Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системе очистки отработавшего газа.
Уровень техники
Например, предлагается описанная ниже технология для удаления и извлечения CO2. В ней CO2 из отработавшего газа, который образуется в процессе производства чугуна и т.п., извлекают устройством извлечения CO2, например отработавший газ подают в абсорбционную башню и приводят в контакт с абсорбирующей CO2 жидкостью (далее по тексту называемой «абсорбирующей жидкостью»), находящейся в абсорбционной башне. Таким образом абсорбирующая жидкость абсорбирует содержащийся в отработавшем газе CO2. Абсорбирующую жидкость, содержащую абсорбированный CO2, направляют в регенерационную башню и нагревают паром. При этом высвобождается CO2, и извлеченный CO2 имеет высокую степень чистоты.
Существующие устройства извлечения CO2 потребляют огромное количество пара для регенерации абсорбирующей жидкости. Следовательно, для уменьшения потребляемого количества пара требуется принимать дополнительные меры энергосбережения. Кроме того, в случае, когда в абсорбирующей жидкости скапливаются твердые вещества, такие как пыль, содержащаяся в отработавшем газе, возникают дальнейшие проблемы при отделении и удалении твердых веществ из абсорбирующей жидкости, например в регенераторе. То есть необходимо снизить потери абсорбирующего агента, удерживающегося на выгружаемых твердых веществах, а твердые вещества нужно эффективно удалять из абсорбирующей жидкости.
В свете вышеизложенного, в качестве способа эффективного удаления твердых веществ из абсорбирующей жидкости, например, предлагается нижеописанная технология. В ней в абсорбирующую жидкость добавляют флокулянт, чтобы перевести мелкие металлические примеси, содержащиеся в абсорбирующей жидкости, в крупные хлопья. При этом повышается эффективность отделения твердого вещества в фильтровальном устройстве (JP 03-151015 A).
Дополнительно предлагается способ применения фильтровального устройства, включающего в себя сетку, удерживающую фильтрующую среду, имеющую более высокую удельную плотность, чем твердые вещества, захваченные абсорбирующей жидкостью. В данной технологии после очистки фильтрационного устройства обратной промывкой выгруженные вещества, представляющие собой смесь твердых веществ и фильтрующей среды, подвергают осаждению и фильтрации. Таким образом фильтрующую среду извлекают и используют повторно (JP 2011-56399 A).
Сущность изобретения
Проблема, которую решает настоящее изобретение
Однако в способе по Патентному документу 1 выгруженные твердые вещества и абсорбирующий агент только осаждают и разделяют. При этом количественные потери абсорбирующего агента не снижаются в достаточной степени.
Дополнительно в способе по Патентному документу 2 удаленные твердые вещества превращаются в отходы и требуют дополнительной очистки уже в качестве отходов. При этом себестоимость способа увеличивается.
Таким образом, в существующей технологии способ отделения и удаления твердых веществ из абсорбирующей жидкости был усовершенствован с целью снижения количественных потерь абсорбирующего агента, удерживающегося на выгружаемых твердых веществах, и эффективного удаления твердых веществ из абсорбирующей жидкости. Тем не менее, остается нерешенной проблема высокой себестоимости очистки удаленных твердых веществ в качестве отходов.
Следовательно, имеется потребность в разработке следующего способа. В нем твердые вещества на основе железа отбирают из отработавшего газа, который выводится из восстановительного устройства и содержит твердые вещества на основе железа и кислый газ (например, CO2 и H2S), например в процессе производства чугуна, после чего собранные твердые вещества эффективно утилизируют. Такой способ позволяет снизить количество отходов.
В свете вышеуказанных проблем целью настоящего изобретения является обеспечение системы очистки отработавшего газа, способной эффективно утилизировать собранные вещества, полученные путем сбора твердых веществ на основе железа из отработавшего газа, который выводится из восстановительного устройства и содержит твердые вещества на основе железа и кислый газ.
Решение проблемы
Чтобы достичь вышеуказанной цели, в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения система очистки отработавшего газа для отработавшего газа из восстановительного устройства включает в себя восстановительное устройство, устройство извлечения кислого газа, коллектор устройства извлечения и линию возврата удаленных веществ. Восстановительное устройство выполнено с возможностью осуществления восстановительного процесса для превращения оксида железа в восстановленное железо. Устройство извлечения кислого газа выполнено с возможностью извлечения кислого газа с помощью абсорбирующей кислый газ жидкости из отработавшего газа, который выводится из восстановительного устройства и содержит по меньшей мере твердые вещества на основе железа и кислый газ. Коллектор устройства извлечения выполнен с возможностью сбора твердых веществ на основе железа, содержащихся в абсорбирующей кислый газ жидкости. На линии возврата удаленных веществ твердые вещества на основе железа, собранные коллектором устройства извлечения, удаляют и удаленные устройством извлечения твердые вещества, содержащие твердые вещества на основе железа, которые были удалены, возвращают на сторону восстановительного устройства.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения в первом аспекте настоящего изобретения коллектор устройства извлечения включает в себя линию отбора для отбора абсорбирующей кислый газ жидкости из устройства извлечения кислого газа и линию подачи жидкого фильтрата для возврата жидкого фильтрата, полученного после сбора твердых веществ на основе железа, в устройство извлечения кислого газа.
В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения в первом аспекте или во втором аспекте настоящего изобретения система очистки отработавшего газа для отработавшего газа из восстановительного устройства дополнительно включает в себя охлаждающую башню, коллектор, удаляющее устройство охлаждающей башни и линию возврата удаленных веществ. Охлаждающая башня обеспечена перед устройством извлечения кислого газа и выполнена с возможностью охлаждения циркулирующей охлаждающей водой отработавшего газа, который выводится из восстановительного устройства и содержит по меньшей мере твердые вещества на основе железа и кислый газ. Коллектор выполнен с возможностью сбора твердых веществ на основе железа, содержащихся в циркулирующей охлаждающей воде. Удаляющее устройство охлаждающей башни выполнено с возможностью удаления собранных коллектором твердых веществ на основе железа. На линии возврата удаленных веществ удаленные вещества охлаждающей башни, содержащие твердые вещества на основе железа, удаленные удаляющим устройством охлаждающей башни, возвращают на сторону восстановительного устройства.
В соответствии с четвертым аспектом настоящего изобретения в третьем аспекте настоящего изобретения удаляющее устройство охлаждающей башни включает в себя линию отбора для отбора охлаждающей воды из охлаждающей башни и линию подачи жидкого фильтрата для возврата жидкого фильтрата, полученного после сбора твердых веществ на основе железа, в охлаждающую башню.
В соответствии с пятым аспектом настоящего изобретения в аспектах настоящего изобретения с первого по четвертый коллектор включает в себя фильтр. Фильтр представляет собой любой один из картриджного фильтра, намывного фильтра, металлического щелевого фильтра, металлического сеточного фильтра, металлокерамического фильтра, магнитного фильтра или их комбинации.
В соответствии с шестым аспектом настоящего изобретения в аспектах настоящего изобретения с первого по четвертый коллектор включает в себя фильтр. Фильтр представляет собой любой один из картриджного фильтра, намывного фильтра, металлического щелевого фильтра, металлического сеточного фильтра, металлокерамического фильтра или их комбинации. Фильтр имеет поверхность, на которой обеспечена фильтрующая среда, и на фильтрующей среде скапливаются частицы соединений на основе железа, покрытые смолой.
В соответствии с седьмым аспектом настоящего изобретения в аспектах настоящего изобретения с первого по четвертый коллектор включает в себя фильтр, и этот фильтр является магнитным фильтром. Магнитный фильтр имеет поверхность, на которой обеспечена фильтрующая среда. Фильтрующая среда сформирована из магнитных частиц соединения на основе железа, покрытых смолой, и при воздействии магнитного поля магнитные частицы соединения на основе железа скапливаются на поверхности магнитного фильтра.
Полезный эффект изобретения
В соответствии с настоящим изобретением твердые вещества на основе железа, являющиеся веществами, собираемыми обладающим полезными свойствами фильтром, повторно используют в восстановительном устройстве. При этом можно значительно уменьшить количество выбрасываемых отходов по сравнению с предшествующим уровнем техники. Дополнительно восстановленное железо можно получить повторным применением восстановительного процесса к твердым веществам на основе железа в восстановительном устройстве. При этом может быть повышена эффективность повторного использования.
Краткое описание фигур
На фиг. 1 схематично представлена система очистки отработавшего газа для отработавшего газа, полученного из восстановительного устройства, в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 2 схематично представлена другая система очистки отработавшего газа для отработавшего газа, полученного из восстановительного устройства, в соответствии с первым вариантом осуществления.
На фиг. 3 представлен пояснительный вид фильтрационного механизма, установленного в коллекторе в первом варианте осуществления.
На фиг. 4 представлен пояснительный вид другого фильтрационного механизма, установленного в коллекторе в первом варианте осуществления.
На фиг. 5 схематично представлено устройство извлечения CO2 во втором варианте осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 6-1 схематично представлен рабочий процесс коллектора устройства извлечения во втором варианте осуществления.
На фиг. 6-2 схематично представлен рабочий процесс коллектора устройства извлечения во втором варианте осуществления.
На фиг. 6-3 схематично представлен рабочий процесс коллектора устройства извлечения во втором варианте осуществления.
На фиг. 6-4 схематично представлен рабочий процесс коллектора устройства извлечения во втором варианте осуществления.
На фиг. 6-5 схематично представлен рабочий процесс коллектора устройства извлечения во втором варианте осуществления.
На фиг. 6-6 схематично представлен рабочий процесс пленочного фильтровального устройства во втором варианте осуществления.
Описание вариантов осуществления
Далее по тексту подробно описаны варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на сопроводительные чертежи. Следует отметить, что настоящее изобретение не ограничивается этими вариантами осуществления и при наличии множества вариантов осуществления подразумевается, что настоящее изобретение будет включать в себя конфигурацию, объединяющую эти варианты осуществления.
Первый вариант осуществления
На фиг. 1 схематично представлена система очистки отработавшего газа для отработавшего газа, полученного из восстановительного устройства, в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 1, система 10A очистки отработавшего газа в соответствии с данным вариантом осуществления включает в себя восстановительное устройство 14, устройство 21 извлечение кислого газа, коллектор 31A устройства извлечения и первую линию L4 возврата удаленных веществ. Восстановительное устройство 14 выполнено с возможностью осуществления процесса восстановления для превращения оксида 11 железа (например, железной руды) в восстановленное железо 13 путем добавления восстанавливающего агента 12. Устройство 21 извлечения кислого газа выполнено с возможностью извлечения CO2, представляющего собой кислый газ, из отработавшего газа 16 посредством абсорбирующей CO2 жидкости 20 (далее по тексту называемой «абсорбирующей жидкостью»), представляющей собой абсорбирующую кислый газ жидкость. Отработавший газ 16 выводится из восстановительного устройства 14 по линии L1 отработавшего газа и содержит по меньшей мере порошкообразные твердые вещества 15 на основе железа и кислый газ (CO2). Коллектор 31A устройства извлечения выполнен с возможностью сбора твердых веществ 15 на основе железа, содержащихся в абсорбирующей жидкости 20, с помощью фильтра. Твердые вещества 15 на основе железа, собранные коллектором 31A устройства извлечения, удаляют, и удаленные вещества 32A, содержащие удаленные твердые вещества 15 на основе железа, возвращают на сторону восстановительного устройства 14 по первой линии L4 возврата удаленных веществ. Отметим, что в данном варианте осуществления в качестве кислого газа используют CO2. Тем не менее, настоящее изобретение не ограничивается этим вариантом и может быть реализовано с таким кислым газом, как H2S.
В данном варианте осуществления коллектор 31A устройства извлечения включает в себя линию L2 отбора и линию L3 подачи жидкого фильтрата. По линии L2 отбора абсорбирующую жидкость 20 выводят из устройства 21 извлечения кислого газа. По линии L3 подачи жидкого фильтрата жидкий фильтрат 20A после сбора твердых веществ 15 на основе железа возвращают в устройство 21 извлечения кислого газа по линии L3 подачи жидкого фильтрата. Жидкий фильтрат 20A повторно используют в качестве абсорбирующей жидкости в устройстве 21 извлечения кислого газа.
Твердые вещества 15 на основе железа, присутствующие в абсорбирующей жидкости 20, выведенной из устройства 21 извлечения кислого газа по линии L2 отбора, отделяют на коллекторе 31A устройства извлечения, включающем в себя устройство сбора, например фильтр. Затем захваченные фильтром твердые вещества на основе железа и удерживающиеся компоненты абсорбирующего агента отделяют друг от друга, промывая фильтр отработанной водой с низкой концентрацией абсорбирующего CO2 агента или отмывочной водой в системе. Отделенные компоненты абсорбирующего агента извлекают вместе с отработанной водой с низкой концентрацией абсорбирующего CO2 агента или с отмывочной водой в системе устройства 21 извлечения кислого газа через линию L3 подачи жидкого фильтрата.
Здесь установленный в коллекторе 31A устройства извлечения фильтр не имеет конкретных ограничений, если фильтр используется только для сбора твердых веществ 15 на основе железа, содержащихся в абсорбирующей жидкости 20. Предпочтительно, чтобы фильтр представлял собой, например любой один из картриджного фильтра, намывного фильтра, металлического щелевого фильтра, металлического сеточного фильтра, металлокерамического фильтра, магнитного фильтра или их комбинации.
Здесь фильтр для сбора твердых веществ 15 на основе железа установлен в коллекторе 31A устройства извлечения. Дополнительно в качестве примеров средств удаления для удаления твердых веществ 15 на основе железа с фильтра могут использоваться, например скребок, устройство обратной промывки и т.п. Дополнительно перед десорбцией предпочтительно до некоторой степени высушить фильтр.
Необходимо отметить, что удаленные вещества 32A, содержащие твердые вещества 15 на основе железа в качестве основных компонентов, которые отбираются фильтром, возвращают в восстановительное устройство 14 для восстановления железной руды по первой линии L4 возврата удаленных веществ.
В данном варианте осуществления твердые вещества 15 на основе железа, являющиеся веществами, собранными обладающим полезными свойствами фильтром, повторно используют в восстановительном устройстве 14. При этом можно значительно уменьшить количество выбрасываемых отходов по сравнению с предшествующим уровнем техники. Дополнительно восстановленное железо 13 можно получить повторным применением восстановительного процесса к твердым веществам на основе железа в восстановительном устройстве 14. При этом может быть повышена эффективность повторного использования.
На фиг. 2 схематично представлена другая система очистки отработавшего газа для отработавшего газа, полученного из восстановительного устройства в соответствии с этим вариантом осуществления. На фиг. 2 те же компоненты, что и в показанной на фиг. 1 системе 10A очистки отработавшего газа в соответствии с настоящим изобретением, обозначены теми же самыми номерами позиций, а повторяющееся описание опущено. Как показано на фиг. 2, в системе 10B очистки отработавшего газа в соответствии с настоящим вариантом осуществления охлаждающая башня 19 для охлаждения отработавшего газа установлена выше по потоку от устройства 21 извлечения кислого газа. Циркулирующую через охлаждающую башню 19 охлаждающую воду 18 аналогичным образом подвергают фильтрации на фильтре в коллекторе 31B охлаждающей башни. Удаленные вещества 32B охлаждающей башни, содержащие твердые вещества 15 на основе железа, возвращают в восстановительное устройство 14 для восстановления железной руды по второй линии L7 возврата удаленных веществ. Отметим, что коллектор 31A охлаждающей башни включает в себя линию L5 отбора и линию L6 подачи жидкого фильтрата. По линии L5 отбора охлаждающую воду 18 выводят из охлаждающей башни 19. По линии L6 подачи жидкого фильтрата жидкий фильтрат 18A после сбора твердых веществ 15 на основе железа возвращают в охлаждающую башню 19.
В данном варианте осуществления твердые вещества 15 на основе железа, являющиеся веществами, собранными обладающим полезными свойствами фильтром и содержащиеся в охлаждающей воде 18, циркулирующей через охлаждающую башню 19, повторно используют в восстановительном устройстве 14. При этом можно значительно уменьшить количество выбрасываемых отходов по сравнению с предшествующим уровнем техники. Дополнительно восстановленное железо 13 можно получить повторным применением восстановительного процесса к твердым веществам на основе железа в восстановительном устройстве 14. При этом может быть повышена эффективность повторного использования.
На фиг. 3 представлен пояснительный вид фильтрационного механизма, установленного в коллекторе в первом варианте осуществления.
Как показано на фиг. 3, в данном варианте осуществления фильтр 51 использует частицы соединения на основе железа в качестве накапливающейся на нем фильтрующей среды 52. В качестве примеров частиц соединений на основе железа можно привести оксид железа (например, Fe2O3, Fe3O4, Fe2O3∙nH2O, FeO (OH), FeO) и карбонат железа (FeCO3).
Частицы соединения на основе железа, являющиеся фильтрующей средой 52, накапливающейся на фильтре 51, покрыты, например эпоксидной смолой. Диаметр каждой из частиц соединения на основе железа превышает размер ячейки фильтра 51. Частицы подаются на фильтрующую поверхность фильтра 51 и накапливаются на ней. Таким образом формируется фильтрующая среда 52, являющаяся фильтрующим слоем.
Эффективность удаления твердых веществ фильтром 51 может быть повышена формированием фильтрующей среды 52, образуемой из частиц соединения на основе железа. Кроме того, в качестве частиц фильтрующей среды используют соединения на основе железа. Соответственно, даже в случае, когда фильтрующая среда возвращается в восстановительное устройство 14 для восстановления железной руды, фильтрующая среда в восстановительном процессе не превращается в посторонние примеси. То есть имеется возможность снижения количества посторонних примесей в восстановительном устройстве 14.
Дополнительно в данном варианте осуществления предпочтительно, чтобы частицы соединения на основе железа были покрыты материалом покрытия, таким как эпоксидная смола. Покрытие поверхностей частиц эпоксидной смолой или подобным материалом предотвращает растворение ионов железа из фильтрующей среды 52 в абсорбирующую жидкость 20 на фильтровальной части коллектора 31A устройства извлечения. Наличие ионов железа в абсорбирующей жидкости приводит к окислительной деградации абсорбирующего агента, смешанного с абсорбирующей жидкостью. Соответственно, ухудшается способность абсорбции кислого газа. Во избежание указанных процессов обеспечивается описанное выше покрытие.
Здесь в качестве покрывающего агента используют материал, такой как эпоксидная смола, термически разлагающийся при высокой температуре. Соответственно, фильтрующую среду можно напрямую возвращать в качестве сырья в восстановительное устройство 14 для восстановления железной руды без отделения друг от друга твердых веществ 15 на основе железа, присутствующих в абсорбирующей жидкости 20, и частиц фильтрующей среды.
Что касается температуры материала покрытия в форме эпоксидной смолы, предпочтительно, чтобы температура была больше или равна рабочей температуры в устройстве 21 извлечения кислого газа и была меньше или равна температуре восстановительного процесса в восстановительном устройстве 14 для восстановления железной руды, то есть, например находилась в диапазоне от 200°C до 300°C.
На фиг. 4 представлен пояснительный вид другого фильтрационного механизма, установленного в коллекторе в данном варианте осуществления. Как показано на фиг. 4, в данном варианте осуществления в качестве фильтра 55 используется магнитный фильтр, создающий магнитное поле. Соответственно, на нем накапливаются частицы 56a соединения на основе железа и магнитная фильтрующая среда 56. Магнитные частицы 56a соединения на основе железа покрыты смолой, например эпоксидной смолой, как и в приведенном выше описании, что предотвращает растворение ионов железа.
Как показано на фиг. 4, магнитные частицы 56a подают на поверхность магнитного фильтра 55, где на них воздействует магнитное поле и происходит накапливание магнитной фильтрующей среды 56. При подаче частиц даже в случае если используемые частицы 56a соединения на основе железа будут меньше размера ячеек магнитного фильтра 55, в результате воздействия магнитного поля будет формироваться магнитная фильтрующая среда 56. Поэтому по сравнению со случаем, представленным на фиг. 3, образуется фильтрующий слой с мелкими ячейками, что позволяет повысить эффективность сбора.
Дополнительно в случае, когда абсорбирующую жидкость 20 подвергают процессу фильтрации, в результате воздействия магнитного поля магнитный фильтр 55 и магнитная фильтрующая среда 56 намагничиваются. После этого абсорбирующую жидкость 20, содержащую твердые вещества 15 на основе железа, подвергают процессу фильтрации. В случае, когда твердые вещества 15 на основе железа намагничены, при прохождении абсорбирующей жидкости 20 через магнитную фильтрующую среду 56 твердые вещества 15 на основе железа будут собираться фильтрующей средой 56 под воздействием силы магнитного поля. Дополнительно даже когда твердые вещества 15 на основе железа не будут намагниченными, твердые вещества 15 на основе железа будут сталкиваться с магнитной фильтрующей средой 56, образующей мелкий фильтр, и накапливаться на ней. После завершения процесса фильтрации воздействие магнитного поля прекращают и намагниченность фильтра пропадает. Затем фильтрующую среду 56 с захваченными ей твердыми веществами 15 на основе железа удаляют с магнитного фильтра 55.
В данном варианте осуществления выполняют операцию применения к фильтру магнитного поля. При этом фильтрующая среда для сбора твердых веществ 15 на основе железа может образовывать мелкий фильтр и количество собранных твердых веществ 15 на основе железа может быть увеличено. Кроме того, применение магнитного поля упрощает адгезию друг к другу и удаление друг от друга магнитного фильтра 55 и фильтрующей среды 56.
Второй вариант осуществления
В данном варианте осуществления в качестве примера кислого газа приведен углекислый газ (CO2), и далее в качестве примера устройства извлечения кислого газа будет описано устройство извлечения углекислого газа (далее называемое как «устройство извлечения CO2»). На фиг. 5 схематично представлено устройство извлечения CO2 во втором варианте осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 5, устройство 1000 извлечения CO2 во втором варианте осуществления включает в себя восстановительное устройство 14, башню 1004 абсорбции CO2 (далее называемую «абсорбционной башней»), башню 1006 регенерации абсорбирующей жидкости (далее называемую «регенерационной башней»), линию L11 подачи насыщенного раствора, линию L12 подачи обедненного раствора, коллектор 31A устройства извлечения, линию L22 подачи жидкого фильтрата, десорбционное устройство и линию L4 возврата удаленных веществ. Восстановительное устройство 14 выполнено с возможностью выполнения восстановительного процесса для превращения оксида 11 железа (например, железной руды) в восстановленное железо. Абсорбционная башня 1004 выполнена с возможностью удаления CO2 путем приведения в контакт друг с другом твердых веществ 15 на основе железа, содержащего CO2 отработавшего газа 16, выпускаемого из восстановительного устройства 14 абсорбционной башни, и абсорбирующей CO2 жидкости 1005. Регенерационная башня 1006 выполнена с возможностью регенерации насыщенного раствора 1005A, содержащего абсорбированный CO2, путем диффузии CO2 посредством теплообмена с паром из рибойлера 1020. По линии L11 подачи насыщенного раствора насыщенный раствор 1005A отбирают из абсорбционной башни 1004 и подают на сторону регенерационной башни 1006. По линии L12 подачи обедненного раствора обедненный раствор 1005B, регенерированный в регенерационной башне 1006, и полученный из него посредством диффузии CO2 отбирают из регенерационной башни 1006, и обедненный раствор 1005B вводят в абсорбционную башню 1004 для регенерации в абсорбционной башне 1004. Коллектор 31A устройства извлечения обеспечен на линии L21 ответвления жидкости, ответвляющейся от линии L12 подачи обедненного раствора, и выполнен с возможностью сбора на фильтре 51 твердых веществ 15 на основе железа, содержащихся в ответвленном обедненном растворе 1005B-1. По линии L22 подачи жидкого фильтрата жидкий фильтрат 1005B-2, проходящий через коллектор 31A устройства извлечения, возвращается в линию L12 подачи обедненного раствора. Десорбционное устройство выполнено с возможностью удаления собранных коллектором 31A устройства извлечения твердых веществ 15 на основе железа. По линии L4 возврата удаленных веществ удаленные вещества 32A, удаленные в десорбционном устройстве и содержащие твердые вещества 15 на основе железа, возвращают на сторону восстановительного устройства 14.
В данном варианте осуществления охлаждающая башня 1030, выполненная с возможностью охлаждения отработавшего газа 16, установлена выше по потоку от абсорбционной башни 1004 и охлаждает отработавший газ 16 циркулирующей охлаждающей водой 1031, чтобы довести его температуру до заданной температуры перед вводом отработавшего газа 16 в абсорбционную башню 1004.
Кроме того, регенерационная башня 1006 включает в себя резервуар 1026 сепаратора, выполненный с возможностью конденсировать водяной пар в конденсированную воду 1028 и отделять конденсированную воду 1028. Водяной пар находится в высвобожденном газе 1007, содержащем газообразный CO2 вместе с водяным паром, высвобождаемым из верхней части 1006a колонны башни 1006 регенерации абсорбирующей жидкости. Кроме того, абсорбционная башня 1004 включает в себя часть 1010 извлечения CO2, промывочную часть 1013 и часть 1015a приема конденсированной воды. Часть 1010 извлечения CO2 выполнена с возможностью абсорбции CO2 из отработавшего газа 16 путем приведения в контакт друг с другом содержащего CO2 отработавшего газа и абсорбирующей CO2 жидкости 1005. Промывочная часть 1013 расположена на верхней стороне части 1010 извлечения CO2 и выполнена с возможностью охлаждения не содержащего CO2 отработавшего газа 16A, из которого был удален CO2, и извлечения содержащейся абсорбирующей CO2 жидкости отмывочной водой 1013a. Часть 1015a приема конденсированной воды расположена под промывочной частью 1013 и выполнена с возможностью извлечения конденсированной воды 1014, образующейся в промывочной части 1013. В качестве отмывочной воды 1013a, используемой в промывочной части 1013, часть конденсированной воды 1028, отделенная в резервуаре 1026 сепаратора, подается по линии L24 подачи конденсированной воды. Отметим, что очищенный отработавший газ 16B, из которого абсорбирующая CO2 жидкость была удалена отмывочной водой 1013a, выпускается наружу из верхней части колонны абсорбционной башни 1004.
Дополнительно в данном варианте осуществления, в качестве отмывочной воды 1013b для очистки фильтра 51 используется часть конденсированной воды 1014, содержащей абсорбирующую CO2 жидкость 1005, извлеченную в части 1015a приема конденсированной воды, которая направляется в коллектор 31A устройства извлечения по линии L15 подачи отмывочной воды.
В способе извлечения, использующем устройство 1000 извлечения CO2, в абсорбционной башне 1004 содержащий CO2 отработавший газ 16 пропускают противотоком через абсорбирующую CO2 жидкость 1005, подаваемую через форсунку 1011, выполняющую функции распылителя жидкости в части 1010 извлечения CO2, обеспеченной на нижней стороне абсорбционной башни 1004. CO2 в содержащем CO2 отработавшем газе 16 абсорбируют абсорбирующей CO2 жидкостью 1005 посредством, например химической реакции (2R - NH2 + CO2→R - NH3+ + R - NH - COO-, R - NH2 + H2O + CO2→R - NH3+ + HCO3-).
Далее не содержащий CO2 отработавший газ 16A, полученный после удаления CO2, приводят в газово-жидкостный контакт с отмывочной водой 1013a, содержащей абсорбирующую CO2 жидкость 1005, которую подают из форсунки 1011 в промывочной части 1013. Таким образом производят извлечение абсорбирующей CO2 жидкости 1005, содержащейся в не содержащем CO2 отработавшем газе 16A. Далее конденсированную воду 1014, содержащую абсорбирующую CO2 жидкость 1005, извлеченную в части 1015a приема конденсированной воды, направляют по линии L14 циркуляции жидкости и снова используют в качестве отмывочной воды в промывочной части 1013.
Дополнительно насыщенный раствор 1005A, обладающий высокой концентрацией CO2 и полученный абсорбцией CO2, выведенного из нижней части абсорбционной башни 1004, подают в регенерационную башню 1006 насосом P1 насыщенного раствора по линии L11 подачи насыщенного раствора и вводят в колонну вблизи верхней части 1006a колонны регенерационной башни 1006. При протекании насыщенного раствора 1005A вниз по башне водяной пар, косвенно нагреваемый насыщенным водяным паром 1021 в рибойлере 1020, вызывает протекание эндотермической реакции, что приводит к высвобождению большей части CO2. Таким образом насыщенный раствор 1005A подвергается регенерации. Отметим, что насыщенный водяной пар 1021 выпускают из рибойлера 1020 в виде конденсированной воды 1022.
Дополнительно высвобожденный газ 1007, содержащий водяной пар, высвобожденный из насыщенного раствора 1005A в колонне, направляют наружу из верхней части 1006a колонны башни 1006 регенерации абсорбирующей жидкости. Дополнительно для содержащего водяной пар высвобожденного газа 1007 водяной пар конденсируют в охлаждающей части 1025 и воду отделяют в виде конденсированной воды 1028 в резервуаре 1026 сепаратора. Затем наружу из системы высвобождают чистый газообразный CO2 и на этом процедура извлечения завершается. Конденсированную воду 1028, отделенную в резервуаре 1026 сепаратора, подают в верхнюю часть башни 1006 регенерации абсорбирующей жидкости, верхнюю часть абсорбционной башни 1004 и т.п., тем самым регулируя водный баланс в замкнутой системе.
Имеющий низкую концентрацию CO2 обедненный раствор 1005B, регенерированный в регенерационной башне 1006, охлаждают теплообменом с насыщенным раствором 1005A в теплообменнике 1016, последовательно повышают его давление насосом P2 обедненного раствора и дополнительно охлаждают охладителем обедненного раствора. После этого обедненный раствор 1005B снова подают в абсорбционную башню 1004, включают в циркуляцию и повторно используют в качестве абсорбирующей CO2 жидкости 1005.
В данном варианте осуществления во время выполнения такого извлечения CO2, в случае, когда концентрация твердых веществ 15 на основе железа в обедненном растворе 1005B увеличивается, обедненный раствор 1005B вводят в коллектор 31A устройства извлечения, и оставшиеся в обедненном растворе 1005B-1 твердые вещества 15 на основе железа собирают на фильтре 51. Соответственно, обедненный раствор 1005B-2, из которого удалены твердые вещества 15 на основе железа, может быть подан в линию L12 подачи обедненного раствора.
При этом концентрация твердых веществ в абсорбирующей CO2 жидкости 1005, циркулирующей через абсорбционную башню 1004 и регенерационную башню 1006, снижается.
Дополнительно в коллекторе 31A устройства извлечения после удаления удаленных веществ 32A устройства извлечения в десорбционном устройстве (не показано) удаленные вещества 32A устройства извлечения возвращают в восстановительное устройство 14 для железной руды по линии L4 возврата удаленных веществ.
Далее описан процесс удаления твердых веществ 15 на основе железа в коллекторе 31A устройства извлечения и процесс очистки фильтра 51. На каждом из рисунков с фиг. 6-1 по фиг. 6-6 схематично представлен рабочий процесс коллектора устройства извлечения в данном варианте осуществления. Обычно, как показано на фиг. 6-1, в процессе абсорбции и удаления CO2 из отработавшего газа 16 и извлечения CO2 в случае, когда абсорбирующая жидкость циркулирует через абсорбционную башню 1004 и регенерационную башню 1006, абсорбирующая CO2 жидкость 1005 (обедненный раствор 1005B) циркулирует и повторно используется в замкнутой системе за счет закрытия клапана V11, обеспеченного в линии L21 ответвления жидкости, и клапана V12, обеспеченного в линии L22 подачи жидкого фильтрата, и открытия клапана V13, обеспеченного в линии L12 подачи обедненного раствора.
В это время в процессе удаления твердых веществ 15 на основе железа из абсорбирующей жидкости, когда ожидается повышение концентрации твердых веществ 15 на основе железа в обедненном растворе 1005B, как показано на фиг. 6-2, клапаны V11 и V12 открывают, когда обедненный раствор 1005B-1 фильтруют посредством коллектора 31A устройства извлечения. При этом часть обедненного раствора 1005B-1, который выводится по линии L12 подачи обедненного раствора, подают в коллектор 31A устройства извлечения по линии L21 ответвления жидкости для подачи обедненного раствора 1005B-1 на сторону коллектора 31A устройства извлечения, а твердые вещества 15 на основе железа, оставшиеся в обедненном растворе 1005B-1, собирают на фильтрующей среде (не показана) фильтра 51. Кроме того, обедненный раствор 1005B-2, являющийся жидким фильтратом, из которого удаляют твердые вещества 15 на основе железа, направляют в линию L12 подачи обедненного раствора по линии L22 подачи жидкого фильтрата.
Далее после завершения отделения твердых веществ 15 на основе железа, как показано на фиг. 6-3, открывают клапан V16, обеспеченный в линии L15 подачи отмывочной воды, и имеющую низкую концентрацию абсорбирующую CO2 жидкость, циркулирующую в системе, подают в основной корпус 17 фильтровального устройства в качестве отмывочной воды 1013b. Подают отмывочную воду 1013b и абсорбирующую CO2 жидкость 1005, удерживающуюся на фильтре 51, извлекают в отмывочную воду 1013b. Таким образом выполняют грубую очистку фильтра 51.
После завершения грубой очистки, как показано на фиг. 6-4, закрывают клапан V16 в линии L15 подачи отмывочной воды и открывают клапан V17 в линии L23 подачи отмывочной воды. При этом в коллектор 31A устройства извлечения подается отмывочная вода 25 без абсорбирующей CO2 жидкости 1005. Используя поступающую снаружи отмывочную воду 25 без абсорбирующей CO2 жидкости, выполняют финишную очистку для очистки и удаления абсорбирующей CO2 жидкости 1005, удерживающейся на фильтре 51, и твердых веществ 15 на основе железа. Выполняя финишную очистку, удаляют те компоненты абсорбирующего агента, удерживающиеся на фильтре 51, и твердые вещества 15 на основе железа, которые не удалось удалить при грубой очистке.
Отмывочную воду 25A финишной очистки, содержащую абсорбирующую CO2 жидкость, и используемую для финишной очистки, подают в линию L13 подачи обедненного раствора по линии L22 возврата и вводят в абсорбционную башню 1004.
После завершения этой очистки, как показано на фиг. 6-5, все клапаны V11, V12, V16, и V17 закрывают и по воздушной линии L25 в коллектор 31A устройства извлечения подают воздух 28 в том же направлении, как и в случае, когда выполняют очистку отмывочной водой 25, и высушивают фильтр 51.
После завершения сушки, как показано на фиг. 6-6, в коллектор 31A устройства извлечения подают сжатый воздух 28 по линии L26 обратной продувки в противоположном направлении и сдувают фильтрующую среду с фильтра. Затем удаленные вещества 32A устройства извлечения возвращают в восстановительное устройство 14 для железной руды по линии L4 возврата удаленных веществ.
Поскольку отмывочную воду 25A финишной очистки, которая удаляет компоненты абсорбирующего агента, подают в абсорбционную башню 1004, в систему подают воду снаружи. В результате количество воды внутри замкнутой системы увеличивается. Поэтому в данном варианте осуществления может дополнительно потребоваться выполнение технологической операции, описанной ниже. Ее смысл заключается в регулировании водного баланса в абсорбционной башне 1004 и поддержание количества воды в системе на заданном уровне. Затем приводят к заданному уровню концентрацию абсорбирующей CO2 жидкости 1005, циркулирующей в системе.
В данном варианте осуществления описан случай удаления твердых веществ на основе железа, содержащихся в абсорбирующей CO2 жидкости 1005, циркулирующей через абсорбционную башню и регенерационную башню. Однако твердые вещества 15 на основе железа, содержащиеся в охлаждающей воде 18, циркулирующей через охлаждающую башню 19, могут быть удалены аналогичным образом, а удаленные вещества охлаждающей башни могут быть аналогичным образом возвращены в восстановительное устройство 14.
Перечень условных обозначений
10A–10K — системы очистки отработавшего газа
11 — оксид железа (например, железная руда)
12 — восстанавливающий агент
13 — восстановленное железо
14 — восстановительное устройство
15 — твердое вещество на основе железа
16 — отработавший газ
18 — охлаждающая вода
19 — охлаждающая башня
20 — абсорбирующая жидкость
20A — жидкий фильтрат
21 — устройство извлечения кислого газа
31A — коллектор устройства извлечения
31B — коллектор охлаждающей башни
32A — удаленное вещество
32B — удаленное вещество охлаждающей башни
1004 — абсорбционная башня
1005 — абсорбирующая CO2 жидкость
1005A — насыщенный раствор
1005B — обедненный раствор
1006 — башня регенерации абсорбирующей жидкости
1010 — часть извлечения CO2
1030 — охлаждающая башня
1031 — охлаждающая вода.
Изобретение относится к системе очистки для отработавшего газа из восстановительного устройства. Система включает восстановительное устройство, выполненное с возможностью осуществления восстановительного процесса для превращения оксида железа в восстановленное железо, устройство извлечения кислого газа абсорбирующей кислый газ жидкостью из отработавшего газа, содержащего твердые вещества на основе железа и кислый газ, выпускаемые из восстановительного устройства, коллектор устройства извлечения для сбора твердых веществ на основе железа, содержащихся в абсорбирующей жидкости, и линию возврата удаленных веществ, на которой удаляются собранные коллектором твердые вещества на основе железа, причем линия возврата предназначена для возврата удаленных веществ устройства извлечения, содержащих ранее удаленные твердые вещества на основе железа, на сторону восстановительного устройства. Изобретение обеспечивает эффективную утилизацию собранных веществ на основе железа из отработавшего газа и снижение количества отходов. 6 з.п. ф-лы, 11 ил.
1. Система очистки отработавшего газа для отработавшего газа из восстановительного устройства, включающая в себя:
восстановительное устройство, выполненное с возможностью осуществления восстановительного процесса для превращения оксида железа в восстановленное железо;
устройство извлечения кислого газа, выполненное с возможностью извлечения кислого газа абсорбирующей кислый газ жидкостью из отработавшего газа, содержащего по меньшей мере твердые вещества на основе железа и кислый газ, выпускаемые из восстановительного устройства;
коллектор устройства извлечения, выполненный с возможностью сбора твердых веществ на основе железа, содержащихся в абсорбирующей кислый газ жидкости; и
линию возврата удаленных веществ, на которой удаляются собранные коллектором твердые вещества на основе железа, причем линия возврата удаленных веществ предназначена для возврата удаленных веществ устройства извлечения, содержащих ранее удаленные твердые вещества на основе железа, на сторону восстановительного устройства.
2. Система по п. 1, в которой коллектор включает в себя линию отбора для отбора абсорбирующей кислый газ жидкости из устройства извлечения кислого газа и линию подачи жидкого фильтрата для возврата жидкого фильтрата, полученного после сбора твердых веществ на основе железа, в устройство извлечения кислого газа.
3. Система по п. 1 или 2, дополнительно включающая в себя:
охлаждающую башню, обеспеченную выше по потоку от устройства извлечения кислого газа и выполненную с возможностью охлаждения циркулирующей охлаждающей водой отработавшего газа, содержащего по меньшей мере твердые вещества на основе железа и кислый газ, выпускаемые из восстановительного устройства;
коллектор, выполненный с возможностью сбора твердых веществ на основе железа, содержащихся в циркулирующей охлаждающей воде;
удаляющее устройство охлаждающей башни, выполненное с возможностью удаления собранных коллектором твердых веществ на основе железа; и
линию возврата удаленных веществ для возврата удаленных веществ охлаждающей башни, содержащих твердые вещества на основе железа, удаленные удаляющим устройством охлаждающей башни, на сторону восстановительного устройства.
4. Система по п. 3, в которой удаляющее устройство охлаждающей башни включает в себя линию отбора для отбора охлаждающей воды из охлаждающей башни и линию подачи жидкого фильтрата для возврата жидкого фильтрата, полученного после сбора твердых веществ на основе железа, в охлаждающую башню.
5. Система по любому из пп. 1–4,
в которой коллектор включает в себя фильтр, и
причем фильтр представляет собой любой один из картриджного фильтра, намывного фильтра, металлического щелевого фильтра, металлического сеточного фильтра, металлокерамического фильтра, магнитного фильтра или их комбинации.
6. Система по любому из пп. 1–4,
в которой коллектор включает в себя фильтр,
причем фильтр представляет собой любой один из картриджного фильтра, намывного фильтра, металлического щелевого фильтра, металлического сеточного фильтра, металлокерамического фильтра или их комбинации, и
при этом фильтр имеет поверхность, на которой обеспечена фильтрующая среда, и на фильтрующей среде скапливаются частицы соединения на основе железа, покрытые смолой.
7. Система по любому из пп. 1–4,
в которой коллектор включает в себя фильтр,
причем фильтр представляет собой магнитный фильтр,
причем магнитный фильтр имеет поверхность, на которой обеспечена фильтрующая среда, и
при этом фильтрующая среда сформирована из магнитных частиц соединения на основе железа, покрытых смолой, и при воздействии магнитным полем магнитные частицы соединения на основе железа скапливаются на поверхности магнитного фильтра.
| УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЖЕЛЕЗА ПРЯМОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ | 2012 |
|
RU2567965C1 |
| СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ И УДАЛЕНИЯ ВЫДЕЛЯЮЩИХСЯ В ВАГРАНКЕ ОСТАТОЧНЫХ ВЕЩЕСТВ | 1997 |
|
RU2148663C1 |
| Кипятильник для воды | 1921 |
|
SU5A1 |
| Способ приготовления мыла | 1923 |
|
SU2004A1 |
