Классификатор для разделения очищенных дымовых газов на азот и углекислый газ

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в процессах очистки дымовых газов от вредных примесей, а именно для полной утилизации дымовых газов теплогенераторов, работающих на бессернистом топливе (природном газе).

Известно устройство для выделения диоксида углерода, работа которого основана на разности плотностей азота и диоксида углерода, абсорбции диоксида углерода полученным конденсатом водяных паров и последующей десорбции его при снижении давления, содержащее транзитный газоход, в днище которого устроено окно, соединенное с вертикальным корпусом, внутри которого размещены кожухотрубчатый теплообменник, абсорбционная и десорбционно-охладительная секции, отсасывающий зонт, соединенный с вентилятором и осушителем, а днище корпуса соединено через циркуляционный насос трубопроводами с распределителем жидкости. [Патент РФ №2217221, МКл. В 01 D 53/14, 53/62, 2003].

Основными недостатками известного устройства являются низкая степень очистки дымовых газов от диоксида углерода, обусловленное его ограниченной растворимостью в воде и малая производительность установки очистки по диоксиду углерода, что снижает экономическую и экологическую эффективность очистки дымовых газов.

Более близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для полной утилизации дымовых газов, включающее газовый классификатор для разделения очищенных дымовых газов на азот и углекислый газ, представляющий собой цилиндрическую колонну, снабженную газовыми патрубками для входа очищенного газа, выхода азота, выхода углекислого газа и жидкостными штуцерами для подачи промывочной воды и удаления карбонизированной воды, внутри которой снизу–вверх поочередно расположены поддон, камера углекислого газа с каплеотбойником, отделенная от нее горизонтальной перегородкой приемная камера, ступени улавливания углекислого газа, каждая из которых представляет собой горизонтальную перфорированную перегородку с шелевыми отверстиями, покрытую слоем гранулированного доменного шлака с основными свойствами высотой Н, соединенную с камерой углекислого газа через отверстия в горизонтальной перегородке отдельной вертикальной опускной трубой, азотную камеру, в которой расположен разбрызгиватель [Патент РФ №2477648, МПК B01D 53/00, 2013].

Основными недостатками известного классификатора является малая производительность, обусловленная ограниченной площадью отбора диоксида углерода с каждой ступени улавливания углекислого газа и отсутствием слива промывочной воды из приемной камеры в поддон, требующее специальных мероприятий по ее удалению, что снижает экономическую и экологическую эффективность очистки дымовых газов.

Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение производительности и совершенствование конструкции классификатора для разделения очищенных дымовых газов на азот и углекислый газ.

Технический результат достигается тем, что классификатор для разделения очищенных дымовых газов на азот и углекислый газ включает корпус, снабженный газовыми патрубками для входа очищенного газа, выхода азота, выхода углекислого газа и жидкостными штуцерами для подачи промывочной воды и удаления карбонизированной воды, внутри которого снизу–вверх поочередно расположены поддон, камера углекислого газа с каплеотбойником, отделенная от нее горизонтальной перегородкой с круглыми газовыми и сливными отверстиями, приемная камера, ступени улавливания углекислого газа, представляющие собой горизонтальные перфорированные перегородки с шелевыми и круглыми отверстиями, каждая из которых покрыта слоем гранулированного доменного шлака с основными свойствами высотой h, азотная камера, в которой расположен разбрызгиватель, причем все ступени улавливания углекислого газа соединены с камерой углекислого газа вертикальными опускными трубами, заглушенными на входе в азотную камеру глушками и пропущенными через круглые отверстия в горизонтальных перегородках, участки опускных труб, проходящие через слои гранулированного шлака, снабжены по всему периметру щелевыми отверстиями высотой несколько меньше h, а в горизонтальной перегородке, отделяющей приемную камеру от камеры углекислого газа, устроены сливные клапаны, каждый из которых состоит из сливного отверстия, решетчатого каркаса, прикрепленного к вышеуказанной перегородке, и размещенного в нем поплавкового клапана.

Классификатор для разделения очищенных дымовых газов на азот и углекислый газ (КРОДГ) приведен на фиг.1–4 (на фиг. 1, 2 – общий вид и разрез, на фиг. 3, 4 – узлы КРОДГ).

Классификатор для разделения очищенных дымовых газов на азот и углекислый газ включает корпус 1, снабженный газовыми патрубками для входа очищенного газа, выхода азота, выхода углекислого газа 2, 3, 4, соответственно, и жидкостными штуцерами для подачи промывочной воды и удаления карбонизированной воды 5, 6, соответственно, внутри которого снизу–вверх поочередно расположены поддон 7, камера углекислого газа 8 с каплеотбойником 9, отделенная от нее горизонтальной перегородкой 10 с круглыми газовыми и сливными отверстиями 11 и 12, соответственно, приемная камера 13, ступени улавливания углекислого газа 14, представляющие собой горизонтальные перфорированные перегородки 15 с шелевыми 16 и круглыми 17 отверстиями, соответственно, каждая из которых покрыта слоем гранулированного доменного шлака с основными свойствами 18 высотой Н, азотная камера 19, в которой расположен разбрызгиватель 20, причем все ступени улавливания углекислого газа 14 соединены с камерой углекислого газа 8 вертикальными опускными трубами 21, заглушенными на входе в азотную камеру 17 глушками 22 и пропущенными через круглые отверстия 11 и 15 в горизонтальных перегородках 10 и 14, причем участки опускных труб 21, проходящие через слои гранулированного шлака 18, снабжены по всему периметру щелевыми отверстиями 23 высотой несколько меньше h, а в горизонтальной перегородке 10 устроены сливные клапаны 24, каждый из которых состоит из сливного отверстия 12, решетчатого каркаса 25, прикрепленного к перегородке 10, и поплавкового клапана 26.

Охлажденные и очищенные дымовые газы с температурой (30–40)°С из зоны обработки (не показана) через патрубок 2 поступают в приемную камеру 13 КРОДГ и последовательно проходят через все ступени улавливания углекислого газа 14. В каждой из этих ступеней 14 дымовые газы проходят через шелевые отверстия 16 в горизонтальных перфорированных перегородках 15, после чего контактируют с гранулированным доменным шлаком 18, обладающим основными свойствами [Строительные материалы. Справочник. Под ред. Болдырева А. С. и др. –М.: Стройизд.,1989, с. 423; Домокеев А. К. Строительные материалы. – М.: Высш. школа, 1989, с. 163], что позволяет сорбировать на поверхности и в порах его гранул вещества, обладающие кислыми свойствами, к которым относятся углекислый газ СО₂ [Справочник химика, т.I. – М. – Л.: Химия, 1968, c. 484]. В результате неоднократного контакта с гранулированным доменным шлаком 18, который сорбирует СО₂, на выходе из последней ступени 14 дымовые газы представляют собой практически чистый азот, который собирается в азотной камере 19 и через патрубок 3 поступает в сборник азота (не показан). Параллельно этому процессу c поверхности гранулированного доменного шлака 18 в ступенях 14 под действием силы тяжести (плотность углекислого газа в 1,5 раза превышает плотность азота [Справочник химика, т.I. – М. – Л.: Химия, 1968, c. 816]) через щели 23 и вертикальные опускные трубы 21 происходит перемещение молекул СО₂ вниз в камеру углекислого газа 8, откуда через каплеотбойник 9, предотвращающий унос капель воды, и патрубок 4 углекислый газ поступает в сборник углекислого газа (не показан). В связи с тем, что каждая ступень 10 снабжена несколькими опускными трубами 21 со щелевыми отверстиями 23, размещенными равномерно по всей площади доменного шлака 18, масса десорбируемого и поступающего в камеру углекислого газа 8 СО₂, значительно возрастает по сравнению с известным газовым классификатором. По мере насыщения гранулированного доменного шлака 18 СО₂ ступени улавливания углекислого газа 14 периодически промывают промывочной водой через штуцер 5 и разбрызгиватель 20 без остановки работы КРОДГ. При этом промывочная вода, которая скапливается в приемной камере 13 во время промывки, по мере накопления сливается в камеру углекислого газа 8 и поддон 7 через сливные клапаны 24, в которых по мере повышения уровня воды, поплавковый клапан 26 периодически поднимается, открывая отверстие 12. Далее из камеры поддона 7 карбонизированную воду через штуцер 6 направляют в сборник карбонизированной воды (не показан), из которого она используется для внутрицеховых нужд (например, для стабилизации оборотной воды [Абрамов Н. Н. и др. Водоснабжение. – М.: Госстройиздат, 1968, с. 437]).

Диаметр КРОДГ, число ступеней улавливания углекислого газа 14, высота слоя Н гранулированного доменного шлака 18 на горизонтальной перфорированной перегородке 15, расстояние между перегородками 15, площадь живого сечения перегородок 15 (ширину щелей 16 принимают меньшей величины среднего диаметра гранул доменного шлака 18), диаметр и число опускных труб 21, расход промывочной воды, периодичность промывок, число сливных клапанов 24 и их производительность зависят от заданной производительности КРОДГ, требуемой чистоты конечных продуктов (N₂ и СО₂) и определяют опытным и расчетным путем.

Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает повышение производительности и улучшение конструкции классификатора для разделения очищенных дымовых газов на азот и углекислый газ, что, в целом, повышает экономическую и экологическую эффективность работы теплогенерирующей установки.