Установка для очистки дымовых газов Российский патент 2024 года по МПК B01D53/76 

Изобретение относится к установкам для очистки газов и может быть применено в энергетике при сжигании топлива, коксохимической, угольной и химической промышленности.

Известна установка для очистки газа, включающая абсорбер, в котором расположены оросительные устройства и беспровальные газораспределительные решетки с псевдоожиженным слоем орошаемой насадки, циркуляционные насосы, соединенные с анодной и катодной камерами электролизера, которые соединены трубопроводы для подачи анолита и католита с соответствующими оросительными устройствами, указанные решетки соединены с трубопроводами для сбора прореагировавших анолита и католита, которые соединены с регенератором, соединенным с циркуляционными насосами, а также последовательно соединенные средство компримирования и осушки воздуха и озонатор, который через эжекторы подсоединен к входным трубопроводам циркуляционных насосов, а к выходу регенератора для удаленных из газов окислов подсоединена конденсационно-абсорбционная установка и сборники продуктов десорбции (SU 1152631 А, 30.04.1985).

Недостатком данной установки является большое водопотребление и очень низкая степень очистки газа вследствие того, что чередующуюся промывку растворами анолита и католита проводят в форсуночном скруббере, который имеет эффективность очистки 60–70%.

Элементарные расчёты показывают, что для описанной выше лабораторной установки производительностью 1500 м³/час печного газа требуется минимум 4500 литров в час электроактивированной воды, полученной при электрохимической активации воды в электролизёре. При этом на данный момент электролизёры с такой производительностью в результате научно-технического поиска, проведённого авторами, не обнаружены. Кроме этого, количество воды, которую необходимо очищать, становится на порядок дороже самой очистки газов.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является выбранная в качестве прототипа система очистки дымовых газов, которая содержит электролизер для электрохимической активации воды, подаваемой в последний из водонакопителя, емкости для сбора соответственно, католита и анолита, а также последовательно соединенные дымоходы, по которым идут отработанные газы от котла, камеру осаждения твердых примесей с бункером, нейтрализатор с блоками фильтров внутри, дымосос и конденсатоулавливающую установку с фильтром. Кроме того, система содержит блоки лучевых активаторов, вмонтированные в камеру осаждения и в дымоход , установку окисления атмосферного воздуха, установленную на входе в дымосос, а также трубопроводы для подачи католита и анолита из емкостей на блоки фильтров нейтрализатора, трубопроводы для подачи католита или анолита из емкостей в генератор аэрозоля, трубопровод, соединяющий последний с камерой осаждения, трубопровод для сбора прореагировавших анолита и католита, а также конденсата и подачу их в бункер, трубопровод подачи нейтрализованных растворов в водонакопитель, подпитка которого до необходимого объема осуществляется водопроводной водой, циркуляционные насосы и источники напряжения для электролизера, блоков лучевых активаторов и устройства окисления воздуха (RU 2058807 C1, опуб. 27.04.1996).

Недостатками прототипа являются следующие нестыковки практического характера:

во-первых, в камере осаждения твёрдых частиц на очищаемые газы воздействуют католитом или анолитом, предварительно преобразованными в пар, вследствие чего последние автоматически теряют свои электрохимические свойства ввиду того, что пар является дистиллятом с единым электрохимическим свойством - жидкий диэлектрик, с ОВП = 0;

во-вторых, система содержит блоки лучевых активаторов, вмонтированных в камеру осаждения и в дымоход, якобы для воздействия на проходящие по ним газы с твердыми примесями сажи и золы жестким ультрафиолетовым излучением для фотохимического возбуждения окислов вредных примесей, присутствующих в очищаемых газах, что практически не осуществимо вследствие нулевой прозрачности очищаемых газов, как раз из-за сажи и золы;

в-третьих, все вышеперечисленные манипуляции с очищаемым газом происходят одновременно в одной камере, при этом воздействие на очищаемый газ производится только парообразным анолитом или католитом, вследствие чего, при воздействии, например, парообразного анолита, загрязняющие ингредиенты, имеющие отрицательный потенциал, проскакивают мимо, не вступая в контакт с паром, имеющим одноимённый потенциал; то же самое происходит с парообразным католитом;

в-четвёртых, далее утверждается: «…поскольку частицы пара находятся на более низком температурном уровне, чем оксиды примесей газового потока, обеспечивается температурный дрейф примесей к молекулам (ионам) воды с образованием кластеров и крупных комплексов…», то есть все манипуляции по очистке дымового потока производятся при температурах выше 100°С, а поскольку растворимость газов с повышением температуры согласно принципу Ле Шателье понижается, то фактически имеет место процесс воздействия нейтральным газом (водяным паром) на дымовые газы, которые минимально реагируют на данное воздействие.

в-пятых, после вышеуказанных манипуляций дымовой поток из камеры осаждения поступает на блоки фильтров нейтрализатора, где подвергается чередующейся промывке католитом (рН 12) и анолитом (рН 4), полученными при электрохимической активации водопроводной воды в электролизёре, то есть опять повторяются манипуляции католитом и анолитом в одном нейтрализаторе, где происходит реальная взаимная нейтрализация анолита и католита с якобы попутным поглощением всех окисленных оксидов;

в-шестых - в прототипе утверждается: «…а нейтрализованные растворы по трубопроводу поступают в водонакопитель возвращаются снова в цикл для электрохимической активации воды в электролизёре…», однако в случае реального осуществления указанной манипуляции произойдёт выход из строя электролизёра вследствие межэлектродного замыкания ввиду того, что якобы нейтрализованный раствор фактически представляет собой коллоидную взвесь редкоземельных, тяжелых и благородных металлов в количестве более 40 (сорока) элементов периодической системы Д,И, Менделеева;

в-седьмых, принципиальные схемы очистки дымовых газов рассмотренных выше известных способов практически неработоспособны при использовании в промышленных масштабах, которые имеют следующие усреднённые характеристики, а именно:

- скорость дымовых потоков в газоходах от 10 до 20 метров в секунду, во избежание забивания сечения газохода вследствие оседания и выпадения в осадок смога и пыли;

- сечения промышленных газоходов в среднем составляют от 1,5 до 3,5 метра;

- количество дымовых газов подлежащих очистке, выбрасываемых ТЭЦ средней мощности, работающей на угле, в среднем составляет от 100 до 150 м³/с или 360000÷540000 м³/час.

«При сжигании угля с золой и отходящими газами некоторых элементов в окружающую среду поступает больше, чем добывается из недр: магния - в 1,5раза, молибдена - в 3, мышьяка - в 7, урана, титана - в 10, алюминия, йода, кобальта - в 15, ртути - в 50, лития, ванадия, стронция, бериллия, циркония - в сотни раз, галлия, германия, в тысячи раз, иттрия - в десятки тысяч раз» (ЭКОЛОГИЯ, Г. В. Стадницкий, А. И. Родионов стр.117, Москва, «Высшая школа»).

Техническая проблема, решаемая изобретением, заключается в устранении вышеперечисленных недостатков прототипа, повышении эффективности очистки дымовых газов от поликомпонентных загрязнителей, а именно, в обеспечении высокой степени очистки промышленных газов от твердых примесей, окислов азота, оксида углерода, диоксида серы, сероводорода, и т.д., для последующей переработки конденсата с целью извлечения редкоземельных элементов.

Технический результат изобретения заключается в повышении степени очистки больших количеств дымовых газов за счет обеспечения поочередного воздействия на них холодного тумана высокого давления католита и анолита, представляющего собой мелкодисперсный туман из разноимённо заряженных электролитов с высоким ОВП (окислительно-восстановительным потенциалом).

Технический результат достигается тем, что в установке для очистки дымовых газов, содержащей по меньшей мере одну камеру предварительного озонирования, камеры для обработки католитом и анолитом, дымосос, емкости католита и анолита, соединенные с насосами католита и анолита соответственно, соединенные с выходами указанных насосов трубопроводы подачи католита и анолита, по меньшей мере один трубопровод слива католита и по меньшей мере один трубопровод слива анолита и по меньшей мере одна накопительная емкость отработанных католита и анолита, согласно изобретению, камеры для обработки католитом и анолитом представляют собой по меньшей мере одну линию очистки, соединенную с выходом по меньшей мере одной камеры предварительного озонирования и включающую последовательно чередующиеся по меньшей мере одну камеру холодного тумана католита и по меньшей мере одну камеру холодного тумана анолита, насосы католита и анолита представляют собой насосы высокого давления, по меньшей мере в одной камере холодного тумана католита и по меньшей мере в одной камере холодного тумана анолита расположены форсунки для распыления католита и анолита, соединенные с трубопроводом подачи католита и трубопроводом подачи анолита соответственно.

Кроме того, технический результат достигается следующими предпочтительными вариантами исполнения установки.

Установка может быть снабжена камерой финишного озонирования, к которой подсоединен дымосос и которая соединена с выходом по меньшей мере одной линии очистки.

Установка может содержать по меньшей мере одну накопительную емкость отработанного католита и по меньшей мере одну накопительную емкость отработанного анолита, соединенные соответственно по меньшей мере с одним трубопроводом слива католита и по меньшей мере с одним трубопроводом слива анолита.

Для еще более эффективной очистки по меньшей мере одна линия очистки может включать последовательно чередующиеся через одну по меньшей мере две камеры холодного тумана католита и по меньшей мере две камеры холодного тумана анолита.

При очистке больших количеств дымового газа установка содержит по меньшей мере две линии очистки с одинаковым числом камер холодного тумана католита и числом камер холодного тумана анолита, а также содержит трубопроводы слива католита и трубопроводы слива анолита по указанному числу, при этом каскад всех первых по ходу газа камер холодного газа католита соединен с одним трубопроводом слива католита, каскад всех первых по ходу газа камер холодного тумана анолита соединен с одним трубопроводом слива анолита, и каждый последующий каскад камер холодного тумана католита и холодного тумана анолита соединен с соответствующим трубопроводом слива католита и анолита.

Для раздельного сбора католита и анолита каждый трубопровод слива католита соединен с соответствующей накопительной емкостью отработанного католита и каждый трубопровод слива анолита соединен с соответствующей накопительной емкостью отработанного анолита.

При очистке больших количеств дымового газа установка также может содержать по меньшей мере две камеры предварительного озонирования, каждая из которых соединена по меньшей мере с одной линией очистки.

Изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг. 1 представлен пример выполнения установки для очистки дымовых газов.

На фиг. 2 - вариант выполнения одного из каскадов камер холодного тумана анолита с системой подачи анолита и системой слива конденсата.

Установка для очистки дымовых газов, представленная на фиг. 1, содержит исходный газоход 1, соединенный с ним разделительный коллектор 2, с которым соединены камеры 3 предварительного озонирования, каждая из которых соединена со своим озонатором (на чертеже не показаны) и посредством разделительного коллектора 4 соединена с параллельными линиями 5 очистки, каждая из которых включает последовательно соединенные чередующиеся через одну камеры 6 и 7 холодного тумана католита и анолита соответственно. Число камер 6 холодного тумана католита одинаково во всех линиях очистки. Также и число камер 7 холодного тумана анолита одинаково во всех линиях 5 очистки. Указанные первые по ходу газа указанные камеры 6 и указанный камеры 7 образуют соответствующие каскады камер 6 и 7. Аналогично последующие указанные камеры 6 и 7 образуют параллельные каскады камер 6 холодного тумана католита и каскады камер 7 холодного тумана анолита. Камеры 6 и 7 подключены к генераторам холодного тумана католита и анолита высокого давления. Из уровня техники известно, что в состав генератора холодного тумана высокого давления входит насос высокого давления, соединенный с форсунками посредством трубопровода высокого давления (см., например, страницу в Интернете «Принцип работы генераторов холодного тумана», https://ecofog.ru/generatory-holodnogo-tumana/). На фиг. 2 показан один из каскадов камер 7 холодного тумана анолита. В указанных камерах 6 (7) каждого каскада установлены форсунки 8 для распыления католита и анолита с образованием холодного тумана со средним размером капель 1÷15 мкм. Форсунки 8 каждого каскада камер параллельно соединены с соответствующим трубопроводом 9 или трубопроводом 10. Трубопроводы 9 соединены параллельно с общим трубопроводом 11 подачи католита, который соединен с выходом насоса 12 католита высокого давления, а трубопроводы 10 соединены параллельно с общим трубопроводом 13 подачи анолита, который соединен с выходом насоса 14 католита высокого давления. Указанные насосы 12 и 14 соединены с расходными емкостями 15 и 16 католита и анолита соответственно.

Линии 5 очистки посредством сборных коллекторов 17 и 18 очищенного газа соединены с камерой 19 финишного озонирования, соединенной с другим озонатором (на чертеже не показан), с которой соединен выхлопной вентилятор-дымосос 20.

Каскады камер 6 и 7 посредством трубопроводов 21 слива соответственно католита и анолита соединены с соответствующими каскадными накопительными ёмкостями 22 отработанных католита и анолита, которые в свою очередь соединены с соответствующими магистральными трубопроводами 23 раздельной транспортировки конденсата католита и анолита к месту переработки.

Установка работает следующим образом.

Дымовые газы после процесса сжигания, содержащие оксиды азота, серы, углерода и твёрдые примеси (сажа, зола), предварительно охлаждаются до 80°С одним из общеизвестных способов, применяемых в настоящее время, который определяется условиями технологического процесса, применяемым способом очистки, количеством и химическим составом газов, количеством и свойствами содержащейся в газах пыли. Далее дымовые газы, двигаясь по исходному газоходу 1, посредством разделительных коллекторов 2 делятся на равные потоки, проходят через камеры 3 предварительного озонирования и через разделительные коллекторы 4 попадают в линии 5 очистки, которые включают чередующиеся камеры 6 и 7 холодного тумана католита или анолита, создаваемого форсунками 8 высокого давления, расположенными внутри камер 6 и 7, параллельно запитанными от трубопроводов 9, 11 и 10, 13, сочленённых соответственно с насосами 12 и 14 холодного тумана высокого давления католита и анолита, питающихся от расходной ёмкости 16 анолита с pH =1,5÷4,0 и расходной емкости 15 католита с pH =10,0÷14,0, оба с высоким ОВП не менее 350 мВ (для католита со знаком +, для анолита со знаком - ).

Очищаемые таким образом дымовые газы, перемещаясь по параллельным линиям 5 очистки, попеременно подвергаются воздействию холодного тумана католита или анолита со средним размером капель 1-15 мкм в соответствующих камерах 6 и 7, вследствие чего содержащиеся в них оксиды азота, серы и углерода с твёрдыми примесями в виде сажи и золы практически полностью конденсируются вследствие контакта горячего газа с холодным туманом и сливаются раздельно в трубопроводы 21 слива католита и анолита и далее попадают в каскадные накопительные ёмкости 22 конденсатов католита и анолита, а затем отправляются по магистральным трубопроводам 23 раздельной транспортировки конденсатов католита и анолита к месту переработки. При этом очищенный газ, пройдя весь каскад камер 6 и 7 холодного тумана католита и анолита, доходит до сборных коллекторов 17 и 18 очищенного газа, посредством которых сводится в единую камеру 19 финишного озонирования, где обогащается кислородом до 20,9 об. % и далее поступает в вентилятор-дымосос 20, который выбрасывает его в атмосферу (окружающую среду).

При небольших количествах дымового газа в самом крайнем случае может использоваться одна линия камер, содержащая одну камеру холодного тумана католита и одну камеру холодного тумана анолита. При этом уже будет достигаться технический результат вследствие использования холодного тумана высокого давления, поскольку его воздействие более эффективно, чем использование парообразных или жидких католита и анолита, вследствие того, что мелкодисперсные частицы холодного тумана католита и анолита высокого давления обеспечивают большую поверхность взаимодействия с очищаемым газом и эффективно взаимодействуют с ним вследствие высокого ОВП.

Также возможно использование одной линии очистки с чередующимися не менее чем двумя камерами холодного тумана католита и не менее чем двумя камерами холодного тумана анолита, при этом повторная поочередная обработка очищаемого газа холодными туманами католита и анолита дополнительно повысит степень очистки газа.

Разделение потока очищаемого газа на два и более потоков и многократная поочередная обработка каждого потока холодными туманами католита и анолита, как это показано на чертежах, позволит проводить очистку больших потоков дымовых газов в промышленных масштабах.

Изобретение может быть использовано в энергетике при сжигании топлива, коксохимической промышленности и добыче редкоземельных химических элементов с обеспечением максимально возможной очистки дымовых газов при минимальных затратах с возможностью дальнейшей переработки конденсата на предмет извлечения редкоземельных элементов.

Изобретение относится к установкам для очистки газов и может быть применено в энергетике при сжигании топлива, коксохимической, угольной и химической промышленности. Установка для очистки дымовых газов содержит по меньшей мере одну камеру 3 предварительного озонирования, камеры для обработки католитом и анолитом, дымосос 20, емкости 15, 16 католита и анолита. Емкости католита и анолита соединены с насосами 12, 14 католита и анолита соответственно. Камеры для обработки католитом и анолитом представляют собой по меньшей мере одну линию очистки, соединенную с выходом по меньшей мере одной камеры 3 предварительного озонирования и включающую последовательно чередующиеся по меньшей мере одну камеру 6 холодного тумана католита и по меньшей мере одну камеру 7 холодного тумана анолита. Насосы 12, 14 католита и анолита представляют собой насосы высокого давления. По меньшей мере в одной камере 6 холодного тумана католита и по меньшей мере в одной камере 7 холодного тумана анолита расположены форсунки 8 для распыления католита и анолита, соединенные с трубопроводом 11 подачи католита и трубопроводом 13 подачи анолита соответственно. Установка снабжена камерой 19 финишного озонирования, к которой подсоединен дымосос 20 и которая соединена с выходом по меньшей мере одной линии очистки. Изобретение обеспечивает повышение степени очистки больших количеств дымовых газов за счет обеспечения поочередного воздействия на них холодного тумана высокого давления католита и анолита, представляющего собой мелкодисперсный туман из разноимённо заряженных электролитов с высоким ОВП. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Установка для очистки дымовых газов, содержащая по меньшей мере одну камеру предварительного озонирования, камеры для обработки католитом и анолитом, дымосос, емкости католита и анолита, соединенные с насосами католита и анолита соответственно, соединенные с выходами указанных насосов трубопроводы подачи католита и анолита, по меньшей мере один трубопровод слива католита и по меньшей мере один трубопровод слива анолита и по меньшей мере одну накопительную емкость отработанных католита и анолита, отличающаяся тем, что камеры для обработки католитом и анолитом представляют собой по меньшей мере одну линию очистки, соединенную с выходом по меньшей мере одной камеры предварительного озонирования и включающую последовательно чередующиеся по меньшей мере одну камеру холодного тумана католита и по меньшей мере одну камеру холодного тумана анолита, насосы католита и анолита представляют собой насосы высокого давления, по меньшей мере в одной камере холодного тумана католита и по меньшей мере в одной камере холодного тумана анолита расположены форсунки для распыления католита и анолита, соединенные с трубопроводом подачи католита и трубопроводом подачи анолита соответственно.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что снабжена камерой финишного озонирования, к которой подсоединен дымосос и которая соединена с выходом по меньшей мере одной линии очистки.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что содержит по меньшей мере одну накопительную емкость отработанного католита и по меньшей мере одну накопительную емкость отработанного анолита, соединенные соответственно по меньшей мере с одним трубопроводом слива католита и по меньшей мере с одним трубопроводом слива анолита.

4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна линия очистки включает последовательно чередующиеся через одну по меньшей мере две камеры холодного тумана католита и по меньшей мере две камеры холодного тумана анолита.

5. Установка по п. 4, отличающаяся тем, что содержит по меньшей мере две линии очистки с одинаковым числом камер холодного тумана католита и числом камер холодного тумана анолита, а также содержит трубопроводы слива католита и трубопроводы слива анолита по указанному числу, при этом каскад всех первых по ходу газа камер холодного газа католита соединен с одним трубопроводом слива католита, каскад всех первых по ходу газа камер холодного тумана анолита соединен с одним трубопроводом слива анолита, и каждый последующий каскад камер холодного тумана католита и холодного тумана анолита соединен с соответствующим трубопроводом слива католита и анолита.

6. Установка по п. 5, отличающаяся тем, что каждый трубопровод слива католита соединен с соответствующей накопительной емкостью отработанного католита и каждый трубопровод слива анолита соединен с соответствующей накопительной емкостью отработанного анолита.

7. Установка по п. 5, отличающаяся тем, что содержит по меньшей мере две камеры предварительного озонирования, каждая из которых соединена по меньшей мере с одной линией очистки.