ОТДЕЛИТЕЛЬ ДЛЯ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА, СПОСОБ ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИИ И ОТДЕЛИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ Российский патент 2017 года по МПК B01D53/14 

Изобретение относится к отделителю для диоксида углерода, содержащегося, в частности, в дымовом газе электростанции, работающей на ископаемом топливе, и к способу эксплуатации такого отделителя. Также изобретение относится к отделительному узлу для отделения солей из промывочного раствора.

В энергетической установке на ископаемом топливе, служащей для генерации электрической энергии, в результате сжигания ископаемого топлива образуется дымовой газ с содержанием диоксида углерода. Помимо диоксида углерода в дымовом газе содержатся также другие продукты сгорания, например, газы: диоксид серы и диоксид азота, а также твердотельные частицы, пыль и сажа. Обычно после существенного улавливания твердотельных компонентов дымовой газ выбрасывается в атмосферу.

Однако антропогенное повышение доли диоксида углерода в атмосфере Земли является основной причиной повышения температур на ее поверхности, которое обозначается, как изменение климата. Присутствующий в атмосфере диоксид углерода препятствует, в частности, излучению тепла с поверхности Земли в космос, что общеизвестно как парниковый эффект.

В этой связи на существующих энергетических установках рассматриваются соответствующие вторичные меры по выведению диоксида углерода из дымового газа после процесса горения. В качестве технической возможности отделения диоксида углерода из дымового газа после процесса сжигания (Post Combustion Capture) является приведение дымового газа в контакт с промывочным раствором, в который добавлен соответствующий абсорбент для диоксида углерода. В этом случае диоксид углерода вымывается из дымового газа.

При проведении традиционного процесса абсорбции/десорбции дымовой газ приводят в абсорбционном узле в контакт с промывочным раствором, при котором, в частности, диоксид углерода абсорбируется или обратимо связывается. Очищенный при этом дымовой газ выпускается из абсорбционного узла, в то время как насыщенный диоксидом углерода промывочный раствор направляется в десорбционный узел для отделения диоксида углерода и восстановления промывочного раствора. Здесь проводится обычно термическое отделение, т.е. диоксид углерода десорбируют путем подвода тепла. Затем диоксид углерода, например, в несколько стадий сжимают и охлаждают, после этого подают на хранение или утилизацию. Восстановленный промывочный раствор отводится обратно в абсорбционный узел, где он снова может быть использован для абсорбции диоксида углерода.

В рамках такого процесса абсорбции/десорбции применяется обычно химическая абсорбция с помощью основного промывочного раствора. При этой абсорбции кислые компоненты дымового газа вступают в реакцию с содержащимся в промывочном растворе основным абсорбентом. Наиболее перспективными представляются в настоящее время содержащие амин абсорбенты, причем в качестве аминов применяются, в частности, алканоламины, но также и более сложные пространственно-затрудненные амины с большими алкильными группами, циклические амины, аминокислоты или соли последних. Применяемые амины образуют с диоксидом углерода либо карбаматы, либо диоксид углерода реагирует в промывочном растворе косвенно с образованием гидрокарбоната и протонированного амина.

Нежелательным образом в содержащем амин промывочном растворе наряду с диоксидом углерода абсорбируются также кислые газы, в частности, оксиды азота и/или оксиды серы. Однако иначе чем диоксид углерода образуют другие газы с содержащими амин абсорбентами в числе прочего температуростойкие соли (Heat Stable Salts “HSS”), которые в десорбционном узле не могут более принять свой прежний вид. Такие температуростойкие соли в процессе эксплуатации постепенно снижают из-за вызванного уменьшения концентрации аминов способность промывочного раствора к поглощению диоксида углерода. Кроме того, при известных условиях они способствуют развитию коррозии и отрицательно влияют на текучесть промывочного раствора.

Поэтому первой задачей изобретения является создание отделителя диоксида углерода, содержащегося, в частности, в дымовом газе электростанции, работающей на ископаемом топливе, который позволил бы отделять соли из промывочного раствора.

Второй задачей является создание способа отделения диоксида углерода, в частности, из дымового газа электростанции на ископаемом топливе, посредством которого возможно отделение солей из промывочного раствора.

Третья задача изобретения состоит в создании отделительного узла для отделения солей из промывочного раствора.

Согласно изобретению первая задача решается посредством признаков пункта 1 формулы изобретения. Оптимальные варианты выполнения и варианты развития изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения и последующем описании.

В соответствии с этим отделитель диоксида углерода согласно изобретению, содержащегося, в частности, в дымовом газе электростанции на ископаемом топливе, содержит абсорбционный узел, соответствующий ему десорбционный узел и отделительный узел для отделения солей из промывочного раствора. Абсорбционный и десорбционный узлы соединены между собой через первый трубопровод для восстановленного промывочного раствора и второй трубопровод для насыщенного промывочного раствора. Отделительный узел включает в себя кристаллизатор для образования кристаллов солей и расположенный на стороне стекающего потока первый сепарационный узел для отделения кристаллов солей.

В основе изобретения лежит идея о том, что соли, образовавшиеся при реакции нейтрализации содержащего амин промывочного раствора кислыми компонентами дымового газа, не могут быть снова приведены в исходное состояние, и они снижают способность промывочного раствора к поглощению диоксида углерода. Также в основе изобретения лежит идея о кристаллизации солей в промывочном растворе. В этом случае кристаллизованные соли могут быть относительно просто выведены в виде твердых веществ из промывочного раствора. Поэтому изобретением предусмотрена подача промывочного раствора в отделительный узел, в котором содержащиеся в промывочном растворе соли кристаллизуются с помощью кристаллизатора и образовавшиеся кристаллы солей выводятся из промывочного раствора посредством сепарационного узла. Это позволяет отделять содержащиеся в промывочном растворе соли и, следовательно, упрощает подготовку промывочного раствора.

Абсорбционный узел служит для абсорбции диоксида углерода промывочным раствором, десорбционный узел - для десорбции диоксида углерода. Первый трубопровод сообщает десорбционный узел с абсорбционным узлом и подает восстановленный промывочный раствор. Второй трубопровод сообщает абсорбционный узел с десорбционным узлом и подает насыщенный промывочный раствор. Для отделения солей отделительный узел может быть встроен непосредственно в отделитель. Однако также возможно отбирать промывочный раствор из отделителя, отдельно подавать в отделительный узел и после отделения солей снова использовать в отделителе.

Образование затравок и рост кристаллов солей происходят по существу в кристаллизаторе. При этом перенасыщение выступает движущим фактором кристаллизации. Наряду с испарением промывочного раствора может происходить его перенасыщение, в частности, в результате его охлаждения. При соответственно низкой температуре растворимость солей в промывочном растворе снижается и подлежащие кристаллизации соли приводятся в перенасыщенное состояние. Этим достигается образование кристаллов солей.

Предпочтительно применяется кристаллизатор для непрерывной кристаллизации, т.е. кристаллизатор непрерывного действия. Кристаллизатор может содержать в себе, например, мешалку или циркуляционный насос или устройство нагрева и/или охлаждения. При этом основное назначение мешалки или циркуляционного насоса состоит по возможности в равномерном распределении суспензии и в примешивании промывочного раствора, поступающего из десорбционного узла. Устройство для охлаждения может служить, в частности, для снижения температуры промывочного раствора.

Размер кристаллов солей регулируется, а частности, посредством локального и среднего перенасыщения, а также посредством распределения и продолжительности выдержки кристаллов солей в перенасыщенном растворе. В промывочном растворе могут содержаться, в частности, небольшие, средние и крупные кристаллы солей, причем такое распределение объясняется соотношением кристаллов солей между собой. Другими словами, небольшие кристаллы солей меньше средних кристаллов солей, а средние кристаллы солей, в свою очередь, меньше крупных кристаллов солей.

Первый сепарационный узел расположен в аэрогидродинамическом отношении за кристаллизатором и выполнен с возможностью отделения образовавшихся кристаллов солей из промывочного раствора. Кристаллы солей, отделенные первым сепарационным узлом, направляются на складирование, удаление или утилизацию. В качестве альтернативы, в частности, небольшие и средние кристаллы солей могут снова направляться полностью или частично в кристаллизатор для поддержания соответствующей концентрации твердого вещества в кристаллизаторе, что положительно сказывается на его производительности. Промывочная жидкость, в которой возможно не содержатся более кристаллы солей, поступает или подается в абсорбционный узел.

Указанный отделитель имеет то преимущество, что с его помощью могут быть отделены соли из промывочного раствора. Благодаря отделителю растворенные в промывочном растворе соли выкристаллизовываются и таким образом присутствуют в виде твердых тел в промывочном растворе, в результате чего они могут затем отделяться из промывочного раствора в первом сепарационном узле посредством относительно простого разделения на твердую и жидкую фазы.

Содержащийся в насыщенном промывочном растворе диоксид углерода способствует растворимости солей в промывочном растворе и, следовательно, затрудняет кристаллизацию солей в нем. Поэтому восстановленный промывочный раствор предпочтительно подается из десорбционного узла в отделительный узел.

Таким образом отделительный узел предпочтительно присоединен к первому трубопроводу. При этом первый трубопровод сообщает десорбционный узел с отделительным узлом, а его, в свою очередь, - с абсорбционным узлом. Таким образом отделительный узел непосредственно соединен с циркуляционным контуром промывочного раствора на участке между абсорбционным и десорбционным узлами.

Согласно предпочтительному варианту выполнения кристаллизатор содержит кристаллизационную камеру для образования кристаллов солей и сортировочное устройство для разделения кристаллов солей по их размеру. При этом кристаллизационная камера состоит по существу из цилиндрической емкости, в которой находятся промывочный раствор и выращиваемые кристаллы солей. В сортировочном устройстве происходит разделение кристаллов солей по их размеру. При этом крупные кристаллы солей отделяют в значительной степени от средних и небольших кристаллов. В результате разделения упрощается прежде всего целевой отбор крупных кристаллов солей, которые проще отделить из промывочного раствора, а небольшие и средние кристаллы солей могут и дальше оставаться в кристаллизационной камере для дальнейшего роста. Предпочтительно восстановленный промывочный раствор до того, как его направят в кристаллизатор отделительного узла, доводят, например, в теплообменнике до более низкой температуры, в частности, до 10-15°C. Этим обеспечивают или способствуют образованию кристаллов солей.

Целесообразно сортировочное устройство выполнено в виде противоточного классификатора. При этом сортировочное устройство приформовано к напольной стороне кристаллизационной камеры и содержит в свою очередь корпус в виде по существу полого цилиндра с воронкообразно сужающимся днищем. На боковой поверхности корпуса в виде полого цилиндра выполнено в нижней части вблизи днища впускное отверстие, через которое поступает противоток, протекающий через корпус в виде полого цилиндра в направлении от впускного отверстия вверх к кристаллизационной камере. Для разделения кристаллов солей по их размеру используются при этом разные скорости оседания кристаллов солей разной величины, причем скорость оседания крупных кристаллов солей превышает скорость оседания средних и небольших кристаллов солей. Кристаллы солей, скорость оседания которых меньше скорости противотока, перемещаются этим потоком вверх в направлении к кристаллизационной камере. Кристаллы солей с повышенной скоростью оседания перемещаются через тело в виде полого цилиндра вниз и собираются на дне сортировочного устройства. При этом скорость противотока задается такой, чтобы она была меньше скорости оседания крупных кристаллов солей, но больше скорости оседания средних и небольших кристаллов солей. В результате на дне сортировочного устройства собираются по существу крупные кристаллы солей, которые затем могут оттуда удаляться.

К кристаллизационной камере присоединен предпочтительно первый ответвительный трубопровод, через который второй сепарационный узел заходит в противоточный классификатор. Первый ответвительный трубопровод предназначен для отбора промывочного раствора из кристаллизационной камеры и подачи его во второй сепарационный узел и расположенный за ним противоточный классификатор. При этом второй сепарационный узел выполнен с возможностью удержания, в частности, крупных и средних кристаллов солей, содержащихся в промывочном растворе. Эти задержанные кристаллы солей снова подаются в кристаллизационную камеру для поддержания соответствующей концентрации твердого веществ в промывочном растворе, что положительно сказывается на производительности кристаллизатора. Промывочный раствор, содержащий по существу только небольшие кристаллы солей, из второго сепарационного узла поступает по первому ответвительному трубопроводу во впускное отверстие противоточного классификатора, в котором он служит противотоком.

Целесообразно, чтобы второй сепарационный узел был выполнен в виде фильтра. При этом он может быть, в частности, непрерывно работающим фильтром, например, кромочно-щелевым. В качестве альтернативы второй сепарационный узел может быть также выполнен в виде гидроциклона или сепаратора.

Согласно оптимальному варианту выполнения первый сепарационный узел содержит центрифугу, которой может быть, в частности, фильтрующая центрифуга. Последняя отделяет, в частности, крупные солевые частицы из промывочного раствора. Кроме того, первый сепарационный узел может содержать еще один фильтр, которым вероятно все еще содержащиеся средние и небольшие кристаллы солей отделяются из промывочного раствора. Вместо комбинации из фильтрующей центрифуги и фильтра также, в частности, возможно, чтобы первый сепарационный узел содержал, например, фильтрующую шнековую центрифугу, которая объединяет в себе обе функции.

Согласно предпочтительному варианту выполнения к кристаллизатору присоединен второй ответвительный трубопровод, который через измельчительное устройство снова подведен к кристаллизатору. Таким образом, из кристаллизатора по второму ответвительному трубопроводу отбирается промывочный раствор непрерывно или периодически, а содержащиеся в нем кристаллы солей могут измельчаться в измельчительном устройстве, например, в мельнице или диспергаторе. Второй ответвительный трубопровод выполнен с возможностью подачи измельченных кристаллов солей вместе с промывочным раствором затем снова в кристаллизатор. Таким образом, в кристаллизатор поступает больше небольших кристаллов солей, которые могут расти, в результате чего увеличивается производительность кристаллизатора.

Предпочтительно в отделительном узле предусмотрено первое подающее устройство для затравочных кристаллов. Затравочные кристаллы могут вводиться в промывочный раствор внутри кристаллизатора. Здесь они растут в результате кристаллизации.

Предпочтительно в отделительном узле предусмотрено второе подающее устройство для основания, в частности, гидроксида калия. За счет добавки основания в промывочный раствор возможно улавливание протонов, образующихся вследствие абсорбции кислых газов и образования солей.

За первым сепарационным узлом располагается предпочтительно буферный фильтр. Буферным фильтром могут задерживаться кристаллы солей, которые не были отделены в первом сепарационном узле.

Вторая задача изобретения решается согласно изобретению за счет признаков пункта 9 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения и варианты развития изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения и в последующем описании.

В соответствии со способом отделения диоксида углерода согласно изобретению, содержащегося, в частности, в дымовом газе электростанции на ископаемом топливе, насыщенный промывочный раствор подается из абсорбционного узла в десорбционный узел, а восстановленный промывочный раствор - из десорбционного узла в абсорбционный узел. При этом промывочный раствор поступает в отделительный узел, в котором в промывочном растворе с помощью кристаллизатора образуются кристаллы солей, которые отделяются с помощью сепарационного узла, расположенного на стороне стекающего потока.

Предпочтительно восстановленный промывочный раствор подготавливают с помощью отделительного узла.

В абсорбционном узле промывочный раствор концентрируют путем абсорбции диоксида углерода. Насыщенный при этом промывочный раствор поступает по трубопроводу в десорбционный узел. Здесь происходит десорбция диоксида углерода и восстановленный таким способом промывочный раствор предпочтительно подается в отделительный узел и затем в абсорбционный узел.

По существу образование зародышей и рост кристаллов солей происходят в предпочтительно работающем непрерывно кристаллизаторе, в котором равномерно распределяется суспензия, состоящая из промывочного раствора и кристаллов солей, и примешивается вновь подведенный промывочный раствор.

Размер кристаллов солей задается, в частности, путем локального и среднего перенасыщения, а также путем распределения кристаллов и их времени выдержки в перенасыщенном растворе. В промывочном растворе присутствуют, в частности, небольшие, средние и крупные кристаллы солей. Такое разделение объясняется соотношением кристаллов солей между собой, т.е. небольшие кристаллы солей меньше средних кристаллов солей, а средние кристаллы солей, в свою очередь, меньше крупных кристаллов солей.

С помощью расположенного аэрогидродинамическим способом за кристаллизатором сепарационного узла образовавшиеся кристаллы солей отделяются из промывочного раствора. Для этого отбирается содержащий, в частности, крупные кристаллы солей промывочный раствор из кристаллизатора и подается в сепарационный узел. Кристаллы солей, отделенные в сепарационном узле, поступают на хранение, удаление или утилизацию. В качестве альтернативы, в частности, средние и небольшие кристаллы солей могут быть снова поданы полностью или частично в кристаллизатор для поддержания соответствующей концентрации твердого тела в кристаллизаторе, что положительно влияет на производительность кристаллизатора. В кристаллизаторе такие средние и небольшие кристаллы солей продолжают расти. Промывочный раствор, в котором по возможности более не присутствуют кристаллы солей, поступает в абсорбционный узел.

Описанный способ обладает преимуществом, которое состоит в том, что с его помощью могут быть отделены соли из промывочного раствора. С помощью этого способа могут быть выкристаллизованы растворенные в промывочном растворе соли и отделены в виде твердого тела из промывочного раствора посредством относительно простого разделения на твердую и жидкую фазы.

Предпочтительно во время проведения способа кристаллы солей образуются в кристаллизационной камере кристаллизатора и разделяются по размеру в сортировочном устройстве кристаллизатора. В кристаллизационной камере находится промывочный раствор с растущими кристаллами соли. В сортировочном устройстве производится разделение кристаллов солей по их размеру. При этом крупные кристаллы солей, которые легче отделяются из промывочного раствора, отделяют в значительной степени от средних и небольших кристаллов солей. В результате такого разделения могут целенаправленно отбираться прежде всего крупные кристаллы солей, при этом средние и небольшие кристаллы остаются в кристаллизационной камере и продолжают расти. Предпочтительно восстановленный промывочный раствор, до того, как он поступит в кристаллизатор отделительного узла, доводится до низкой температуры, в частности, до 10-15°C. При такой низкой температуре растворимость солей в промывочном растворе снижается и выкристаллизованные соли перенасыщаются. В результате становится возможным или оказывается содействие образованию кристаллов.

Целесообразно, чтобы кристаллы солей разделялись по их размеру с помощью противотока. Для этого через сортировочное устройство пропускают противоток встречно направлению оседания кристаллов солей. При этом скорость противотока задается такой, чтобы она была меньше скорости оседания крупных кристаллов солей, но больше скорости оседания средних и небольших кристаллов солей. Средние и небольшие кристаллы солей, скорость оседания которых меньше скорости противотока, перемещаются этим противотоком вверх в направлении к кристаллизационной камере. Крупные кристаллы солей, скорость оседания которых больше скорости противотока, оседают вниз и собираются на дне сортировочного устройства. В результате на дне сортировочного устройства собираются по существу крупные кристаллы солей, которые затем отводятся.

Предпочтительно из кристаллизационной камеры отводится первый частичный поток промывочного раствора, при этом содержащиеся в первом частичном потоке кристаллы солей отделяются, причем первый частичный поток подается в классификатор в виде противотока. При этом отделяют после отбора из кристаллизационной камеры сначала, в частности, крупные и средние кристаллы солей, находящиеся в отобранном промывочном растворе. Эти кристаллы солей снова подают в кристаллизационную камеру, в которой они продолжают расти. Частичный поток, содержащий по существу лишь небольшие кристаллы солей, подается затем в виде противотока в сортировочное устройство.

Целесообразно, чтобы для отделения кристаллов солей из первого частичного потока проводилась фильтрация, при которой из первого частичного потока отделяются крупные и средние кристаллы солей. Эти отделенные крупные и средние кристаллы солей снова поступают в кристаллизатор для продолжения их роста.

Для отделения кристаллов солей посредством сепарационного узла целесообразно проводить центрифугирование. Для этого солевые частицы отделяют из промывочного раствора по существу с помощью вращающегося барабана с использованием центробежной силы. Факультативно промывочный раствор может быть затем отфильтрован по возможности полностью для отделения возможно содержащихся в нем солевых частиц. Предпочтительно из кристаллизатора отводят второй частичный поток промывочного раствора, содержащиеся во втором частичном потоке кристаллы солей измельчают и второй частичный поток обратно подают в кристаллизатор. Этот процесс может быть непрерывным или периодическим. Таким образом, в кристаллизатор поступает больше небольших кристаллов солей, которые могут продолжать расти, в результате чего производительность кристаллизатора повышается.

Предпочтительно в промывочный раствор внутри кристаллизатора добавляются затравочные кристаллы, которые в кристаллизаторе продолжают расти.

Предпочтительно в промывочный раствор добавляется основание, в частности, гидроксид калия. В результате добавки основания могут быть уловлены протоны, образующиеся вследствие абсорбции кислых газов и образования солей.

Промывочный раствор может быть предпочтительно отфильтрован после прохождения через сепарационный узел. В результате могут быть задержаны кристаллы солей, которые не были отделены в первом сепарационном узле.

Третья задача решается согласно изобретению посредством признаков пункта 16 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения и варианты развития изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения и нижеследующем описании.

В соответствии с этим отделительный узел для отделения солей из промывочного раствора согласно изобретению содержит кристаллизатор и расположенный на стороне стекающего потока первый сепарационный узел для отделения кристаллов солей. Кристаллизатор содержит кристаллизационную камеру для образования кристаллов солей и противоточный классификатор для разделения кристаллов солей по их размеру. К кристаллизационной камере присоединен первый ответвительный трубопровод, который через второй сепарационный узел заходит в противоточный классификатор.

В качестве промывочного раствора применяется восстановленный промывочный раствор, предназначенный для отделения диоксида углерода, содержащегося, в частности, в дымовом газе электростанции на ископаемом топливе. Из промывочного раствора диоксид углерода уже досорбирован. Этот промывочный раствор поступает в отделительный узел.

Размер кристаллов солей может задаваться, в частности, с помощью локального или среднего перенасыщения, а также с помощью распределения и времени выдержки кристаллов солей в перенасыщенном промывочном растворе. В промывочном растворе могут содержаться, в частности, небольшие, средние и крупные кристаллы солей, при этом такое разделение объясняется соответственно соотношением кристаллов солей между собой. Другими словами, небольшие кристаллы солей меньше средних кристаллов солей, средние кристаллы солей меньше, в свою очередь, крупных кристаллов солей.

По существу образование зародышей и рост кристаллов солей происходят в кристаллизаторе, в котором суспензия, состоящая из промывочного раствора и кристаллов солей, распределена, в частности, равномерно и в которую примешан вновь подведенный промывочный раствор.

Применяется предпочтительно кристаллизатор для непрерывной кристаллизации, т.е. предназначенный для непрерывного режима работы. Кристаллизатор может содержать, например, мешалку или циркуляционный насос и устройство для нагрева и/или охлаждения. При этом основное назначение мешалки или циркуляционного насоса состоит по возможности в равномерном распределении суспензии из промывочного раствора и кристаллов солей и подведенного промывочного раствора. Устройство для охлаждения может служить, в частности, для снижения температуры промывочного раствора.

Кристаллизационная камера состоит по существу из цилиндрической емкости, в которой находятся промывочный раствор и выращиваемые кристаллы солей. В сортировочном устройстве происходит разделение кристаллов солей по их размеру. При этом крупные кристаллы солей отделяют в значительной степени от средних и небольших кристаллов. В результате разделения упрощается прежде всего целенаправленный отбор крупных кристаллов солей, которые проще отделить из промывочного раствора, а небольшие и средние кристаллы могут и дальше оставаться в кристаллизационной камере для дальнейшего роста. Предпочтительно восстановленный промывочный раствор до того, как его направят в кристаллизатор, доводят, например, теплообменником до более низкой температуры, в частности до 10-15°С. Это обеспечивает или способствует образованию кристаллов солей.

Противоточный классификатор приформован к напольной стороне кристаллизационной камеры и содержит, в свою очередь, тело в виде по существу полого цилиндра с днищем воронкообразного сужения. На боковой поверхности тела в виде полого цилиндра выполнено в нижней части вблизи днища впускное отверстие, через которое поступает противоток, протекающий через тело в виде полого цилиндра вверх в направлении к кристаллизационной камере. Для разделения кристаллов солей по их размеру используются при этом разные скорости оседания кристаллов солей разной величины, причем скорость оседания крупных кристаллов солей превышает скорость оседания средних и небольших кристаллов солей. Кристаллы солей, скорость оседания которых меньше скорости противотока, перемещаются этим потоком вверх в направлении к кристаллизационной камере. Кристаллы солей с повышенной скоростью оседания перемещаются через корпус в виде полого цилиндра вниз и скапливаются на дне сортировочного устройства. При этом скорость противотока задается такой, чтобы она была меньше скорости оседания крупных кристаллов солей, но больше скорости оседания средних и небольших кристаллов солей. В результате, на дне классификатора собираются по существу крупные кристаллы солей, которые затем могут отводиться.

Первый ответвительный трубопровод служит для отбора промывочного раствора из кристаллизационной камеры и его подачи во второй сепарационный узел и расположенный за ним противоточный классификатор. При этом второй сепарационный узел выполнен с возможностью задерживать, в частности, крупные и средние кристаллы солей, находящиеся в отобранном промывочном растворе. Эти уловленные кристаллы солей поступают предпочтительно по отдельному трубопроводу обратно в кристаллизационную камеру для поддержания соответствующей концентрации твердого вещества в промывочном растворе, которая положительно сказывается на производительности кристаллизатора. Промывочный раствор с содержанием по существу только небольших кристаллов солей подается из второго сепарационного узла по первому ответвительному трубопроводу во впускное отверстие противоточного классификатора, в котором он используется в виде противотока.

Первый сепарационный узел выполнен с возможностью отделения образовавшихся кристаллов солей из промывочного раствора. Кристаллы солей, отделенные в первом сепарационном узле, поступают на хранение, удаление или утилизацию. В качестве альтернативы, в частности, средние и небольшие кристаллы солей могут быть снова направлены полностью или частично в кристаллизатор для поддержания соответствующей концентрации твердого вещества в кристаллизаторе, что положительно влияет на производительность кристаллизатора. Промывочный раствор, в котором по возможности более не содержится кристаллов солей, может быть направлен, в частности, в абсорбционный узел отделителя диоксида углерода.

Указанный отделительный узел имеет то преимущество, что с его помощью могут быть отделены соли из промывочного раствора. Отделительный узел позволяет выкристаллизовывать растворенные в промывочном растворе соли, которые затем присутствуют в нем в виде твердых веществ, в результате чего они могут быть отделены в первом сепарационном узле из промывочного раствора путем относительно простого разделения на твердую и жидкую фазы. При этом соответственно большая концентрация твердых веществ в промывочном растворе внутри кристаллизатора положительно влияет на производительность кристаллизатора.

Целесообразно, чтобы второй сепарационный узел был выполнен в виде фильтра. При этом он может быть, в частности, непрерывно работающим фильтром, например, кромочно-щелевым. В качестве альтернативы второй сепарационный узел может быть также выполнен в виде гидроциклона или сепаратора.

Согласно предпочтительному варианту выполнения первый сепарационный узел содержит центрифугу, которая может быть, в частности, фильтрующей центрифугой. Она отделяет, в частности, крупные солевые частицы из промывочного раствора. Кроме того первый сепарационный узел может содержать еще один фильтр для отделения возможно содержащихся средних и небольших кристаллов солей из промывочного раствора. Вместо комбинации из фильтрующей центрифуги и фильтра возможно также, в частности, чтобы первый сепарационный узел содержал, например, фильтрующую шнековую центрифугу, которая объединяет в себе эти обе функции.

Согласно предпочтительному варианту выполнения к кристаллизатору присоединен второй ответвительный трубопровод, который через измельчительное устройство снова подведен к кристаллизатору. Таким образом из кристаллизатора может отбираться непрерывно или периодически через второй ответвительный трубопровод промывочный раствор, а содержащиеся в нем кристаллы солей могут подвергаться измельчению в измельчительном устройстве, например, в мельнице или диспергаторе. Второй ответвительный трубопровод выполнен таким образом, что измельченные кристаллы солей могут быть затем поданы вместе с промывочным раствором снова в кристаллизатор. Таким образом в кристаллизатор может подаваться большее количество небольших кристаллов солей, которые могут продолжать расти, в результате чего возрастает производительность кристаллизатора.

Внутри отделительного узла содержится предпочтительно первое подающее устройство для подачи затравочных кристаллов. Затравочные кристаллы могут вводиться в промывочный раствор внутри кристаллизатора. В нем они растут в результате кристаллизации.

Предпочтительно внутри отделительного узла содержится второе подающее устройство для основания, в частности, для гидроксида калия. В результате добавки основания в промывочный раствор могут быть уловлены протоны, образующиеся вследствие абсорбции кислых газов и образования солей.

Предпочтительно за первым сепарационным узлом расположен буферный фильтр. Благодаря ему могут задерживаться кристаллы солей, которые не были отделены в первом сепарационном узле.

Ниже с помощью приложенного чертежа подробнее поясняется пример выполнения изобретения. На его единственной фигуре схематически изображен отделитель с отделительным узлом.

На фигуре схематически изображен отделитель 2 диоксида углерода из дымового газа установки для сжигания. Отделитель 2 содержит абсорбционный узел 4 и десорбционный узел 5. Абсорбционный узел 4 соединен через первый трубопровод 6 для восстановленного промывочного раствора А и через второй трубопровод 7 для насыщенного промывочного раствора А' с десорбционным устройством 5. По второму трубопроводу 7 насыщенный диоксидом углерода промывочный раствор А' поступает из абсорбционного узла 4 на восстановление в десорбционный узел 5. По первому трубопроводу 6 восстановленный промывочный раствор А снова подается из десорбционного узла 5 в абсорбционный узел 4. Отделительный узел 10 для отделения солей из восстановленного промывочного раствора А присоединен к первому трубопроводу 6.

Десорбционный узел 5 содержит ребойлер 12, через который технологический пар D установки для сжигания направляется во время эксплуатации для подвода тепла. Это тепло поступает посредством рециркуляции промывочного раствора А в десорбционный узел 5, в результате чего находящийся в нем промывочный раствор А нагревается до температуры десорбции Т_D и происходит термическая десорбция растворенного диоксида углерода.

При эксплуатации дымовой газ установки для сжигания подается в абсорбционный узел 4. Здесь холодный дымовой газ в виде противотока приводится в контакт с восстановленным промывочным раствором А, вследствие чего абсорбируется или растворяется содержащийся диоксид углерода. При температуре Т_A абсорбции содержащий амин промывочный газ А проявляет высокую способность к насыщению диоксидом углерода. Освобожденный от диоксида углерода дымовой газ выбрасывается в атмосферу.

Насыщенный диоксидом углерода промывочный раствор А' поступает в десорбционный узел 5 на восстановление. В головной части десорбционного узла 5 обогащенный диоксидом углерода газ отводится по газопроводу 15 и проходит через первый теплообменник 16 и присоединенный к нему компрессор 18. Увлеченный газообразный диоксид углерода в компрессоре 18 сжимается и используется для последующих целей, например, нагнетается в водоносный пласт или транспортируется в другой накопитель для диоксида углерода.

Отделительный узел 10 для отделения солей из восстановленного промывочного раствора А содержит кристаллизатор 20, состоящий из кристаллизационной камеры 21 и противоточного классификатора 22, два сепарационных узла 25, 26 и измельчительное устройство 30. Первый сепарационный узел 25 соединен на стороне входа через третий трубопровод 31 с противоточным классификатором 22, а на стороне выхода через первый трубопровод 6 - с абсорбционным узлом 4. Второй сепарационный узел 26 соединен через первый ответвительный трубопровод 32 на стороне входа с кристаллизационной камерой 22 кристаллизатора 20, а на стороне выхода - с противоточным классификатором 22. Измельчительное устройство 30 соединено через второй ответвительный трубопровод 34 с кристаллизационной камерой 21.

Восстановленный промывочный раствор А течет во время эксплуатации по первому трубопроводу 6 в кристаллизационную камеру 21 кристаллизатора 20. Прежде чем восстановленный промывочный раствор А попадет в кристаллизационную камеру 21, он охладится во втором теплообменнике 36 до температуры 10-15°C. Благодаря этому охлаждению снижается растворимость солей в восстановленном промывочном растворе А, а подлежащие выкристаллизованию соли перенасыщаются. В результате становится возможным образование кристаллов солей. В кристаллизационной камере 21 происходят по существу образование зародышей и рост кристаллов солей. В кристаллизаторе 20 в восстановленном промывочном растворе А присутствуют, в частности, небольшие, средние и крупные кристаллы солей, причем такое распределение объясняется соответственно соотношением кристаллов солей между собой, т.е. небольшие кристаллы солей меньше средних кристаллов солей, средние кристаллы солей, в свою очередь, меньше крупных кристаллов солей.

По первому ответвительному трубопроводу 32 из кристаллизационной камеры 21 кристаллизатора 20 отбирается первый частичный поток, состоящий из восстановленного промывочного раствора А и кристаллов солей, и направляется во второй сепарационный узел 26. Во втором сепарационном узле 26 задерживаются крупные и средние кристаллы солей, находящиеся в отобранном первом частичном потоке. Эти задержанные кристаллы солей подаются по четвертому трубопроводу 38 снова в кристаллизационную камеру 21 для поддержания на высоком уровне концентрации твердых веществ внутри кристаллизатора 20. Эти кристаллы солей продолжают расти в кристаллизаторе 20. Первый частичный поток, содержащий по существу лишь небольшие кристаллы солей, подается в противоточный классификатор 22, где он является противотоком. Этот противоток протекает через противоточный классификатор 22 встречно направлению оседания кристаллов солей. При этом скорость противотока устанавливается такой, чтобы она была ниже скорости оседания крупных кристаллов солей, но выше скорости оседания средних и небольших кристаллов солей. Средние и небольшие кристаллы солей, скорость оседания которых меньше скорости противотока, перемещаются противотоком вверх в направлении к кристаллизационной камере 21. Крупные кристаллы солей, скорость оседания которых превышает скорость противотока, оседают вниз и скапливаются на дне противоточного классификатора 22. Таким образом возможен более целенаправленный отбор крупных кристаллов солей, которые стало проще отделять из восстановленного промывочного раствора А.

Из кристаллизационной камеры 21 кристаллизатора 20 второй частичный поток, состоящий из промывочного раствора и кристаллов солей, отводится по второму ответвительному трубопроводу 34 и подается в измельчительное устройство 30. В измельчительном устройстве 30 происходит измельчение содержащихся во втором частичном потоке кристаллов солей. Затем второй частичный поток вместе с измельченными кристаллами солей снова поступает в кристаллизационную камеру 21. Таким образом кристаллизатор 20 обеспечивается большим количеством небольших кристаллов солей, которые могут продолжать расти в кристаллизаторе 20, в результате чего производительность кристаллизатора возрастает.

Через третий трубопровод 31 отбирается со дна противоточного классификатора 22 содержащий, в частности, крупные кристаллы солей восстановленный промывочный раствор А и подается в первый сепарационный узел 25. В нем кристаллы солей отделяются из восстановленного промывочного раствора А. Кристаллы солей, которые были отделены в первом сепарационном узле 25, по пятому трубопроводу 40 поступают на складирование. Восстановленный промывочный раствор, из которого в значительной степени были выведены соли, по первому трубопроводу 6 поступает в абсорбционный узел 4 и во втором теплообменнике 42 нагревается до температуры абсорбции Т_A.

Изобретение относится к отделителю для диоксида углерода. Описан отделитель диоксида углерода, содержащегося, в частности, в дымовом газе электростанции на ископаемом топливе, включающий в себя абсорбционный узел, приданный ему десорбционный узел и отделительный узел для отделения солей из промывочного раствора. При этом абсорбционный узел и десорбционный узел сообщены между собой первым трубопроводом для восстановленного промывочного раствора (А) и вторым трубопроводом для насыщенного промывочного раствора (А'). Отделительный узел содержит кристаллизатор для образования кристаллов солей и расположенный на стороне стекающего потока сепарационный узел для отделения кристаллов солей. Также описан соответствующий способ эксплуатации отделителя. Кроме того, описан отделительный узел для отделения солей из промывочного раствора, который содержит кристаллизатор и расположенный на стороне стекающего потока первый сепарационный узел для отделения кристаллов солей. Кристаллизатор содержит кристаллизационную камеру для образования кристаллов солей и противоточный классификатор для разделения кристаллов солей по их размеру. К кристаллизационной камере присоединен первый ответвительный трубопровод, который через второй сепарационный узел заходит в противоточный классификатор. Изобретение позволяет отделить соли из промывочного раствора, предотвратить развитие коррозии и улучшить текучесть промывочного раствора. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Отделитель (2) диоксида углерода, содержащегося, в частности, в дымовом газе электростанции, работающей на ископаемом топливе, включающий в себя абсорбционный узел (4), соответствующий ему десорбционный узел (5) и отделительный узел (10) для отделения солей из промывочного раствора, при этом абсорбционный узел (4) и десорбционный узел (5) соединены между собой посредством первого трубопровода (6) для восстановленного промывочного раствора (А) и второго трубопровода (7) для насыщенного промывочного раствора (Α'), причем отделительный узел (10) содержит кристаллизатор (20) для образования кристаллов солей и расположенный на стороне стекающего потока сепарационный узел (25) для отделения кристаллов солей, кристаллизатор (20) содержит кристаллизационную камеру (21) для образования кристаллов солей и выполненное в виде противоточного классификатора (22) сортировочное устройство для разделения кристаллов солей по их размеру, при этом к кристаллизационной камере (21) присоединен первый ответвительный трубопровод (32), который через второй сепарационный узел (26) заходит в противоточный классификатор (22), в котором этот частичный поток служит противотоком, причем второй сепарационный узел (26) выполнен с возможностью задерживать крупные и средние кристаллы солей, при этом второй сепарационный узел (26) соединен посредством трубопровода (38) с кристаллизационной камерой (21) для подачи задержанных кристаллов солей.

2. Отделитель (2) по п. 1, при этом отделительный узел (10) присоединен к первому трубопроводу (6).

3. Отделитель (2) по п. 1 или 2, при этом второй сепарационный узел (26) выполнен в виде фильтра.

4. Отделитель (2) по п. 1 или 2, при этом первый сепарационный узел (25) содержит центрифугу.

5. Отделитель (2) по п. 3, при этом первый сепарационный узел (25) содержит центрифугу.

6. Отделитель (2) по любому из пп. 1, 2 или 5, при этом к кристаллизатору (20) присоединен второй ответвительный трубопровод (34), который через измельчительное устройство (30) подведен к кристаллизатору (20).

7. Отделитель (2) по п. 3, при этом к кристаллизатору (20) присоединен второй ответвительный трубопровод (34), который через измельчительное устройство (30) подведен к кристаллизатору (20).

8. Отделитель (2) по п. 4, при этом к кристаллизатору (20) присоединен второй ответвительный трубопровод (34), который через измельчительное устройство (30) подведен к кристаллизатору (20).

9. Способ отделения диоксида углерода, содержащегося, в частности, в дымовом газе электростанции, работающей на ископаемом топливе, при этом из абсорбционного узла (4) подают в десорбционный узел (5) насыщенный промывочный раствор (Α'), а из десорбционного узла (5) в абсорбционный узел (4) подают восстановленный промывочный раствор (А), причем промывочный раствор (А) подают в отделительный узел (10), в котором с помощью кристаллизатора (20) в промывочном растворе (А) образуются кристаллы солей, которые отделяются с помощью расположенного на стороне стекающего потока сепарационного узла (25), при этом кристаллы солей образуются в кристаллизационной камере (21) кристаллизатора (20) и их разделяют по размеру в сортировочном устройстве (22) кристаллизатора (20) противотоком, причем из кристаллизационной камеры (21) отводят первый частичный поток промывочного раствора, который поступает в сортировочное устройство (22) и служит противотоком, причем содержащиеся в отобранном первом частичном потоке крупные и средние кристаллы солей задерживают, при этом задержанные кристаллы солей подают по отдельному трубопроводу (38) в кристаллизационную камеру (21).

10. Способ по п. 9, при этом для отделения кристаллов солей из первого частичного потока проводят фильтрацию.

11. Способ по п. 9 или 10, при этом для отделения солевых частиц в сепарационном узле (25) проводят центрифугирование.

12. Способ по п. 9 или 10, при этом из кристаллизатора (20) отводят второй частичный поток промывочного раствора, содержащиеся в нем кристаллы солей измельчают, причем второй частичный поток снова отводят в кристаллизатор (20).

13. Способ по п. 11, при этом из кристаллизатора (20) отводят второй частичный поток промывочного раствора, содержащиеся в нем кристаллы солей измельчают, причем второй частичный поток снова отводят в кристаллизатор (20).

14. Применение отделительного узла (10) для отделения солей из промывочного раствора в отделителе (1) диоксида углерода, содержащего абсорбционный узел (4) и соответствующий ему десорбционный узел (5), при этом абсорбционный узел (4) и десорбционный узел (5) соединены между собой посредством первого трубопровода (6) для восстановленного промывочного раствора (А) и второго трубопровода (7) для насыщенного промывочного раствора (Α'), причем отделительный узел (10) содержит кристаллизатор (20) для образования кристаллов солей и расположенный на стороне стекающего потока первый сепарационный узел (25) для отделения кристаллов солей, при этом кристаллизатор (20) содержит кристаллизационную камеру (21) для образования кристаллов солей и выполненное в виде противоточного классификатора (22) сортировочное устройство для разделения кристаллов солей по их размеру, к кристаллизационной камере (21) присоединен первый ответвительный трубопровод (32), который через второй сепарационный узел (26) заведен в противоточный классификатор (22), в котором этот частичный поток служит противотоком, при этом второй сепарационный узел (26) соединен с кристаллизационной камерой (21) посредством трубопровода (38) для подачи отделенных кристаллов солей.

15. Применение по п. 14, при этом второй сепарационный узел (26) выполнен в виде фильтра.

16. Применение по п. 14 или 15, при этом первый сепарационный узел (25) содержит центрифугу.

17. Применение по п. 14 или 15, при этом к кристаллизатору (20) присоединен второй ответвительный трубопровод (34), который через измельчительное устройство (30) снова подведен к кристаллизатору (20).

18. Применение по п. 16, при этом к кристаллизатору (20) присоединен второй ответвительный трубопровод (34), который через измельчительное устройство (30) подведен к кристаллизатору (20).