Способ очистки газов Российский патент 2023 года по МПК B01D47/06 B01D47/10 B01D53/14 B01D53/78 

Изобретение может быть использовано в химической, металлургической, нефтяной, пищевой и других отраслях производства.

Известен хемосорбционный способ очистки газов от вредных газовых компонентов (SO₂, HF, H₂S, HCl, NH₃ и др.) различными поглотительными суспензиями или щелочными растворами. Например, в монографии (Розенкноп 3. П. «Извлечение двуокиси серы из газов». ГНТИ химической литературы, -М -Л: 1952) описаны способы хемосорбционной очистки газов от сернистого ангидрида. В результате реакции нейтрализации этих газовых компонентов образуются растворимые соли.

Известны способы очистки газов от взвешенных частиц, растворимых в воде, с образованием солевых растворов в производстве минеральных удобрений, солевых производств (KCl, NaCl, CaCl₂ и др.). Например, при очистке отходящих газов сушилки-гранулятора кипящего слоя от взвешенных частиц хлористого кальция, после аппаратов сухой очистки (циклонов) установлены аппараты мокрой очистки - скрубберы Вентури, причем первый скруббер Вентури работает в испарительном режиме и орошается 47-49% раствором CaCl₂ (см. Модернизация системы мокрой очистки топочных газов производства хлористого кальция на ООО «Зиракс» (ООО «Химтехнология»). Сборник докладов XI международной конференции «Пылегазоочистка-2016, с. 38). Рекуперация тепла отходящих газов, растворение уловленной в циклоне и скруббере Вентури пыли позволяет повысить концентрацию исходного раствора CaCl₂ до заданной для ввода раствора в сушилку - гранулятор.

В производстве алюминия, при очистке газов, удаляемых от электролизеров, в аппаратах мокрой газоочистки одновременно проходят процессы хемосорбционной очистки от SO₂ и HF, а также поглощение твердых фторидов (AlF₃) и пыли (Al₂O₃). При орошении аппарата газоочистки исходным содовым раствором, циркуляционный раствор имеет приблизительно следующий химический состав: Na₂CO₃ - 15 г/л; Na₂SO₄ - 120 г/л; NaHCO₃ – 10 - 15 г/л; NaF – 0 - 6 г/л. Газовая нагрузка таких газоочистных установок может быть 1 - 4 млн. нм³/ч.

Наиболее часто, в качестве аппаратов газоочистки используются высокоэффективные скрубберы-абсорберы Вентури первой и второй ступени, совмещенные со сборниками циркуляционными (см. Патент на изобретение №2601332 РФ, опубликован 10.11.2016 г., Бюлл. №31) либо с трубой Вентури, расположенной перпендикулярно оси циклонного сепаратора, например, как это заявлено в патенте №2550389 РФ (опубликован 10.05.2015, Бюл. №13). Как правило, в каждом аппарате газоочистки абсорбент циркулирует по контуру: сборник циркуляционный - насос - ороситель (форсуночный узел) - абсорбер -сборник циркуляционный.

В процессе эксплуатации газоочистной установки поглотительный раствор в циркуляционном контуре насыщается поглощаемым из газа компонентом. Рассматриваемые способы обладают следующими недостатками:

1. Из-за уноса микрокапель, которые насыщаются поглощаемым компонентом, эффективность работы абсорбционного аппарата снижается, и увеличиваются потери абсорбента, что не допустимо в случае дорогостоящего или токсичного абсорбента.

2. В аппаратах газоочистки, как правило, не обеспечивается 100% очистка от вредных газовых компонентов. Имеет место проскок компонента, который нейтрализуется унесенным поглотительным раствором вне абсорбционного аппарата и сопровождается кристаллизацией солей в газоходах, выхлопной трубе, корпусе и рабочем колесе вентилятора (дымососа). Чем ниже эффективность очистки газов в абсорбционном аппарате, тем быстрее в процессе эксплуатации происходит зарастание, часто трудно удаляемыми, продуктами нейтрализации поверхностей элементов оборудования, что приводит к повышению гидравлического сопротивления по газовому тракту, дисбалансу рабочего колеса вентилятора (дымососа). Эксплуатация газоочистной установки сопровождается дополнительными затратами труда, энергии и денежных средств.

3. Часто газоочистная установка содержит сухую и мокрую стадии очистки газов. В целях удешевления стоимости оборудования, тягодутьевое устройство устанавливают после сухой стадии очистки. Аппараты мокрой очистки, газоходы и выхлопная труба располагаются на напорной линии вентилятора. Полностью герметизировать оборудование на напорной линии в процессе эксплуатации газоочистной установки часто не получается, поэтому из-за подтеков и кристаллизации солей наружная поверхность оборудования подвергается коррозии и имеет неприглядный внешний вид.

4. В микрокапельном уносе из абсорбционных аппаратов, кроме исходного поглотительного раствора, велика доля солей- продуктов нейтрализации вредных газовых компонентов, что усугубляет описанные выше негативные явления.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому способу является патент №2650967 РФ (опубликовано 18.04.2018 г., Бюл.№11), в котором промывка газов осуществляется по меньшей мере в две ступени в направлении от первой ко второй ступени, путем орошения их поглотительной жидкостью, с циркуляцией поглотительной жидкости в каждой ступени и поддержанием постоянной концентрации компонентов в поглотительной жидкости путем непрерывного отвода отработанной и подвода свежей поглотительной жидкости в направлении от второй ступени к первой и сепарации капель жидкости из газов, причем промывка от солевых отложений осуществляется периодически путем подачи промывочной жидкости параллельно направлению течения газа в месте ее ввода, а отвод отработанной и подвод свежей поглотительной жидкости осуществляется с возможностью образования противоточного течения потоков поглотительной жидкости и газожидкостной смеси, полученной при орошении газов поглотительной жидкостью, и их взаимодействия, при этом промывку газов в первой ступени осуществляют прямотоком, а во второй ступени в области с большей скоростью течения газов - прямотоком, а в области с меньшей скоростью течения газов - перекрестным током, причем отношение большей скорости течения газа к меньшей скорости течения газа составляет 1,75-2,1:1.

В патенте №2650967 РФ подача поглотительной жидкости в направлении от второй ступени к первой приводит к уносу из второй ступени абсорбции поглотительной жидкости и продуктов нейтрализации вредных газовых компонентов. Поэтому все недостатки газоочистных установок, перечисленные ранее, в прототипе сохраняются.

Для предотвращения уноса капельной влаги в сепараторе второго скруббера Вентури установлена сложная система сепарационных устройств: в нижней части центробежный с коническим завихрителем каплеотделитель и, дополнительно, для предотвращения уноса капель поглотительной жидкости в атмосферу, перед конической крышкой сепаратора установлен каплеуловитель, выполненный в виде ситчатой поверхности. Для периодической промывки сепаратора и каплеуловителя от отложения солей предусмотрены центробежно-струйные форсунки, что предполагает дополнительный расход промывной воды

В процессе длительной эксплуатации каплеотделитель и каплеуловитель зарастают кристаллизующимися солями - продуктами нейтрализации вредных газовых компонентов, что вызывает возрастание гидравлического сопротивления по газовому тракту и рост энергетических затрат. Причем, центробежный каплеотделитель с коническим завихрителем, как видно из описания, конструктивно не пригоден для периодической промывки от зарастания солями.

ООО «Химтехнология» в 2014 году выполнила проект модернизации системы очистки отходящих газов от хлористого водорода в отделении получения жидкого хлористого кальция ООО «Зиракс» (г.Волгоград) (см. Сборник докладов УП Международной конференции «Пылегазоочистка-2014, с. 29), а в 2017 году проект очистки топочных газов производства хлористого кальция (см. Сборник докладов XI международной конференции «Пылегазоочистка-2018, с. 70). Оба проекта реализованы на соответствующих производственных линиях ООО «Зиракс».

В качестве основных аппаратов газоочистки ООО «Химтехнология» в указанных проектах применила скрубберы-абсорберы Вентури с 2-х ярусным орошением по патенту на полезную модель №131646 РФ (Опубликовано: 27.08.2013 Бюл.№24). Схемы, аппаратурное оформление и технические решения, принятые в перечисленных выше проектах ООО «Химтехнология», использованы в патентах №2601333 РФ и №2650967 РФ (прототип). В патенте №2650967 в конструкции скруббера - абсорбера Вентури вместо второго яруса форсуночного орошения авторы патента изменили конструкцию орошения на щелевое с отражательной пластиной. Принятый способ орошения заведомо хуже центробежно - струйного форсуночного и направлен, в основном, на обход патента №131646 РФ. Общеизвестно, что щелевая подача орошения поперек движения газового потока увеличивает гидравлическое сопротивление аппарата и пригодна для перекрытия сечения аппарата на газовую нагрузку 5-10 тыс. м³/ч. С увеличением масштаба скруббера-абсорбера Вентури (100-500 тыс. м³/ч) такой способ подачи орошения не обеспечивает полного перекрытия сечения горловины, поэтому эффективность работы абсорбционного аппарата снижается.

Недостатками способа очистки газов по патенту №2650967 РФ являются:

- унос поглотительной жидкости и продуктов нейтрализации из второго по ходу газа абсорбционного аппарата;

- кристаллизация солей, образующихся в процессе реакций нейтрализации вредных газовых компонентов на элементах оборудования после абсорбционного аппарата;

- повышение гидравлического сопротивления системы газоочистки по газовому тракту из-за зарастания солями сепарационных устройств и газоходов;

- частые остановки вентиляторов (дымососов) на чистку из-за отложения солей на рабочем колесе и дисбаланса в его работе;

- возрастают дополнительные затраты воды на промывку сепарационных устройств и времени на поддержание системы газоочистки в рабочем состоянии.

Целью предлагаемого способа очистки газов является устранение указанных недостатков за счет резкого снижения уноса поглотительной жидкости и продуктов нейтрализации из второго по ходу газов скруббера – абсорбера Вентури, в результате чего снижается гидравлическое сопротивление системы газоочистки, повышается надежность работы установки, упрощается конструкция сепаратора второго абсорбера.

Поставленная цель достигается за счет того, что поглотительная жидкость подается в сборник циркуляционный первого по ходу газа скруббера-абсорбера Вентури и его подача регулируется по водородному показателю рН циркулирующей жидкости, а второй по ходу газа санитарный скруббер-абсорбер Вентури орошается водой, причем уровень жидкости в сборнике циркуляционном первого скруббера-абсорбера Вентури поддерживается и регулируется автоматически за счет подачи воды в сборник второго скруббера-абсорбера Вентури.

Вынос микрокапель из первого скруббера-абсорбера Вентури не является определяющим для содержания поглотительной жидкости и солей нейтрализации в сборнике циркуляционном второго скруббера-абсорбера Вентури. Их концентрация в сборнике циркуляционном второго абсорбера на порядок или два порядка может быть ниже и может регулироваться подачей свежей воды.

Как правило, очистка газов хемосорбцией осуществляется для вредных газовых компонентов хорошо или среднерастворимых в воде. Поэтому при сохранении гидродинамических условий работы во втором по ходу газа санитарном скруббере – абсорбере Вентури эффективность системы газоочистки в целом не изменится от замены поглотительной жидкости во втором циркуляционном сборнике водой.

Общеизвестно, что химической реакции нейтрализации вредных газовых компонентов предшествует физическая абсорбция их водой. Химическая реакция нейтрализации вредных компонентов газа протекает уже в растворе, в сборнике циркуляционном. Процесс поглощения и нейтрализации носит стадийный характер. Передача жидкости из сборника циркуляционного второго скруббера – абсорбера Вентури в первый перетоком обеспечивает нейтрализацию уловленных в санитарном абсорбере газовых компонентов.

На фиг. 1 показана схема реализации предлагаемого способа очистки газов. Промывка газов осуществляется по крайней мере в две ступени в направлении от первой ко второй. Поглотительная жидкость подается в первый по ходу газа скруббер-абсорбер Вентури с 2-х ярусным орошением. Циркуляция поглотительной жидкости осуществляется по схеме: сборник циркуляционный - насосы- форсуночные узлы подачи поглотительной жидкости - скруббер-абсорбер Вентури - сборник циркуляционный. Контроль состояния поглотительной жидкости осуществляется по водородному показатель рН-раствора, а уровень поддерживается автоматически в рабочем диапазоне в сборнике циркуляционном первого скруббера-абсорбера Вентури за счет подачи подпиточной воды в сборник циркуляционный второго санитарного скруббера-абсорбера Вентури. Очищенный от примесей в первом скруббере-абсорбере Вентури газ поступает на доочистку в санитарный скруббер-абсорбер Вентури. Здесь проходит финишная очистка газа от примесей и промывка газа от микрокапель поглотительной жидкости и солей нейтрализации. Санитарный скруббер-абсорбер Вентури орошается водой. Концентрация солей в сборнике циркуляционном санитарного скруббера-абсорбера Вентури в сотни раз меньше, чем в сборнике первого скруббера-абсорбера Вентури. Промытый в трубе Вентури газ поступает в сепаратор и через жалюзийный каплеуловитель вентилятором сбрасывается в атмосферу. Жалюзийные каплеуловители обеспечивают очистку газов от капельной влаги до содержания не более 100 мг/ нм, а содержание солей в капельной влаге будет менее 1 мг/нм газа.

Предлагаемый способ очистки газов устраняет все недостатки, связанные с уносом поглотительной жидкости и солей нейтрализации из абсорбционных аппаратов.

Изобретение может быть использовано в химической, металлургической, нефтяной, пищевой и других отраслях производства. Предлагается способ очистки газов, при котором образуются солевые растворы или происходит поглощение вредных газовых компонентов поглотительным раствором с образованием солей, растворимых в воде. Поглотительная жидкость подается в сборник циркуляционный первого по ходу газа скруббера-абсорбера Вентури. Его подача регулируется по водородному показателю рН циркулирующего раствора. Второй по ходу газа санитарный скруббер-абсорбер Вентури орошается водой. Причем уровень жидкости в сборнике циркуляционном первого скруббера-абсорбера Вентури поддерживается и регулируется автоматически за счет подачи воды в сборник второго скруббера-абсорбера Вентури. Предложенный способ, наряду с сохранением эффективности очистки газов, предотвращает выброс капельной поглотительной жидкости и продуктов нейтрализации, содержащих растворенные соли, в атмосферу, а также повышается надежность работы установки и упрощается конструкция сепаратора второго абсорбера Вентури. 1 ил.

Способ очистки газов, включающий промывку газов по меньшей мере в две ступени в направлении от первой ко второй ступени, путем орошения их поглотительной жидкостью, с организацией циркуляции поглотительной жидкости в каждой ступени, поддержанием постоянной концентрации компонентов в поглотительной жидкости путем непрерывного отвода отработанной и подвода свежей поглотительной жидкости в направлении от второй ступени к первой, отличающийся тем, что поглотительная жидкость подается в сборник циркуляционный первого по ходу газа скруббера-абсорбера Вентури и его подача регулируется по водородному показателю рН циркулирующей жидкости, а второй по ходу газа санитарный скруббер-абсорбер Вентури орошается водой, причем уровень жидкости в сборнике циркуляционном первого скруббера-абсорбера Вентури поддерживается и регулируется автоматически за счет подачи воды в сборник второго скруббера-абсорбера Вентури.