УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ АБСОРБЦИИ ОТДЕЛЬНЫХ КОМПОНЕНТОВ В ГАЗЕ Российский патент 2017 года по МПК B01D53/14 B01D53/18 

Область техники, к которой относится изобретение

Объектом настоящего изобретения является устройство для абсорбции отдельных компонентов (например, загрязняющих или рециркулируемых материалов) в газах, в котором абсорбирующий раствор контактирует с газом в абсорбционной камере. В этом устройстве абсорбирующий раствор подается разбрызгивающими форсунками в абсорбционную камеру, снабженную газораспределительной решеткой, вызывающей турбулентность и завихрения потока втекающего газа над отверстием подачи газа.

Изобретение также относится к способу абсорбции загрязняющих веществ в газе.

Уровень техники

Во многих производственных процессах, в частности в процессах горения, возможно образование выхлопных газов и отработанного воздуха, содержащего кислотные компоненты, такие как сернистый ангидрид (SO₂), соляная кислота (HCL), плавиковая кислота (HF) и/или окислы азота (NO, NO₂), которые называют загрязняющими веществами, поскольку они вредны для экосистемы, а также рециркулируемые материалы, такие как оксиды металлов, перешедшие в газообразное состояние в результате процессов обработки.

Для защиты окружающей среды были законодательно приняты нормы, определяющие допустимые пределы содержания веществ в выхлопных газах. Для того чтобы вписаться в эти пределы, выхлопные газы во многих случаях приходится очищать.

Известны различные соответствующие уровню техники и уже применяемые в промышленности процессы так называемой мокрой очистки выхлопных газов. В таких процессах на электростанциях для удаления загрязняющих веществ (SO₂, HCL, HF) применяется абсорбирующий раствор. Этот раствор обычно представляет собой кальциевый сорбент (известняк, негашеная известь, гашеная известь). Эти соединения кальция смешивают с водой, образуя суспензии, и в абсорбционной камере приводят в контакт с кислотными газами, содержащимися в топочном газе, чтобы загрязняющие вещества могли быть поглощены из газовой фазы жидкой фазой. Кислотные загрязняющие вещества, абсорбированные жидкой фазой, присутствуют в ней в растворенной ионной форме и реагируют с растворенными ионами кальция из суспензии известнякового сорбента. В зависимости от дальнейшей обработки, конечные продукты реакции могут остаться растворенными в суспензии, образовывать при соответствующем перенасыщении кристаллы и даже выпадать в осадок твердой фазы. Подавляющую часть загрязняющих веществ в выхлопных газах электростанций, в частности, работающих на нефти и угле, составляет сернистый ангидрид SO₂.

В так называемых установках десульфурации топочного газа сернистый ангидрид SO₂ отделяется от топочного газа с использованием вышеописанных процессов, в которых в качестве абсорбирующего раствора применяется в первую очередь известняк в виде известняковой суспензии. В таких установках из поглощенного сернистого ангидрида SO₂ и растворенного в суспензии известняка после прохождения процессов окисления и кристаллизации образуется пригодный для использования гипс (CaSO₄+2H₂O).

Из уровня техники известно, что абсорбционная камера для десульфурации топочного газа конструируется как скруббер с брызгалом в виде капельной колонны. В этом скруббере с брызгалом суспензия известняка разбрызгивается через несколько разбрызгивающих решеток, которые обычно располагаются горизонтально и оснащаются разбрызгивающими форсунками, а топочный газ проходит сквозь аппарат вертикально. Капли суспензии известняка, падающие из разбрызгивающих форсунок, контактируют с потоком топочного газа, при этом происходят процессы тепло- и массопереноса. Такие установки часто оснащаются над входом подачи газа также газораспределительными решетками (например, решетками или тарелками «FGD plus»), которые, с одной стороны, гомогенизируют подачу газа, а с другой, создают режим высокой турбулентности в суспензии (жидком слое). Газораспределительная решетка включает, например, большое количество труб, соединенных друг с другом.

Сернистый ангидрид SO₂ растворяется при абсорбции в каплях суспензии и в результате реагирует с также растворенными ионами кальция (Ca⁺⁺), образуя на промежуточной стадии сульфит кальция, а затем, при дальнейшем окислении присутствующим в каплях растворенным кислородом - сульфат кальция.

Капли суспензии летят к дну и на своем пути падения непрерывно поглощают сернистый ангидрид. В нижней части контактного аппарата они собираются в так называемый отстойник и с помощью циркуляционной системы еще раз приводятся в контакт с топочным газом через разбрызгивающие решетки для увеличения времени контакта.

Суспензия известняка, технологическая вода (восполняющая потери капель на испарение) и окислительный воздух непрерывно дозируются соответствующими цепями управления и подаются в абсорбционную камеру; кроме того, для поддержания постоянного режима из отстойника отводится суспензия. Суспензия, отведенная из отстойника, как правило, подается на последующую стадию - стадию обезвоживания для извлечения гипса.

Недостатки способа промывания топочного газа в вышеописанном скруббере с брызгалом заключаются в требуемых размерах устройства, включающего колонну высотой 20-40 м, и сравнительно большом энергопотреблении.

В других конструкциях, например, согласно документу US 6051055, абсорбирующий раствор разбрызгивается в абсорбционной камере разбрызгивающими форсунками, направленными вверх. Кроме разбрызгивающих форсунок, других внутренних компонентов для гомогенизации потока газа в этом устройстве нет.

Конструкция устройства, альтернативная к этой, раскрыта в документе WO 2010/006848; в ней газ проводится на первой стадии сквозь слой суспензии в виде дисперсной фазы, а на второй стадии - сквозь сплошной слой суспензии, причем суспензия разбрызгивается в виде дисперсной фазы и обе стадии конструктивно объединены в одной промывочной колонне. Таким образом, посредством объединения двух способов в одном контактном аппарате здесь используются преимущества и скруббера, и барботера.

Недостаток этого устройства заключается в том, что суспензия на первой стадии подается через отдельную распределительную решетку суспензии, что увеличивает общий вес контактного аппарата. А из-за того, что на первой стадии используются вспомогательная конструкция и отдельная распределительная решетка, высота конструкции распределительной решетки суспензии ухудшает показатели и потребления энергии, и материалоемкости.

Раскрытие изобретения

Таким образом, задача настоящего изобретения заключается в усовершенствовании описанных способов.

Эта задача решается предложением устройства для абсорбции отдельных компонентов, например, загрязняющих или рециркулируемых материалов, в газах, причем газораспределительная решетка устройства включает разбрызгивающие форсунки, через которые подается абсорбирующий раствор. Таким образом, устройство согласно настоящему изобретению включает газораспределительную решетку со встроенной подачей суспензии. Следовательно, газораспределительная решетка выполняет функцию распределения и гомогенизации подачи газа, формируя турбулентный режим поглощения и подачи абсорбирующего раствора.

Преимуществом настоящего изобретения является малый перепад давления насоса, требуемый для циркуляции абсорбирующей жидкости. Прежде всего, для ввода абсорбирующего раствора достаточно низкого давления системы (от 0,2 до 0,4 бар, ср. стандартное давление форсунок от 0,5 до 1 бар), но наибольшая экономия энергии идет от меньшего естественного напора, который должен преодолевать насос, поскольку абсорбирующий раствор добавляется на высоте газораспределительной решетки (решетки «REA plus»; REA, Rauchgas-Entschwefelungs-Anlage - установка десульфурации топочного газа). Такое построение дает очень хорошие средние показатели энергопотребления при различных величинах нагрузок.

Разбрызгивающие форсунки предпочтительно выполнены в виде ударно-струйных форсунок, которые способны точно распределять абсорбирующий раствор по газораспределительной решетке.

В этом способе разбрызгивающие форсунки предпочтительно должны быть направлены вверх, т.е. в направлении потока газа.

В одном из вариантов осуществления устройства абсорбирующий раствор может также разбрызгиваться через газораспределительную решетку в дополнение к другим разбрызгивающим форсункам, направленным вниз; тем самым под газораспределительной решеткой создается дополнительный охлаждающий эффект.

Полезный эффект достигается в том случае, когда одна или несколько разбрызгивающих решеток расположены над газораспределительной решеткой, а абсорбирующий раствор в абсорбционную камеру подается также и через эти разбрызгивающие решетки. В результате очистные характеристики устройства еще более повышаются.

Газораспределительная решетка формируется поддерживающей конструкцией или, например, большим количеством самонесущих труб, причем разбрызгивающие форсунки расположены на трубах, и абсорбирующий раствор может подаваться по этим трубам.

В каждой из труб может быть помещен сердечник смещения, поперечное сечение которого расширяется в направлении течения абсорбирующего раствора. В результате суспензия распределяется разбрызгивающими форсунками по распределительной решетке более равномерно.

Кроме того, через сердечник смещения может подаваться промывочная вода для очистки устройства.

Настоящее изобретение относится также к способу абсорбции загрязняющих веществ в газах, в котором абсорбирующий раствор контактирует с газом в абсорбционной камере, где втекающий газ распределяется и турбулизуется на газораспределительной решетке. Согласно настоящему изобретению абсорбирующий раствор подается к газораспределительной решетке и вводится в абсорбционную камеру через разбрызгивающие форсунки.

Краткое описание графических материалов

Ниже настоящее изобретение описывается на основе чертежей, на которых представлены:

на ФИГ.1 показан пример варианта осуществления устройства согласно настоящему изобретению;

на ФИГ.2a показан вид сверху газораспределительной решетки;

на ФИГ.2b показана деталь газораспределительной решетки;

на ФИГ.3 показан продольный разрез трубы газораспределительной решетки с сердечником смещения;

на ФИГ.4 показана ударно-струйная форсунка для подачи абсорбирующего раствора;

на ФИГ.5 показан другой вариант осуществления ударно-струйной форсунки.

На чертежах одними и теми же номерами обозначены идентичные элементы.

Осуществление изобретения

На ФИГ.1 показан поперечный разрез устройства 1 очистки топочного газа согласно настоящему изобретению. Здесь топочный газ втекает через вход 6 газа в цилиндрическую абсорбционную камеру 3 и отклоняется в вертикальный восходящий поток. Топочный газ проходит через абсорбционную камеру 3 от дна вверх и выходит через выход 2 топочного газа. Газораспределительная решетка 7 расположена непосредственно над входом 6 газа. Газораспределительная решетка 7 включает большое количество отдельных труб 11, соединенных друг с другом соединительными трубами 18 или соединительными элементами. Благодаря наличию газораспределительной решетки 7 топочный газ распределяется в абсорбционной камере более равномерно, и в результате создается турбулентное течение топочного газа, что ведет к более интенсивному перемешиванию газа с абсорбирующим раствором 5.

Опорой газораспределительного узла 7 является стенка резервуара 16.

В трубах 11 газораспределительного узла 7 имеются разбрызгивающие форсунки 8, которые используются для подачи абсорбирующего раствора 5 в абсорбционную камеру 3. Разбрызгивающие форсунки 8 здесь выполнены в виде ударно-струйных форсунок 8а, направленных вверх. Кроме того, здесь имеются другие ударно-струйные форсунки 8b, направленные вниз, через которые также впрыскивается в камеру абсорбирующий раствор 5.

Абсорбирующий раствор 5, в капельном виде контактирующий с топочным газом, подается также через разбрызгивающие форсунки разбрызгивающей решетки 4 в верхней части абсорбционной камеры 3.

Отстойник 13 скруббера расположен под входом 6 газа. Мешалка 9 препятствует осаждению твердых частиц в отстойнике 13 скруббера и обеспечивает необходимое перемешивание. Окисление обеспечивается подачей окислительного воздуха через отдельный вход 19. Для поддержания стабильной работы всей системы скруббера по трубе 10 вводится свежая известковая суспензия (абсорбирующий раствор) и с таким же расходом из системы скруббера выгружается поток суспензии 12 для извлечения гипса. Непосредственно над входом 6 газа расположена пластина 17 предварительного диспергирования. Эта пластина 17 перехватывает идущий сверху абсорбирующий раствор 5 и в виде завесы направляет его в отстойник 13 скруббера. Введенный газ проходит сквозь эту завесу при входе в абсорбционную камеру 3 и, проходя ее, охлаждается.

На ФИГ.2a показан вид сверху газораспределительной решетки 7. Газораспределительная решетка 7 включает большое количество труб 11, соединенных друг с другом соединительными трубами 18 или соединительными элементами. Это - род решетчатой конструкции для турбулизации и гомогенизации течения газа. Такая газораспределительная решетка известна специалистам под названием решетки «FGD plus» (FGD, fuel gas desulphurization - десульфурация топочного газа).

Абсорбирующий раствор 5 подается также через трубы 11 и распределяется ударно-струйными форсунками 8a, направленными вверх.

На ФИГ.2b показана деталь газораспределительной решетки 7, в которой соединительные трубы 18 расположены, в отличие от ФИГ.2a, параллельно трубам 11. В трубах 11 размещены сердечники смещения 14, через которые может также подаваться промывочная вода 15.

На ФИГ.3 показан разрез трубы 11 газораспределительной решетки 7. Здесь ясно виден сердечник смещения 14, поперечное сечение которого расширяется в направлении течения 20 абсорбирующего раствора 5; таким образом, сердечник гомогенизирует поток раствора, подаваемого к ударно-струйным форсункам 8a и 8b. Ударно-струйные форсунки 8b здесь направлены вниз, против направления потока газа. Труба 11 может быть очищена подачей промывочной воды через ввод 15.

На ФИГ.4 показан иллюстративный вариант осуществления возможной конструкции ударно-струйной форсунки 8a, 8b с отражательной пластиной 22, отклоняющей поток абсорбирующего раствора 5 над отверстием 21 форсунки. Как показано на ФИГ.5, вместо отражательной пластины 22 может также использоваться отражательный конус 23.

Изобретение относится к устройствам для абсорбции отдельных компонентов в газах. Устройство для абсорбции отдельных компонентов, таких как загрязняющие или рециркулируемые материалы, в газах, в котором абсорбирующий раствор контактирует с газом в абсорбционной камере, причем абсорбирующий раствор подается разбрызгивающими форсунками в абсорбционную камеру, снабженную газораспределительной решеткой, вызывающей турбулентность потока втекающего газа над отверстием входа газа, отличающееся тем, что в газораспределительной решетке предусмотрены разбрызгивающие форсунки, через которые вводится абсорбирующий раствор, при этом газораспределительная решетка образована большим количеством труб, причем разбрызгивающие форсунки расположены на трубах, а абсорбирующий раствор может подаваться в абсорбционную камеру через трубы. Также заявлен способ абсорбции. Технический результат - повышение эффективности процесса абсорбции. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство (1) для абсорбции отдельных компонентов, таких как загрязняющие или рециркулируемые материалы, в газах, в котором абсорбирующий раствор (5) контактирует с газом в абсорбционной камере (3), причем абсорбирующий раствор (5) подается разбрызгивающими форсунками (8, 8а, 8b) в абсорбционную камеру (3), снабженную газораспределительной решеткой (7), вызывающей турбулентность потока втекающего газа над отверстием входа (6) газа, отличающееся тем, что в газораспределительной решетке (7) предусмотрены разбрызгивающие форсунки (8, 8а, 8b), через которые вводится абсорбирующий раствор (5), при этом газораспределительная решетка (7) образована большим количеством труб (11), причем разбрызгивающие форсунки (8, 8а, 8b) расположены на трубах (11), а абсорбирующий раствор (5) может подаваться в абсорбционную камеру (3) через трубы (11).

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, некоторые из разбрызгивающих форсунок (8, 8а, 8b) газораспределительной решетки (7) выполнены в виде ударно-струйных форсунок (8а, 8b).

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что разбрызгивающие форсунки (8, 8а, 8b) направлены вверх, то есть в направлении потока газа.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что предусмотрены другие разбрызгивающие форсунки (8b), направленные вниз, то есть в направлении, противоположном потоку газа.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что над газораспределительной решеткой (7) расположена по меньшей мере одна разбрызгивающая решетка (4), через которую абсорбирующий раствор также подается в абсорбционную камеру (3).

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в каждой из труб (11) размещен сердечник смещения (14), поперечное сечение которого расширяется в направлении течения (20) абсорбирующего раствора (5).

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что сердечники смещения (14) приспособлены также для ввода промывочной воды (15).

8. Способ абсорбции отдельных компонентов, таких как загрязняющие или рециркулируемые материалы, в газах, в котором абсорбирующий раствор (5) вводят в контакт с газом в абсорбционной камере (3), причем введенный газ распределяют и турбулизуют на газораспределительной решетке (7), отличающийся тем, что абсорбирующий раствор (5) подают к газораспределительной решетке (7) и вводят в абсорбционную камеру (3) через разбрызгивающие форсунки (8, 8а, 8b), при этом газораспределительная решетка (7) образована большим количеством труб (11), причем разбрызгивающие форсунки (8, 8а, 8b) расположены на трубах (11), а абсорбирующий раствор (5) может подаваться в абсорбционную камеру (3) через трубы (11).