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

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

Известен способ очистки газа, включающий чередующуюся промывку растворами анолита при рН=1-5 и католита при рН=9-14, полученными при электрохимической активации воды в электролизёре с полупроницаемой мембраной. Отработанные растворы после промывки смешивают, озонируют и циркулируют на стадии активации (SU 1152631 А, 30.04.1985).

Недостатком данного способа 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 с полупроницаемой мембраной. 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 близким по технической сущности к изобретению является выбранный в качестве прототипа способ очистки дымовых газов, включающий воздействие ультрафиолетовым излучением на очищаемый газ и осаждение твёрдых примесей с одновременным воздействием на него католитом или анолитом в виде аэрозоля в зависимости от исходных ингредиентов очищаемого газа, полученным при электрохимической обработке воды в электролизёре, затем озонируют и фильтруют с одновременным улавливанием конденсата, причём последний смешивают с отработанными растворами католита или анолита, нейтрализуют их золой и продуктами осаждения, затем циркулируют на стадию активации (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 1,5 раза, 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 способе очистки дымовых газов, заключающемся в том, что очищаемый газ озонируют, затем поочередно воздействуют на озонированный очищаемый газ католитом и анолитом с образованием конденсатов католита и анолита, которые сливают, а очищенный газ обогащают кислородом путем озонирования и удаляют в окружающую среду, согласно изобретению, для поочередного воздействия на озонированный очищаемый газ используют холодный туман католита высокого давления и холодный туман анолита высокого давления.

Для еще более эффективной очистки поочередное воздействие на озонированный очищаемый газ целесообразно осуществлять не менее двух раз холодным туманом католита и не менее двух раз холодным туманом анолита.

При очистке больших количеств дымового газа очищаемый газ после озонирования целесообразно разделять на два или более потока, и указанное поочередное воздействие осуществляют на очищаемый газ каждого потока.

Изобретение поясняется чертежами.

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

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

Установка, 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) посредством разделительного коллектора 4 соединена с параллельными линиями 5 очистки, каждая из которых включает последовательно соединенные чередующиеся камеры 6 и 7 холодного тумана католита и анолита соответственно. Указанные камеры 6 и 7 образуют 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 подающим трубопроводом 9 католита или подающим трубопроводом 10 анолита. Подающие трубопроводы 9 католита соединены посредством трубопровода 11 с насосом 12 католита высокого давления, а подающие трубопроводы 10 анолита соединены посредством трубопровода 13 с насосом 14 католита высокого давления. Указанные насосы 12 и 14 соединены с расходными емкостями 15 и 16 католита и анолита соответственно.

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

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

Предлагаемый способ осуществляется 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 камер, 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 в трубопроводы 21 раздельного 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 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 способам очистки газов и может быть применено в энергетике при сжигании топлива, коксохимической, угольной и химической промышленности. Способ очистки дымовых газов заключается в том, что очищаемый газ озонируют, затем поочередно воздействуют на озонированный очищаемый газ католитом и анолитом с образованием конденсатов католита и анолита, которые сливают. Очищенный газ обогащают кислородом путем озонирования и удаляют в окружающую среду. Для поочередного воздействия на озонированный очищаемый газ используют холодный туман католита высокого давления и холодный туман анолита высокого давления. Для еще более эффективной очистки поочередное воздействие на озонированный очищаемый газ целесообразно осуществлять не менее двух раз холодным туманом католита и не менее двух раз холодным туманом анолита. При очистке больших количеств дымового газа очищаемый газ после озонирования целесообразно разделять на два или более потока, и указанное поочередное воздействие осуществляют на очищаемый газ каждого потока. 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. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ очистки дымовых газов, заключающийся в том, что очищаемый газ озонируют, затем поочередно воздействуют на озонированный очищаемый газ католитом и анолитом с образованием конденсатов католита и анолита, которые сливают, а очищенный газ обогащают кислородом путем озонирования и удаляют в окружающую среду, отличающийся тем, что для поочередного воздействия на озонированный очищаемый газ используют холодный туман католита высокого давления и холодный туман анолита высокого давления.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поочередное воздействие на озонированный очищаемый газ осуществляют не менее двух раз холодным туманом католита и не менее двух раз холодным туманом анолита.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что очищаемый газ после озонирования разделяют на два или более потока и указанное поочередное воздействие осуществляют на очищаемый газ каждого потока.