуске дымового газа, из которого удаляют СО₂, за пределы системы. 5 з.п. ф-лы, 16 ил., 1 табл.

1. Система контроля загрязнения воздуха, содержащая узел извлечения СО₂, в состав которого входят абсорбер СО₂, в котором удаляется СО₂, содержащийся в дымовом газе, выходящем из котла, с помощью аминового абсорбента, и регенератор абсорбента, в котором осуществляется регенерация абсорбента,
при этом абсорбер СО₂ оборудован секцией абсорбции СО₂, в которой осуществляется абсорбция СО₂, содержащегося в дымовом газе, с помощью аминового абсорбента, и
секцией фильтров из водоотталкивающего материала, которая размещена со стороны ниже по ходу движения дымового газа от секции абсорбции СО₂ и улавливает туманообразный аминовый абсорбент, захваченный дымовым газом, не содержащим СО₂,
при этом секция фильтров из водоотталкивающего материала содержит корпус для фильтров, содержащий камеру для ввода газа, в которую из секции абсорбции СО₂ поднимаются дымовые газы, не содержащие CO₂, и
множество фильтров из водоотталкивающего материала, установленных на боковой поверхности корпуса фильтров, чтобы обеспечить прохождение вводимого дымового газа, не содержащего СО₂, через указанные фильтры в направлении, ортогональном направлению течения газа.

2. Система контроля загрязнения воздуха по п. 1, в которой в корпусе с фильтрами размещено очистное устройство, предназначенное для очистки поверхности фильтра из водоотталкивающего материала со стороны входа газа.

3. Система контроля загрязнения воздуха по п. 1 или 2, в которой со стороны нижнего конца фильтра, выполненного из водоотталкивающего материала, размещен элемент, служащий для сбора воды, стекающей вниз вдоль поверхности фильтра.

4. Система контроля загрязнения воздуха по п. 1, в которой секция фильтров из водоотталкивающего материала размещена полностью в абсорбере СО₂.

5. Система контроля загрязнения воздуха по п. 1, в которой секция фильтров из водоотталкивающего материала размещена отдельно от абсорбера СО₂.

6. Система контроля загрязнения воздуха по п. 1, в которой с одной или с обеих сторон, со стороны выше по потоку или стороны ниже по потоку, от секции фильтров из водоотталкивающего материала размещена водопромывочная секция.