Способ адсорбционно-конденсационной очистки газовых выбросов

 

Поток газовых выбросов для улавливания примесей пропускают через многосекционный адсорбер с адсорбентом в каждой секции. Регенерацию адсорбента осуществляют пропусканием потока горячего инертного газа противотоком к очищаемому потоку, при этом перед подачей в каждую последующую секцию поток газа нагревают. Конденсацию примесей из потока после регенерации осуществляют охлаждением в конденсаторе. Поток газов после конденсации смешивают с потоком очищаемого газа. При очистке используют адсорбер с числом секций 2 - 6, с отношением количества адсорбента в последующей секции к количеству адсорбента в первой секции 0,5 - 3. При регенерации поток инертного газа перед подачей в каждую последующую секцию нагревают в выносном теплообменнике и используют выносной теплообменник, общий для двух адсорберов, в одном из которых осуществляют регенерацию, а в другом - улавливание примесей. 6 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способу адсорбционно конденсационной очистки промышленных газовых выбросов от экологически вредных компонентов с рекуперацией последних, может быть использовано в химической промышленности. Большинство известных в настоящее время способов адсорбционно - конденсационной очистки газовых выбросов с регенерацией адсорбента при повышенной температуре используют для разогрева слоя до температуры десорбции перегретый водяной пар. При этом конденсат, из которого рекуперируют примеси, содержит большое количество воды. Недостатком этих способов является большой расход энергии на осушку адсорбента после десорбции и на разделение конденсата. Кроме того, для эффективной десорбции высококипящих соединений необходим перегретый пар высокого давления, использование которого связано с повышенными требованиями к прочности аппаратуры установки.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемым результатам является способ адсорбционно конденсационной очистки газовых выбросов, предусматривающий использование для десорбции горячих инертных газов, получаемых сжиганием топлива. Установка включает несколько одинаковых адсорберов, одни из которых работают в режиме очистки, а другие в это время регенерируются инертными газами, подаваемыми в противотоке к очищаемому газу. Далее десорбент направляется в конденсатор, где часть десорбированных примесей выделяется в виде конденсата. Поток десорбента, выходящий из конденсатора, смешивается с потоком очищаемого газа. Предварительная осушка десорбента, способ которой не указан, позволяет получить практически безводный конденсат, что существенно облегчает рекуперацию примесей. Способ характеризуется значительно меньшим потреблением энергии по сравнению со способами очистки, предусматривающими десорбцию водяным паром. Недостатком способа является необходимость адсорбционной очистки потока десорбента, выходящего из конденсатора. При недостаточно высокой температуре десорбции и/или недостаточно низкой температуре конденсации расход десорбента может оказаться сопоставимым с расходом очищаемого газа. Повышение температуры десорбции и/или снижение температуры конденсации зачастую невозможно по технологическим и/или экономическим соображениям. В этом случае суммарное количество газа, подаваемого на очистку, существенно увеличивается, что приводит к снижению эффективности работы установки, то есть к повышению проскоковой концентрации примесей в конце стадии адсорбции.

Была поставлена задача создания такого способа адсорбционно - конденсационной очистки газовых выбросов, который обладал бы более высокой эффективностью за счет снижения количества инертного газа, используемого для десорбции, без увеличения температур десорбции и/или снижения температуры конденсации. Данная задача решена в настоящем изобретении.

В способе адсорбционно конденсационной очистки газовых выбросов, включающем улавливание примесей из очищаемого потока газа адсорбентом в адсорбере, регенерацию адсорбента потоком горячего инертного газа десорбента в противотоке к очищаемому потоку газа, конденсацию примесей из потока десорбента при пониженной температуре, смешение потока десорбента, выходящего из конденсатора, с потоком очищаемого газа, согласно изобретению, используют многосекционные адсорберы, содержащие несколько слоев адсорбента, а поток десорбента последовательно пропускают через все секции и подогревают перед подачей в каждую секцию.Можно использовать адсорберы с числом секций в каждом из них 2 ^oC 6, предпочтительно 2 ^oC 3. При этом отношение количества адсорбента в последующих секциях к количеству его в первой секции составляет 0,5 ^oC 3, преимущественно 1 ^oC 2. Подогрев десорбента перед подачей в каждую секцию преимущественно осуществляют в выносных теплообменниках. При этом можно использовать выносные теплообменники, общие для смежных секций двух адсорберов, один из которых работает в режиме регенерации, а другой в это время в режиме очистки.

С увеличением количества секций и соответственно подогревателей потока инертного газа эффективность регенерации адсорбента возрастает, что приводит к снижению оптимального расхода десорбента. Вследствие этого суммарное количество газа, подаваемого на очистку, уменьшается. Кроме того, увеличивается концентрация примесей в потоке десорбента, что облегчает их конденсацию. Таким образом, увеличение количества секций позволяет повысить эффективность адсорбционной очистки газовых выбросов. Вместе с тем, использование большого числа секций нецелесообразно, поскольку лишь незначительно повышает эффективность адсорбционной очистки, но усложняет конструкцию адсорберов.

При заданной температуре десорбции и конденсации существует некоторый оптимальный расход десорбента, обеспечивающий наибольшую эффективность работы адсорбционно конденсационной установки. Расход десорбента, меньший оптимального, не обеспечивает эффективной регенерации адсорбента. Вследствие этого в слое увеличивается остаточное содержание примесей, и в результате эффективность адсорбционной очистки снижается. При расходе десорбента, превышающем оптимальный, эффективность регенерации адсорбента повышается. Однако эффективность работы установки при этом снижается вследствие увеличения суммарного количества газа, подаваемого на очистку.

Величина оптимального расхода инерта зависит не только от количества секций адсорбера, но также и от соотношения количеств адсорбента, загружаемых в каждую секцию. При заданном количестве секций наименьший расход десорбента достигается при некотором оптимальном распределении адсорбента по секциям.

Как отмечалось выше, оптимальный режим работы адсорбционной установки характеризуется неполнотой регенерации адсорбента. После пуска установки, загруженной свежим адсорбентом, эффективность очистки газовых выбросов максимальна. Однако с увеличением числа циклов адсорбции десорбции происходит постепенное повышение остаточного содержания примесей в слое адсорбента. При этом проскоковая концентрация примесей в конце стадии адсорбции возрастает от цикла к циклу, достигая в установившемся режиме некоторой предельной величины.

Предложенный способ позволяет значительно снизить расход инертного газа десорбента и повысить эффективность адсорбционно конденсационной очистки газовых выбросов в установившемся оптимальном режиме.

Предложенный способ отличается от [1] тем, что используют многосекционные адсорберы, содержащие несколько слоев адсорбента, а поток десорбента последовательно пропускают через все секции и подогревают перед подачей в каждую секцию. Таким образом, редложенный способ удовлетворяет условию патентоспособности изобретения "новизна".

В патентной и научно технической литературе не описано использование в процессах адсорбционно конденсационной очистки многосекционных адсорберов с подогревом между секциями потока десорбента, последовательно пропускаемого через все секции. Таким образом, предложенный способ удовлетворяет условию патентоспособности изобретения "изобретательский уровень".

Предложенный способ может быть использован в химической промышленности, позволяет повысить эффективность адсорбционно конденсационной очистки газовых выбросов, уменьшить расход инертного газа десорбента, снизить энергопотребление очистной установки. Таким образом, предложенный способ удовлетворяет условию патентоспособности изобретения "промышленная применимость".

Сущность данного изобретения иллюстрирует фиг. 1, на которой показан один из вариантов технологической схемы адсорбционно конденсационной очистки газовых выбросов по предлагаемому способу. Установка для осуществления способа, изображенная на схеме, включает два одинаковых двухсекционных адсорбера. Газовые выбросы направляются на очистку в адсорбер 1, после чего выбрасываются в атмосферу. Одновременно осуществляется регенерация адсорбента в адсорбере 2 потоком инертного газа десорбента. Перед подачей в первую секцию десорбент подогревается в теплообменнике 3. После прохождения первой секции адсорбера 2 десорбент подогревается в выносном теплообменнике 4, общем для двух адсорберов. После прохождения второй секции адсорбера 2 десорбент охлаждается в конденсаторе 5, проходит через фазоразделитель 6, в котором отделяется конденсат десорбированных примесей, и смешивается с потоком очищаемого газа, подаваемым в адсорбер 1. Закрытые соединительные линии показаны на схеме пунктиром. После насыщения слоя адсорбированными примесями адсорбер 1 переключается в режим десорбции, а адсорбер 2 в режим адсорбции.

Существо изобретения раскрывают также примеры, приведенные ниже.

ПРИМЕР 1. Установка очистки газовых выбросов по способу [1] состоит из двух адсорберов диаметром 1,2 м, заполненных слоем активного угля высотой 2,0 м. В адсорбер, работающий в режиме очистки, подают 1700 нм ³/ч паро - воздушной смеси, содержащей 0,1% молдихлорэтана и 0,02% молэтанола, при температуре 20^oС и давлении 0,105 МПа. Время работы адсорбера в режиме очистки 4 часа. Одновременно временно в другой адсорбер, работающий в режиме регенерации, подают поток азота с температурой 140^oС при давлении 0,105 мПа в противотоке к очищаемому газу в течение 3 часов. Поток азота, содержащий десорбированные примеси, охлаждают до -10^oС в конденсаторе, где происходит частичная конденсация дихлорэтана и этанола, а затем направляют в адсорбер, работающий в режиме очистки. После завершения регенерации адсорбер охлаждают посредством подачи 200 нм³/ч азота с температурой 20^oC при давлении 0,105 МПа в течение 1 часа. В установившемся оптимальном режиме проскоковая концентрация дихлорэтана и этанола в конце стадии адсорбции составляет 0,080 и 0,015% мол, соответственно, подача азота на десорбцию 490 нм³/ч.

ПРИМЕР 2. Установка очистки газовых выбросов по предлагаемому способу состоит из двух двухсекционных адсорберов диаметром 1,2 м, заполненных активным углем. Суммарная высота слоев в каждом адсорбере составляет 2,0 м, соотношение количества адсорбента в секциях 1:1. В адсорбер, работающий в режиме очистки, подают поток, характеризуемый параметрами, приведенными в примере 1. Одновременно в другой адсорбер, работающий в режиме регенерации, подают поток азота с температурой 140^oС, дополнительно подогревая этот поток до 140^oС в выносном теплообменнике после прохождения первой секции. Время работы адсорберов в режиме адсорбции, десорбции и охлаждения, давление в системе, режимные параметры стадий конденсации примесей из потока десорбента и охлаждения адсорбера после завершения регенерации такие же, как в примере 1. В установившемся оптимальном режиме проскоковая концентрация дихлорэтана и этанола в конце стадии адсорбции составляет 0,010 и 0,0020% мол, соответственно, подача азот на десорбцию 220 нм³/ч.

ПРИМЕР 3. Установка очистки газовых выбросов по предлагаемому способу состоит из двух трехсекционных адсорберов диаметром 1,2 м, заполненных активным углем. Суммарная высота слоев в каждом адсорбере составляет 2,0 м, соотношение количества адсорбента в секциях 1:1:1. В адсорбер, работающий в режиме очистки, подают поток, характеризуемый параметрами, приведенными в примере 1. Одновременно в другой адсорбер, работающий в режиме регенерации, подают поток азота с температурой 140^oС, дополнительно подогревая этот поток до 140^oС в выносных теплообменниках после прохождения первой и второй секций. Время работы адсорберов в режиме адсорбции, десорбции и охлаждения, давление в системе, режимные параметры стадий конденсации примесей из потока десорбента и охлаждения адсорбера после завершения регенерации - такие же, как в примере 1. В установившемся оптимальном режиме проскоковая концентрация дихлорэтана и этанола в конце стадии адсорбции составляет 0,009 и 0,0016% мол, соответственно, подача азота на десорбцию 200 нм³/ч.

ПРИМЕР 4. Установка очистки газовых выбросов по предлагаемому способу состоит из двух трехсекционных адсорберов диаметром 1,2 м, заполненных активным углем. Суммарная высота слоев в каждом адсорбере составляет 2,0 м, соотношение количества адсорбента в секциях 1:1:2. В адсорбер, работающий в режиме очистки, подают поток, характеризуемый параметрами, приведенными в примере 1. Одновременно в другой адсорбер, работающий в режиме регенерации, подают поток азота с температурой 140^oС, дополнительно подогревая этот поток до 140^oС в выносных теплообменниках после прохождения первой и второй секций. Время работы адсорберов в режиме адсорбции, десорбции и охлаждения, давление в системе, режимные параметры стадий конденсации примесей из поток десорбента и охлаждения адсорбера после завершения регенерации - такие же, как в примере 1. В установившемся оптимальном режиме проскоковая концентрация дихлорэтана и этанола в конце стадии адсорбции составляет 0,008 и 0,0012% мол, соответственно,подача азота на десорбцию 180 нм³/ч.

Из приведенных примеров видно, что предлагаемый способ позволяет обеспечить более высокую эффективность очистки газовых выбросов при существенно меньшем расходе десорбента.

Формула изобретения

1. Способ адсорбционно-конденсационной очистки газовых выбросов, включающий улавливание примесей пропусканием потока газовых выбросов через адсорбент в адсорбере, регенерацию адсорбента пропусканием потока горячего инертного газа противотоком к очищаемому потоку, конденсацию примесей из потока после регенерации при охлаждении в конденсаторе, смешение потока газов после конденсации с потоком очищаемого газа, отличающийся тем, что используют многосекционный адсорбер с адсорбентом в каждой секции, при регенерации поток инертного газа последовательно пропускают через каждую секцию адсорбера и нагревают перед подачей в каждую последующую секцию.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют адсорбер с числом секций 2 6.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что используют адсорбер с числом секций 2 3.

4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что используют адсорбер с отношением количества адсорбента в последующей секции к количеству адсорбента в первой секции 0,5 37,00.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что используют адсорбер с отношением количества адсорбента в последующей секции к количеству адсорбента в первой секции 1 2.

6. Способ по пп. 1 5, отличающийся тем, что при регенерации поток инертного газа перед подачей в каждую последующую секцию нагревают в выносном теплообменнике.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что используют выносной теплообменник, общий для двух адсорберов, в одном из которых осуществляют регенерацию, а в другом улавливание примесей.

РИСУНКИ

Рисунок 1