Способ очистки дымовых газов тепловых устройств от токсичных соединений

Изобретение относится к области очистки от токсичных соединений дымовых газов тепловых устройств, работающих на сернистых видах топлива, твердыми адсорбентами, например, шламовыми отходами глиноземного производства и может быть использовано в энергетической, металлургической и других отраслях промышленности. Описан способ очистки дымовых газов тепловых установок от токсичных соединений взаимодействием нефелинового шлама глиноземного производства с дымовыми газами, отличающийся тем, что используют нефелиновый шлам крупностью 0,05-0,2 мм, который подают в поток горячих дымовых газов и выводят из потока дымовых газов вместе с золой, при этом подачу шлама поддерживают равной 1,4-2,7% вес. от расхода топлива. Технический результат состоит в том, что способ позволяет повысить эффективность очистки дымовых газов тепловых устройств. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к области очистки дымовых газов тепловых устройств от токсичных соединений твердыми адсорбентами и может быть использовано в энергетической, металлургической и других отраслях промышленности.

Известен способ очистки дымовых газов дизельного двигателя или отопительного котла, работающего на дизельном топливе. В качестве адсорбента вредных компонентов выхлопных газов используется гранулированная шлаковая пемза с высокопористой структурой, изготовленная из основных металлургических шлаков, состоящих из оксидов кальция, кремния, алюминия и магния. Высокая основность и пористость гранул позволяют использовать их в качестве адсорбента веществ с кислыми свойствами, к которым относятся вредные примеси, присутствующие в отработавших выхлопных газах (NOx, SOx, СО). [Туркин А.В. Исследование возможности практического применения способа очистки выхлопных газов судового двигателя адсорбцией твердым веществом в присутствии озона. Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. №3, 2014. С. 89-95].

Гранулы шлаковой пемзы диаметром 5-10 мм загружают в перфорированные контейнеры, устанавливаемые в дымовом канале перед дымовой трубой. Продукты горения заполняют пространство между гранулами шлаковой пемзы. Находящиеся в газовой смеси оксиды NO, SOx, СОх адсорбируются на поверхности пор гранул, частично реагируют с избыточным кислородом воздуха, подаваемого на процесс горения, образуя NOx, SO2, CO2. Одновременно на поверхности гранул осаждаются мелкодисперсные пылевые и сажистые частицы. Очищенные выхлопные газы при температуре 70-170°С удаляются через дымовую трубу в атмосферу. Регенерация гранул осуществляется промывкой их водой. Степень очистки дымовых газов от NOx и SO2 составляет 21 и 23%.

Недостатками рассмотренного способа являются невысокая степень очистки дымовых газов от оксидов серы и азота, высокое гидравлическое сопротивление контейнерной загрузки гранулированной пемзы - адсорбента, его невысокая поглотительная способность. При подаче в зону смешения газов и адсорбента высокореакционного окислителя - озона степень денитрификации и десульфуризации увеличивается соответственно в два и три раза. Однако использование озона в производственных условиях связано с высокой энергоемкостью его производства и нежелательно в замкнутых объектах, поскольку он имеет первый класс опасности.

Известен способ сухой сероочистки дымовых газов котельной установки в топке, газоходах и тканевом фильтре путем активации части уловленной высококальциевой золы топлива в пароструйной мельнице, подачи активированной золы в топку котла в количестве до 50% от золы уноса с последующим улавливанием золы с адсорбированным и химически связанным SO2 в тканевом фильтре [Пронин М.С. Совершенствование технологий пылеугольного сжигания канско-ачинских углей с учетом особенностей их органической и минеральной массы: Монография / М.С. Пронин. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2004, с. 160-170].

К недостаткам способа следует отнести повышение интенсивности загрязнения конвективных поверхностей нагрева, так как увеличивается концентрация золы в газах, и невысокая степень очистки дымовых газов от оксидов серы.

Известен способ очистки серосодержащих дымовых газов от оксидов серы [Патент РФ №2457892, МПК BO1D 53/48, BO1D 53/81, БИ №22, 2012]. Способ включает распыление в дымовые газы теплотехнических установок щелочного адсорбента и улавливание твердых частиц перед дымовой трубой. В качестве щелочного адсорбента используют мелкодисперсные частицы активированной негашеной извести или активированного известняка, которые распыляют в дымовые газы с температурой 500-1200°С. Соотношение количества распыляемого щелочного адсорбента и его стехиометрического количества, необходимого для хемосорбции оксидов серы составляет 1-1,4. Улавливание твердых частиц перед дымовой трубой осуществляют путем мокрой очистки дымовых газов. Степень очистки дымовых газов от оксидов серы составляет не менее 85%.

Недостатком этого способа является его технологическое усложнение путем применения перед дымовой трубой дополнительной мокрой очистки в пароэжекционной трубе Вентури. Кроме того, мокрые способы очистки ухудшают способность дымовых газов рассеиваться, в результате чего концентрация SO2 в приземном слое может быть выше допустимых норм.

Наиболее близким к заявляемому по совокупности существенных признаков является способ очистки дымовых газов электролизного производства, содержащих экологически опасные компоненты HF, SO2, СО, путем их просасывания через неподвижный слой адсорбента, установленный в дымовом канале. [Погодаев A.M., Белянин А.В., Якимов И.С., Кирко В.И. Адсорбционные и каталитические свойства нефелинового шлама. Цветные металлы. 2015, №12, с. 53-55]

В качестве адсорбента использован нефелиновый шлам, являющийся отходом глиноземного производства. Он образуется при выщелачивании из спека, полученного при спекании нефелиновой руды и известняка, алюмината натрия (NaAlO2).

Высушенный нефелиновый шлам имеет высокоразвитую поверхность, его основу (80-85%) составляет двухкальциевый силикат (Ca2SiO4). Нефелиновый шлам содержит до 3,5% оксидов железа, что с высокоразвитой поверхностью придает ему свойства катализатора. Нефелиновый шлам содержит также до 2,3% оксида натрия в виде не отмытого алюмината натрия. Выше названные химические соединения вступают в реакции с оксидом серы с образованием сульфидов и сульфатов натрия и кальция, о чем свидетельствуют отрицательные изменения стандартной энергии Гиббса (ΔG°373 k) реакций:

4SO2+8NaAlO2=Na2S+3Na2SO4+4Al2O3, ΔG°373 K=-131 кДж.

2SO2+Ca2SiO4+O2=2CaSO4+SiO2, ΔG°373 K=-672 кДж.

Таким образом, при использовании нефелинового шлама в качестве адсорбента имеют место и адсорбция, и хемосорбция, что обеспечивает ему высокую емкость, как адсорбента.

При осуществлении рассматриваемого способа очистки дымовых газов исходная концентрация фтористого водорода (HF) составляла 428 мг/м3, концентрация оксида серы (SO2) и монооксида углерода (СО) составляла соответственно 730 и 5960 мг/м3. Эффективность поглощения указанных компонентов составила 95-99%.

Недостатком рассмотренного способа является его периодичность и неприемлемость для крупномасштабного производства. При больших объемах технологических газов газоотсасывающая сеть будет иметь высокое гидравлическое сопротивление.

В основу изобретения поставлена задача разработать способ очистки дымовых газов тепловых устройств, работающих на сернистых видах топлива, от токсичных соединений путем эффективного физического и химического адсорбирования вредных составляющих.

Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что в способе очистки дымовых газов тепловых установок от токсичных соединений взаимодействием нефелинового шлама глиноземного производства с дымовыми газами используют нефелиновый шлам крупностью 0.05-0.2 мм, который подают в поток горячих дымовых газов и выводят из потока дымовых газов вместе с золой, при этом подачу шлама поддерживают равной 1,4÷2,7% вес. от расхода топлива, а также обеспечивают возможность повторной подачи шлама с уловленной золой в систему газоочистки, например, в количестве 6% от расхода топлива.

Химический состав нефелинового шлама включает следующие основные компоненты: SiO2, CaO, Al2O3, Fe2O3, Na2O, K2O, MgO. В отличие от зол тепловых станций, химический состав нефелиновых шламов практически имеет постоянный состав и содержит 55% оксида кальция -основного адсорбирующего вещества.

Эффективность адсорбирования вредных газообразных составляющих зависит от размеров частиц адсорбента. В работе [Буваков К.В. Свойства минеральных сорбентов применительно к технологиям топливосжигания. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Томский политехнический университет. 2007.] установлено, что поглощательная способность измельченных материалов, состоящих из оксидов кальция, магния, кремния, алюминия, железа изменяется обратно пропорционально в отношении к диоксиду серы и оксидам азота в зависимости от размеров частиц. Например, сорбционная способность золы, включающей аналогичные химические компоненты, уменьшается с возрастанием размера частиц от 0,05 до 0,2 мм в отношении диоксида серы и увеличивается в отношении оксидов азота при возрастании размеров частиц от 0,1 до 0,2 мм.

Это означает, что при адсорбировании золой оксидов серы и азота действуют различные механизмы сорбционного процесса. Для поглощения диоксида серы наиболее важно увеличение удельной поверхности сорбента, достигаемое уменьшением размера частиц, что свидетельствует о наличии хемосорбции. При поглощении оксидов азота, наоборот, сорбция возрастает с увеличением размеров частиц. Следовательно, процесс идет за счет физического взаимодействия в порах, чему благоприятствует увеличение крупных частиц, у которых более развита внутрипоровая структура, чем у мелких. Исходя из изложенного, оптимальными размерами частиц глиноземного шлама, включающего одинаковые с золой химические компоненты, при поглощении оксидов серы и азота следует считать диапазон от 0,05 до 0,2 мм.

Эффективность улавливания токсичных соединений дымовых газов, например SO2, пропорциональна расходу шлама. Большинство котельных и тепловых станций работают на бурых углях с содержанием серы около 0,4%. При идеальном смешении дымовых газов и шлама в горловине реактора и контакте на стенках рукавного фильтра эффективность улавливания SO2 в пределах 90-100% по стехиометрическому расчету по реакциям:

S+O2=SO2,

Ca2SiO4+2SO2=2CaSO4+SiO2

соответствует расходу шлама около 1,4% от расхода угля (таблица). Для других видов сернистого топлива и другом содержании серы расчет теоретического расхода щлама ведется аналогично по приведенным формулам.

В реальных условиях при возможном неполном смешении шлама и газа в горловине реактора и недостаточном времени контакта газа и шлама на стенках рукавного фильтра неполнота протекания процесса адсорбирования компенсируется пропорциональным увеличением расхода шлама до 2,7% от расхода угля при полноте адсорбирования равной 50%. При меньшей эффективности улавливания SO2 существенно возрастают затраты на обслуживание системы газоочистки.

Производственные испытания адсорбции токсичных газов шламом во взвешенном слое на модели рукавного фильтра в виде вращающегося барабана с пересыпающими полками и матерчатым фильтром типа ФРО на выходе из барабана подтвердили высокую эффективность улавливания SO2 и СО дымовых газов котельной установки благодаря высоким адсорбционным и каталитическим свойствам нефелинового шлама.

В случае рециркуляции уловленных в рукавном фильтре шлама-адсорбента и летучей золы расход свежего шлама уменьшится пропорционально увеличению расхода рециркулята. Наиболее рационален повторный возврат смеси уловленных в рукавном фильтре использованного шлама и летучей золы при максимальном расходе свежего шлама порядка 2,7% вес. от расхода угля.

На практике для простоты и надежности регулирования пылевозврата рециркуляцию уловленных продуктов принимают равной 50% (аналог 2). Например, при расходе угля в паровом котле 8,4 т/ч, зольности около 10%, рециркуляции 50% уловленных продуктов количество рециркулята составит около 6% от расхода угля, что при сохранении заявленного верхнего предела расхода шлама на процесс адсрбирования вредных составляющих дымовых газов позволит уменьшить расход свежего шлама в 2 раза.

При большем количестве рециркулята, т.е. более 6% от расхода угля, значительно возрастает количество уловленной золы, препятствующей контакту шлама и вредных газовых компонентов дымовых газов, что приводит к снижению эффективности газоочистки.

При меньшем количестве рециркулята, т.е. менее 6% от расхода угля, расход свежего шлама можно уменьшить, но менее, чем в 2 раза, что не оправдает затраты на организацию пылевозврата.

1. Способ очистки дымовых газов тепловых установок от токсичных соединений взаимодействием нефелинового шлама глиноземного производства с дымовыми газами, отличающийся тем, что используют нефелиновый шлам крупностью 0,05-0,2 мм, который подают в поток горячих дымовых газов и выводят из потока дымовых газов вместе с золой, при этом подачу шлама поддерживают равной 1,4-2,7% вес. от расхода топлива.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что возможна повторная подача шлама с уловленной золой в систему газоочистки, например, в количестве до 6% вес. от расхода топлива.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии обессеривания газа и регенерации обогащенного десульфирующего раствора и может быть использовано при переработке угля, разработке месторождений нефти и газа, нефтепереработке и в нефтехимическом производстве.

Группа изобретений относится к области газообработки. Для абсорбции и утилизации парниковых газов пропускают поток газов через алкализированный жидкий абсорбирующий реагент, содержащий гумино-фульвиновое вещество, с образованием отработанного алкализированного жидкого фильтрующего реагента.

Настоящее изобретение относится к катализатору, способу его получения и применения, а также к способу извлечения серы с использованием этого катализатора. Катализатор содержит диоксид титана в качестве носителя, оксид лютеция и/или оксид церия и оксид кальция, при этом, исходя из 100 масс.

Изобретение относится к установкам низкотемпературной сепарации и может быть использовано в газовой промышленности для разделения природного газа, транспортируемого по магистральным газопроводам.

Изобретение относится к способу удаления серы из текучей среды. Способ включает обеспечение первой текучей среды, содержащей серосодержащие соединения, адсорбцию серы из первой текучей среды на адсорбенте, регенерацию адсорбента окислением адсорбированной серы до диоксида серы, в результате чего образуется поток отходящего газа, содержащий диоксид серы, обеспечение второй текучей среды, содержащей сероводород, использование второй текучей среды и потока отходящего газа в качестве реагентов в процессе Клауса для производства элементарной серы, в котором часть сероводорода окисляется до диоксида серы и воды при температуре реакции, а остальной сероводород и полученный оксид серы и оксид серы из отходящего газа конвертируются в элементарную серу, в котором поток отходящего газа разбавляет вторую текучую среду и в котором кислород, необходимый для окисления сероводорода, обеспечивается потоком воздуха.

Изобретение относится к установке, способу и катализатору для одностадийной осушки и очистки газообразного углеводородного сырья одновременно от сероводорода и меркаптанов.

Изобретение относится к установке, способу и катализатору для очистки газообразного углеводородного сырья от сероводорода и меркаптанов. Установка содержит каталитический реактор, заполненный раствором катализатора окисления сероводорода и меркаптанов в органическом растворителе, обеспечивающий конверсию, по меньшей мере, 99,99% сероводорода и меркаптанов в серу и дисульфиды, средства подачи в реактор очищаемого газообразного углеводородного сырья и кислородсодержащего газа, средство вывода из реактора очищенного газа, устройство вывода раствора серы из реактора и блок сепарации серы.

Изобретение относится к способу утилизации кислых газов, содержащих сероводород и аммиак, по методу Клауса ниже точки росы, включающему термическую и каталитические стадии.

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано для очистки отходящих газов электролизных корпусов производства алюминия от остатков фтористого водорода и соединений серы с получением в качестве товарного продукта сульфата натрия.

Изобретение относится к переработке газа деэтанизации и применяется для очистки газа деэтанизации от примесей: пропанобутановой фракции, фракций С5, С4 и выше. Установка включает в себя турбодетандер, ректификационные колонны, промывочную колонну, отпарную колонну, низкотемпературные сепараторы, фильтры, многопоточный пластинчатый теплообменник, рекуперативный теплообменник, воздушные холодильники, ребойлеры для колонн, насосы, емкость-отстойник, рефлюксную емкость, емкость сбора водометанольного раствора, клапан-регулятор и клапаны-отсекатели со штуцерами ввода и вывода соответствующих газообразных и жидких технологических потоков.

Изобретение относится к области очистки от токсичных соединений дымовых газов тепловых устройств, работающих на сернистых видах топлива, твердыми адсорбентами, например, шламовыми отходами глиноземного производства и может быть использовано в энергетической, металлургической и других отраслях промышленности. Описан способ очистки дымовых газов тепловых установок от токсичных соединений взаимодействием нефелинового шлама глиноземного производства с дымовыми газами, отличающийся тем, что используют нефелиновый шлам крупностью 0,05-0,2 мм, который подают в поток горячих дымовых газов и выводят из потока дымовых газов вместе с золой, при этом подачу шлама поддерживают равной 1,4-2,7 вес. от расхода топлива. Технический результат состоит в том, что способ позволяет повысить эффективность очистки дымовых газов тепловых устройств. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Наверх