СИСТЕМА ОЧИСТКИ И УТИЛИЗАЦИИ ДЫМОВОГО ГАЗА И СПОСОБ

Предпосылки настоящего изобретения

Область изобретения

[0001] Настоящее изобретение относится к системе и способу обработки отходов и, в частности, к системе очистки и утилизации дымового газа и способу, который обладает высокой эффективной степенью удаления загрязняющих веществ или загрязняющих примесей применительно к отходам дымового газа, и к одновременному удалению двух или более загрязняющих примесей из дымового газа.

Описание уровня техники

[0002] Электростанции на ископаемом топливе, главным образом, обеспечиваются для вырабатывания и снабжения питанием или энергией большинства производств. Например, на производстве может сжигаться каменный уголь или нефть для получения пара для паровых турбин, которые приводят в движение генератор электричества производства. Отработанный дымовой газ из электростанций на ископаемом топливе является хорошо известным в качестве одной из основных причин или источников загрязнений. Дымовой газ, как правило, содержит множество загрязняющих веществ или загрязняющих примесей, таких как диоксид серы SO₂ или другие оксиды серы, оксиды азота NO_x-NO и NO₂, и диоксид углерода CO₂ или другие оксиды углерода.

[0003] Такие загрязняющие примеси непосредственно выпускаются в атмосферу без обработки для уменьшения загрязненного содержимого, что причиняет вред окружающей среде земли. Например, SO₂ и NO₂ приводят к кислотным осадкам, которые могут причинять вред зданиям, историческим памятникам и непосредственно связаны со здоровьем человека; причем оксиды азота NO_x также являются основной причиной, которая приводит к фотохимическому смогу, а диоксид углерода CO₂ приводит к парниковому эффекту, который приводит к глобальному потеплению.

[0004] В целях лучшей защиты окружающей среды существует множество обработок и процессов для уменьшения и сведения к минимуму величины загрязнения промышленными отходами, главным образом, от дымового газа. Обычно большинство существующих способов для удаления загрязняющих примесей из дымового газа фокусируются на раздельном удалении SO₂ и NO_x. Существуют, главным образом, два типа очистки дымовых газов для обработки удалением оксидов серы: технологии очистки газов сухим способом и мокрым способом.

[0005] Обратимся, например, к сухой десульфуризации. В сухой десульфуризации, как правило, используется твердый абсорбент или катализатор для удаления диоксида серы SO₂ из отхода, например, адсорбция активированным углем, адсорбция на молекулярных ситах, окисление и адсорбция окислением металлов и т.д. Преимуществом сухой десульфуризации является отсутствие выпуска сточной воды и/или отработанной кислоты, поэтому сухая десульфуризация способна сводить к минимуму и уменьшать вторичное загрязнение ими. Однако главные проблемы в том, что эффективность десульфуризации является низкой, оборудование для сухой десульфуризации является громоздким и занимает очень много места, и стоимость оборудования и его процесса является высокой.

[0006] В качестве другого примера очистки газов обратимся к мокрой десульфуризации. Мокрая десульфуризация для удаления оксидов серы SO₂ включает известняково-гипсовый способ, способ щелочной абсорбции с натрием, абсорбцию с аммиаком, способ с алюминием, каталитическое окисление и способы каталитического восстановления. В настоящее время мокрый известняково-гипсовый способ широко применяется во всем мире, и он является наиболее отработанной технологией для удаления оксидов серы.

[0007] Известняково-гипсовый способ является высокоэффективным способом десульфуризации и является стабильным на протяжении процесса десульфурирования. Применяемый в известняково-гипсовом способе абсорбент обладает высокой скоростью абсорбции, которая подходит применительно к большому количеству отхода с высокой концентрацией газа оксидов серы, и обладает высокой применимостью по отношению к каменному углю. Абсорбент из известняково-гипсового мокрого способа имеет низкую стоимость. Образованные в известняково-гипсовом процессе побочные продукты можно использовать для других коммерческих целей.

[0008] Хотя известняково-гипсовый способ в настоящее время является одним из наиболее распространенных способов, обладающих вышеупомянутыми преимуществами, известняково-гипсовый мокрый способ все-таки занимает слишком много места и приводит к большим производственным затратам. Для процесса также требуется большое количество воды и в нем вырабатывается большое количество сточной воды и других газообразных отходов, таких как отход диоксида углерода и другие парниковые газы, поэтому он приводит к проблеме серьезного вторичного загрязнения. Побочные продукты обработки мокрой десульфуризацией, как правило, являются жидкими, поэтому ее побочные продукты относительно труднее обрабатываются. Сточная вода из мокрого процесса известняково-гипсового способа должна быть обработана перед выпуском. Следовательно, стоимость обработки отходов снова повышается.

[0009] Существует сравнительно больше технологий обработки дымового газа для удаления оксидов азота, например селективное каталитическое восстановление (SCR), жидкостная абсорбция, абсорбция микроорганизмами, неселективное каталитическое восстановление, способ восстановления углеродом, способ каталитического распада, способ с жидкостной мембраной, технология денитрификации SNRB и регенеративная технология денитрификации окислительной адсорбцией и т.д. Однако для обработок отходов широко применяется только способ селективного каталитического восстановления (SCR).

[0010] В способе селективного каталитического восстановления применяется NH₃ в качестве восстанавливающего средства для селективного взаимодействия с NO_x отходов посредством катализатора для образования нетоксичных и свободных от загрязнений N₂ и H₂O. В диапазоне температур от 200 до 400°C и при стехиометрическом соотношении NH₃ к NO_x 1:1 степень удаления NO_x составляет до 80-90%. Однако применяемый в этом процессе катализатор является сильно загрязняющим, а пористая поверхность катализатора имеет тенденцию легко забиваться, что является критическим для катализируемой реакции, а также для постепенного уменьшения степени удаления с его помощью, поэтому процесс является нестабильным, с большими рабочими затратами и в нем расходуется большое количество катализатора. Кроме того, способ селективного каталитического восстановления не подходит применительно к высокой пропускной способности и высокой концентрации NO_x в отходе.

[0011] Несмотря на то, что в основном направлении промышленного процесса очистки дымового газа для удаления оксидов серы применяется мокрый способ и для удаления NO_x применяется сухой способ, существуют некоторые другие способы удаления как оксидов серы, так и оксидов азота. Например, плазменный, электронно-лучевой способ, CuO способ, SNAP способ и т.д. Для обработки, которая является более эффективной и более экономичной, чем способы раздельной обработки SO_x и NO_x, ведется поиск способов одновременного выведения обоих SO_x/NO_x. При помощи некоторых из способов удаления обоих SO_x/NO_x возможно достижение требуемой степени удаления. Например, промышленный способ удаления обоих SO_x/NO_x можно осуществлять посредством известь/известняковой системы десульфуризации дымового газа FGD, которая применяется для удаления SO₂ при применении каталитического способа SCR для удаления NO_x. При помощи вышеупомянутого способа удаления обоих SO_x/NO_x возможно удалить 90% диоксида серы и 30-80% оксидов азота и комбинировать мокрый и сухой способ так, что система FGD мокрого способа и система SCR сухого способа могут независимо удалять их соответствующие целевые загрязняющие примеси для достижения требуемой степени удаления каждой загрязняющей примеси.

[0012] Однако способ удаления обоих SO_x/NO_x путем комбинирования мокрого и сухого способов также унаследовал недостатки как мокрого, так и сухого способов, как указано выше. Следовательно, способ удаления обоих SO_x/NO_x обычно бывает дорогостоящим как в отношении оборудования, так и эксплуатации, требуется большое количество воды и имеется вторичное загрязнение. Активность катализатора постепенно уменьшается, поэтому степень удаления продолжает уменьшаться. Важнее всего то, что ни один из существующих способов не рассматривается для удаления диоксида углерода отдельно или для одновременного удаления SO_x/NO_x и диоксида углерода.

Краткое описание настоящего изобретения

[0013] Настоящее изобретение является преимущественным, поскольку оно обеспечивает систему очистки и утилизации дымового газа и способ, где система очистки обеспечивает высокоэффективное удаление загрязняющих примесей в дымовом газе.

[0014] Другим преимуществом настоящего изобретения является обеспечение системы очистки и утилизации дымового газа и способа, который обладает степенью удаления применительно к удалению SO₂ и NO₂ до 98% или более и степенью удаления CO₂ до 30% или более.

[0015] Другим преимуществом настоящего изобретения является обеспечение системы очистки и утилизации дымового газа и способа, который обеспечивает удаление двух или более загрязняющих примесей из дымового газа, где система обеспечивает одновременное удаление в значительной степени как SO_x, так и NO_x, и CO₂.

[0016] Другим преимуществом настоящего изобретения является обеспечение системы очистки и утилизации дымового газа и способа, где газообразный аммиак вводится в реакцию с SO₂, NO₂ и CO₂ в дымовом газе с обеспечением каталитической кислотно-основной реакции в фазе газ-газ посредством управления газообразной пленкой. Реакция в фазе газ-газ между загрязняющими примесями и аммиаком в газовой фазе обладает скоростью реакции, которая является достаточно высокой для применения в промышленном процессе обработки отходов. Применяемый в процессе данной системы аммиак имеет высокий коэффициент использования. По сравнению с реакцией в фазе газ-твердое вещество или в фазе газ-жидкость известнякового способа реакция аммиака и загрязняющих примесей в фазе газ-газ имеет относительно более высокую скорость реагирования и степень удаления загрязняющих примесей.

[0017] Другим преимуществом настоящего изобретения является обеспечение системы очистки и утилизации дымового газа и способа, который возможно легко включить в большинство химико-технологических процессов производств нового или старого типа.

[0018] Другим преимуществом настоящего изобретения является обеспечение системы очистки и утилизации дымового газа и способа, которая имеет малый размер и низкую стоимость оборудования системы для того, чтобы свести к минимуму необходимость в занимаемом месте для системы.

[0019] Другим преимуществом настоящего изобретения является обеспечение системы очистки и утилизации дымового газа и способа, где система является простой применительно к эксплуатации и с низкими эксплуатационными затратами.

[0020] Другим преимуществом настоящего изобретения является обеспечение системы очистки и утилизации дымового газа и способа, где аммиак для введения в реакцию с целевыми загрязняющими примесями является недорогим и имеет высокий коэффициент использования для того, чтобы понизить стоимость процесса обработки отходов.

[0021] Другим преимуществом настоящего изобретения является обеспечение системы очистки и утилизации дымового газа и способа, где очистка аминированием, в которой аммиак применяется для взаимодействия, главным образом, с SO_x, NO_x и CO₂, является подходящей для большей части процессов, связанных с горючим, каменным углем и природным газом.

[0022] Другим преимуществом настоящего изобретения является обеспечение системы очистки и утилизации дымового газа и способа, где сперва обеспечивается вовлечение газифицированного аммиака в механизм реакции очистки в качестве катализатора для уменьшения ее энергии активации, а затем, вторично, участие в процессе реакции очистки для взаимодействия с загрязняющими примесями, соответственно. Следовательно, процесс в системе очистки и способ дополнительно упрощаются, а стоимость исходного материала для взаимодействия с загрязняющими примесями дополнительно сводится к минимуму.

[0023] Другим преимуществом настоящего изобретения является обеспечение системы очистки и утилизации дымового газа и способа, где во время процесса не требуется применение воды, поэтому система очистки дымового газа обеспечивает исключение процесса обработки сточных вод для того, чтобы сохранить воду.

[0024] Другим преимуществом настоящего изобретения является обеспечение системы очистки и утилизации дымового газа и способа, где отсутствует вторичное загрязнение, поэтому понижается стоимость обработки системы очистки по настоящему изобретению.

[0025] Другим преимуществом настоящего изобретения является обеспечение системы очистки и утилизации дымового газа и способа, где в системе сводится к минимуму явление забивания для того, чтобы повысить стабильность системы очистки.

[0026] Другим преимуществом настоящего изобретения является обеспечение системы очистки и утилизации дымового газа и способа, где продукты реакций процесса очистки представляют собой твердые соединения аммонийных солей, где после процесса удаления пыли для сбора твердых соединений аммонийных солей продукты возможно повторно использовать или еще раз обработать применительно к множеству назначений, таких как искусственное сложное удобрение для того, чтобы достигнуть утилизации отхода.

[0027] Другим преимуществом настоящего изобретения является обеспечение системы очистки и утилизации дымового газа и способа, где процесс очистки обладает многими функциями десульфуризации, денитрификации, восстановления углерода и удаления пыли, такой как продукт твердых соединений аммонийных солей.

[0028] Другим преимуществом настоящего изобретения является обеспечение системы очистки и утилизации дымового газа и способа, который возможно применять для множества применений. Например, систему очистки возможно применять для обработки вредных кислотных газов, таких как фторид водорода и хлорид водорода, и систему очистки возможно применять для обработки выхлопного газа автомобиля.

[0029] Дополнительные преимущества и особенности настоящего изобретения станут очевидными из описания, которое следует ниже, и могут быть осуществлены с помощью средств и комбинаций, конкретно указанных в прилагаемой формуле изобретения.

[0030] Согласно настоящему изобретению вышеизложенные и другие цели и преимущества достигаются путем обеспечения системы очистки дымового газа, которая включает:

[0031] реактор;

[0032] систему циркуляции дымового газа, которая имеет канал с выпускающим отверстием для подачи отработанного дымового газа из указанного канала в указанный реактор;

[0033] систему добавления абсорбента, содержащую по меньшей мере каталитический абсорбент, который газифицируется до газовой фазы и доставляется в указанный реактор таким способом, что обеспечивается взаимодействие большинства загрязняющих веществ дымового газа с указанным каталитическим адсорбентом при условии гомогенной фазы газ-газ с образованием продуктов нетоксичных соединений для того, чтобы эффективно очистить дымовой газ.

[0034] В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения настоящее изобретение также обеспечивает способ очистки дымового газа, который включает следующие этапы:

[0035] (A) Подача дымового газа из выпускающего отверстия канала системы циркуляции дымового газа в реактор.

[0036] (B) Газифицирование каталитического абсорбента системы добавления абсорбента до его газовой фазы и подачу газифицированного каталитического абсорбента в реактор. Следовательно, обеспечивается взаимодействие каталитического абсорбента, предпочтительно аммиака в газовой фазе, с загрязняющими веществами в дымовом газе для удаления загрязняющих веществ для того, чтобы очистить дымовой газ, когда дымовой газ выходит из реактора.

[0037] (C) Выпуск очищенного дымового газа в воздух окружающей среды.

[0038] Дополнительные цели и преимущества все-таки станут очевидными из рассмотрения последующего описания и графических материалов.

[0039] Эти и другие цели, особенности и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из нижеследующего подробного описания, сопроводительных графических материалов и прилагаемой формулы изобретения.

Краткое описание графических материалов

[0040] ФИГ.1 представляет собой блок-схему системы очистки дымового газа согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.

[0041] ФИГ.2 представляет собой таблицу сравнений степени удаления загрязняющих веществ и эффективности общепринятых технологий и данной системы очистки.

[0042] ФИГ.3 представляет собой схему технологического процесса способа очистки дымового газа согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления

[0043] Со ссылкой на фиг.1 графического материала показана система очистки дымового газа согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, где система очистки дымового газа включает по меньшей мере реактор 10, систему циркуляции дымового газа 20 и систему добавления абсорбента 30.

[0044] Система циркуляции дымового газа 20 имеет по меньшей мере канал с выпускающим отверстием для подачи отработанного дымового газа из системы циркуляции дымового газа 20 в реактор 10.

[0045] Система добавления абсорбента 30 функционально связана с реактором 10, где система добавления абсорбента 30 содержит по меньшей мере каталитический абсорбент и обеспечивается для доставки каталитического абсорбента из системы добавления абсорбента 30 в реактор 10. Перед тем, как каталитический абсорбент доставляется в реактор 10, каталитический абсорбент предпочтительно газифицируется до газовой фазы для того, чтобы обеспечить взаимодействие абсорбента с дымовым газом в способе с гомогенной фазой газ-газ так, чтобы существенно повысить его скорость реакции.

[0046] Каталитический абсорбент предпочтительно представляет собой аммиак, где обеспечивается взаимодействие аммиака, газифицированного до газовой фазы, с загрязняющими примесями в дымовом газе при скорости реакции, которую возможно применять в химических процессах для промышленных применений. Обеспечивается быстрое взаимодействие аммиака в газовой фазе с загрязняющими веществами дымового газа с образованием множества нетоксичных соединений. Например, возможно взаимодействие газифицированного аммиака с диоксидом серы SO₂ с образованием сульфата аммония ((NH₄)₂SO₄); при этом возможно взаимодействие газифицированного аммиака с оксидами азота NO_x с образованием нитрата аммония (NH₄NO₃); и возможно взаимодействие газифицированного аммиака с диоксидом углерода CO₂ с образованием карбоната аммония ((NH₄)₂CO₃). Посредством серии реакций каталитического абсорбента и дымового газа также могут образоваться другие соединения, такие как зольная пыль. Более подробно каждая из реакций в реакторе 10 будет описана далее.

[0047] Можно легко определить, что при применении аммиака в качестве каталитического абсорбента можно не только удалить вредные загрязняющие вещества, такие как SO_x, NO_x и CO₂, но также образуются нетоксичные конечные продукты из реагирующих веществ аммиака и загрязняющих веществ в дымовом газе. Конечные продукты, такие как вышеупомянутые аммонийные соли, можно применять в качестве удобрений, так что система очистки дымового газа обеспечивает очистку и возвращение в технологический процесс загрязняющих веществ из дымового газа для того, чтобы достигнуть цели утилизации.

[0048] Следует отметить, что реакции дымового газа в газовой фазе и каталитического абсорбента в газовой фазе являются быстрыми химическими реакциями, которые обеспечивают эффективное использование загрязняющих веществ в дымовом газе посредством процессов абсорбции реакций каталитического окисления, фотолиза, сложных цепных реакций и/или процесса удаления пыли. В системе очистки по настоящему изобретению не требуются или не предусматриваются никакие другие дополнительные природные источники. Сточная вода или другие вторичные загрязнения побочных продуктов реакций не образуются. Таким образом, система очистки обеспечивает высокоэффективное удаление загрязняющих веществ в дымовом газе.

[0049] В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения реактор 10 представляет собой предпочтительно реактор 10 Вентури с гомогенной фазой газ-газ, который имеет конструкцию типа Вентури для обеспечения полного смешивания и контакта аммиака в газовой фазе с дымовым газом в газовой фазе для доведения до максимума эффективности реакций между ними.

[0050] Соответственно, дополнительно обеспечивается теплообменный аппарат 40 для эффективного подведения предварительно заданной тепловой энергии для газифицирования аммиака в жидкой фазе до его газовой фазы перед тем, как аммиак поступает в реактор 10.

[0051] Теплообменный аппарат 40 предпочтительно обеспечивается для того, чтобы дымовой газ поступал в теплообменный аппарат 40 для подачи в реактор 10, где обеспечивается протекание дымового газа, который в выпускающем отверстии канала системы циркуляции дымового газа 10 обычно имеет температуру от примерно 120 до 160°C, в теплообменном аппарате 40 в качестве теплопередающей среды таким образом, что теплообменный аппарат 40 обеспечивает эффективное использование тепловой энергии от дымового газа как такового для газифицирования аммиака практически без значительной дополнительной энергии или питания применительно к газифицированию аммиака так, чтобы охладить дымовой газ до требуемой температуры.

[0052] Другими словами, теплообменный аппарат 40 в основном имеет по меньшей мере два комплекта труб, где при помощи первого комплекта труб обеспечивается поступление дымового газа во входной конец первого комплекта труб и выход с выходного конца первого комплекта труб для поступления в реактор 10, тогда как при помощи второго комплекта труб подается жидкая фаза аммиака, поступающего во входной конец второго комплекта труб, и аммиак в газовой фазе выходит с выходного конца второго комплекта труб. Таким образом, дымовой газ с более высокой температурой в первом комплекте труб обеспечивается как теплообменная среда для нагревания жидкой фазы аммиака во втором комплекте труб для теплообмена с ним для того, чтобы газифицировать аммиак из жидкой фазы до газовой фазы. Следовательно, обеспечивается быстрое взаимодействие дымового газа с аммиаком в газовой фазе каталитического абсорбента для очистки.

[0053] Стоит отметить, что посредством теплообменного аппарата 40 обеспечивается поглощение аммиаком тепла от дымового газа с высокой температурой для того, чтобы эффективно использовать внутреннюю энергию системы очистки для газифицирования аммиака в жидкой фазе. Теплообменный аппарат 40 также обеспечивает подачу газифицированного аммиака и охлажденного дымового газа в реактор 10 для взаимодействия друг с другом в способе взаимодействия в фазе газ-газ.

[0054] Как можно легко определить, каталитический абсорбент, который включен в виде газифицированного аммиака, доставляется в реактор 10 преимущественно трехэтапным способом. Другими словами, каждый из этапов характеризуется определенными условиями реакции, такими как предварительно заданная температура, концентрация и/или давление, главным образом, применительно к очистке дымового газа от целевой загрязняющей примеси, поэтому разнообразие условий реакции на каждом из этапов реакции обеспечивает дополнительное повышение скорости реакции для того, чтобы очистить от многих загрязняющих примесей практически одновременно посредством одной системы очистки по настоящему изобретению.

[0055] Например, на первом этапе доставляется диоксид серы для фактически полного взаимодействия с аммиаком, при этом на вторых этапах для дальнейшего взаимодействия с аммиаком обеспечивается дополнительная подача диоксида серы в реактор 10, в то время как второй этап с предварительно заданными реакционными условиями предназначен, главным образом, для взаимодействия с диоксидом азота таким образом, что система очистки по настоящему изобретению обеспечивает эффективную и одновременную очистку от двух или нескольких загрязняющих примесей. Следовательно, реакции в фазе газ-газ между загрязняющими примесями дымового газа и аммиаком в реакторе 10 предпочтительно обеспечиваются для образования схемы полного контактирования из двух уровней и трех этапов для того, чтобы получить более эффективную систему очистки.

[0056] Соответственно, аппарат для удаления пыли 50 предпочтительно обеспечивается для сбора и удаления пыли из дымового газа или продуктов, образованных в результате реакций в реакторе 10. Пыль может включать зольную пыль в дымовом газе и аммонийные соли, которые образуются посредством реакций реагирующих веществ в фазе газ-газ дымового газа и каталитического абсорбента. Следовательно, загрязняющие вещества дымового газа вводятся в реакцию с аммиаком в газовой фазе в реакторе 10 для удаления загрязняющих веществ и очистки дымового газа. После того, как реакции практически прекращаются, аппарат для удаления пыли 50 обеспечивает удаление зольной пыли и аммонийных солей пыли из дымового газа, перед тем, как дымовой газ выпускается в воздух окружающей среды.

[0057] Аппарат для удаления пыли 50 может дополнительно включать устройство для удаления пыли 51 для удаления пыли и сборник твердых продуктов 52, главным образом, для соединений аммонийных солей, образованных в результате реакций между загрязняющими веществами и каталитическим абсорбентом. Следовательно, дымовой газ, который очищается посредством реактора 10 и фильтруется посредством устройства для удаления пыли 51 аппарата для удаления пыли 50, возможно выпускать в атмосферу при наличии относительно более чистого газа. Аммонийные соли дополнительно можно отделить и собрать посредством сборника твердых продуктов 52 для утилизации, такой как повторное использование собранных аммонийных солей для применения в качестве удобрения.

[0058] После разделения пыли и очищенного дымового газа очищенный дымовой газ далее подают для пропускания через сепаратор тумана 53 для разделения газообразного аммиака и очищенного дымового газа. Газообразный аммиак затем перенаправляют для поступления в систему циркуляции дымового газа для возвращения в технологический процесс аммиака, и очищенный дымовой газ доставляется в теплообменный аппарат 40 для дополнительного охлаждения до предварительно заданной температуры перед тем, как он выпускается в воздух окружающей среды. Очищенный дымовой газ дополнительно охлаждается посредством теплообменного аппарата 40 и затем оттуда выпускается в атмосферу.

[0059] Соответственно, пыль в реакторе 10, из золы и твердых соединений аммонийных солей продуктов реакций, как правило, поступает в трубу Вентури реактора 10 типа Вентури для постепенного концентрирования, и затем вследствие процессов столкновений и агрегации размеры частиц пыли увеличиваются до предварительно заданных размеров, так что устройство для удаления пыли 51 обеспечивает удаление и отделение пыли от дымового газа. Устройство для удаления пыли 51 может быть электростатическим осадителем или мешочным пылеудалителем для сбора и/или удаления пыли из дымового газа.

[0060] Система очистки может дополнительно включать систему контроля 60, где система контроля 60 обеспечивает контроль множества температур, концентраций, давлений и других параметров во множестве контрольных точек системы очистки для того, чтобы управлять системой очистки. Следовательно, дымовой газ системы циркуляции дымового газа 10 обычно имеет температуру от примерно 120 до 160°C перед поступлением в теплообменный аппарат 40, температуру от примерно 60 до 80°C после выхода из теплообменного аппарата 40 и перед поступлением в реактор 10 и температуру от примерно 25 до 50°C после последнего выхода из теплообменника 10 после взаимодействия с каталитическим абсорбентом в реакторе 10. Другими словами, очищенный дымовой газ находится при от приблизительно 25 до 50°C при выходе из системы очистки и выпускании в атмосферу.

[0061] Система контроля 60 может быть дополнительно электрически связана с системой добавления каталитического абсорбента 30, где система добавления абсорбента 30 обеспечивает автоматическое добавление предварительно заданного количества каталитического абсорбента в теплообменник 40 в соответствии с концентрациями каждого из загрязняющих веществ или загрязняющих примесей в дымовом газе перед поступлением и/или после поступления в реактор 10, при этом посредством системы контроля 60 измерялись температуры, давления и другие параметры для того, чтобы получить автоматическую систему саморегулирования расхода абсорбента. Следовательно, система контроля 60 обеспечивает сбор параметров в любых точках измерений системы очистки, например, температуры и давления дымового газа перед поступлением в реактор 10 или концентрации газообразного аммиака в реакторе 10 на первом этапе.

[0062] Соответственно, обеспечивается взаимодействие газифицированного аммиака каталитического абсорбента с паром или водяным паром (H₂O_(г)) в дымовом газе с образованием комплекса аммиака с водой (NH₃·H₂O) для того, чтобы обеспечить быстрое взаимодействие SO_x, NO_x и CO_x, таких как SO₂, NO₂ и CO₂, с комплексом аммиака с водой для того, чтобы произошли реакции гомогенного зародышеобразования в газовой фазе так, чтобы достигнуть удаления SO₂, NO₂ и CO₂ загрязняющих веществ из дымового газа.

[0063] Будет легко определить, что обычно дымовой газ содержит 50% N₂, 8% О₂, 30% CO₂, 9% H₂O и другие газы загрязняющих веществ в дымовом газе, такие как диоксиды серы, оксиды азота, и зольную пыль. Теоретически возможно взаимодействие H₂O_(г) с SO₂, NO₂ и CO₂, при этом реакции между SO₂, NO₂ и CO₂ и водяным паром являются настолько крайне медленными, что их невозможно непосредственно использовать для промышленного применения. При добавленном каталитическом абсорбенте, который включен в виде аммиака в газовой фазе, обеспечивается образование из молекулярной воды H₂O и молекулярного аммиака NH₃ комплекса аммиака с водой (NH₃·H₂O) посредством водородной связи между ними для того, чтобы далее происходило быстрое взаимодействие с загрязняющими примесями дымового газа для удаления SO_x, NO_x и CO₂.

[0064] Соответственно, реакции каждого из загрязняющих веществ и каталитического абсорбента описаны следующим образом.

[0065] Оксиды азота загрязняющего вещества дымового газа удаляются посредством серии процессов денитрификации. Вначале NO в дымовом газе окисляется с образованием NO₂. NO₂ взаимодействует с молекулярной водой в NH₃·H₂O путем окислительно-восстановительной реакции с осуществлением реакции зародышеобразования с образованием нитрата аммония в твердой фазе и нитрита в газовой фазе, где часть нитрита дополнительно взаимодействует с аммиаком с образованием нитрата. Реакция оксидов азота и молекулярной воды комплекса аммиака с водой посредством катализатора-аммиака показана ниже:

2NO+O₂→2NO₂

2NO₂+NH₃-H₂O→NH₄NO₃+HNO₂

HNO₂+NH₃→NH₄NO₂.

[0066] Удаление оксидов серы осуществляется посредством серии многих химических процессов, которые включают кислотно-основные реакции, реакции окисления, радикальные реакции и цепные реакции.

[0067] Кислотно-основные реакции диоксидов серы осуществляются посредством реакции зародышеобразования диоксидов серы, взаимодействующих с NH₃-H₂O, которая является эндотермической реакцией, с образованием твердого NH₄HSO₃ и сульфита аммония (NH₄)₂SO₃. Уравнения реакций показаны ниже:

NH₃-H₂O_г(Газ)+SO_2г(Газ)→NH₄HSO_3т

2NH₃-H₂O_г(Газ)+SO_2г(Газ)→(NH₄)₂SO₃.

[0068] Реакции окисления: NH₄HSO₃ и (NH₄)₂SO₃ окисляются посредством кислорода, диоксидов углерода и нитрата аммония с образованием NH₄HSO₃ и сульфита аммония (NH₄)₂SO₃. Уравнения реакций показаны ниже:

NH₄HSO_3т+O_2г→NH₄HSO_4т

NH₄HSO_4т+NH₃→(NH₄)₂SO₄

NH₄HSO_3т+NO_2г→NH₄HSO_4т+NO

NH₄NO₃+NH₄HSO₃→(NH₄)₂SO₄+HNO_2г.

[0069] Уравнения цепных реакций оксидов серы также показаны ниже:

HONO_г+hv---→OH+NO

ОН+SO₂--→H₂SO₄

NH₃+H₂SO₄--→NH₄HSO₄

NH₃+NH₄HSO₄--→(NH₄)₂SO₄.

[0070] Следовательно, посредством процессов кислотно-основных реакций, реакций окисления, радикальных реакций и цепных реакций обеспечивается удаление оксидов серы загрязняющих веществ в дымовом газе после серии реакций десульфуризации в реакторе 10.

[0071] Процесс декарбонизации дополнительно включается в серию реакций удаления загрязняющих примесей в реакторе 10, где обеспечивается столкновение диоксида углерода, который с трудом взаимодействует с молекулярной водой в газовой или жидкой фазе, с NH₃-H₂O для начала реакций гомогенного зародышеобразования с образованием соединений в твердой фазе NH₄HCO₃ и карбоната аммония (NH₄)₂CO₃ для того, чтобы удалить оксиды углерода, и для образования продуктов аммонийных солей, которые возможно возвратить в технологический процесс для повторного использования в качестве удобрения. Уравнения реакций показаны ниже:

CO₂+NH₃-H₂O→NH₄HCO₃

NH₄HCO₃+NH₃→(NH₄)₂CO₃.

[0072] Со ссылкой на фиг.3 графических материалов показан способ очистки дымового газа согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, где способ включает следующие этапы.

[0073] (A) Подача дымового газа из выпускающего отверстия канала системы циркуляции дымового газа 20 в реактор 10.

[0074] (B) Газифицирование каталитического абсорбента системы добавления абсорбента 30 до его газовой фазы и подачу газифицированного каталитического абсорбента в реактор 10. Следовательно, обеспечивается взаимодействие каталитического абсорбента, предпочтительно аммиака в газовой фазе, с загрязняющими веществами в дымовом газе для удаления загрязняющих веществ для того, чтобы очистить дымовой газ, когда дымовой газ выходит из реактора.

[0075] (C) Выпуск очищенного дымового газа в воздух окружающей среды.

[0076] Перед этапом (C) способ может дополнительно включать этап удаления пыли из реактора посредством аппарата для удаления пыли 50 для того, чтобы обеспечить удаление пыли, в том числе зольной пыли и образованных продуктов в твердой фазе из серии реакций в реакторе 10, для дополнительной очистки дымового газа для того, чтобы предотвратить забивание системы пылью. Пыль можно отделить от очищенного дымового газа посредством устройства для удаления пыли 51, как указано выше.

[0077] После этапа удаления пыли можно дополнительно обеспечить этап сбора твердых соединений аммонийных солей и других твердых частиц посредством сборника твердых продуктов 52 для того, чтобы дополнительно обеспечить использование образованных в реакторе 10 твердых продуктов в качестве другого применения, такого как аммонийное удобрение.

[0078] Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения перед этапом (A) можно дополнительно обеспечить этап обеспечения теплообменного аппарата 40. Следовательно, этап (A) может дополнительно включать этап доставки дымового газа в первый комплект труб теплообменного аппарата 40 в качестве его теплообменной среды и подачу дымового газа для выхода из теплообменного аппарата 40 и поступления в реактор 10.

[0079] Этап (B) может дополнительно включать этап доставки жидкого аммиака каталитического абсорбента во второй комплект труб теплообменного аппарата 40 для того, чтобы обеспечить поглощение жидким аммиаком предварительно определенного количества тепловой энергии из теплообменной среды дымового газа в первом комплекте труб для газифицирования. Этап (B) дополнительно включает этап подачи каталитического абсорбента для выхода из теплообменного аппарата 40 и поступления в реактор 10.

[0080] Стоит отметить, что аммиак каталитического абсорбента предпочтительно подлежит доставке в реактор в вышеупомянутом трехэтапном способе для того, чтобы довести до максимума скорость реакции между абсорбентом и каждым из загрязняющих веществ дымового газа. Следовательно, система очистки обеспечивает получение относительно более высокой степени удаления загрязняющих примесей из дымового газа.

[0081] Соответственно, способ может дополнительно включать этап доставки указанного каталитического абсорбента в указанный реактор в многоэтапном способе, таком как вышеупомянутый трехэтапный способ, и предпочтительно по меньшей мере два или более этапов для того, чтобы обеспечить нацеливание каждого этапа на определенные загрязняющие вещества дымового газа для доведения до максимума степени очистки от каждого из загрязняющих веществ. Следовательно, способ обеспечивает достижение одновременной очистки от нескольких загрязняющих веществ в дымовом газе посредством одного и того же реактора 10 и системы очистки. Нет потребности в сооружении и приобретении другого оборудования или системы для удаления множества загрязняющих веществ из дымового газа. Таким образом, стоимость оборудования установки или производства сводится к минимуму и при этом сводится к минимуму необходимая площадь для сооружения системы очистки.

[0082] Перед этапом выпуска очищенного дымового газа и после этапа удаления пыли можно дополнительно обеспечить этап разделения газообразного аммиака и очищенного дымового газа, где обеспечивается перенаправление аммиака в систему циркуляции дымового газа 10 для повторного использования и обеспечивается направление очищенного дымового газа в теплообменник 40 для дополнительного охлаждения до предварительно заданной температуры с тем, чтобы оттуда выпустить в воздух.

[0083] В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения можно дополнительно обеспечить этап обеспечения системы контроля 60, где система контроля 60 обеспечивает регистрацию температур, давлений, концентраций каждого из загрязняющих веществ дымового газа во множестве контрольных точек системы очистки для того, чтобы дополнительно контролировать систему для улучшения ее эффективности и безопасности. Обеспечивается электрическая связь системы контроля 60 с системой добавления абсорбента 30 для управляемого, автоматического и непрерывного добавления предварительно заданного количества каталитического абсорбента в теплообменный аппарат 40, как описано выше.

[0084] Следовательно, система очистки по настоящему изобретению обладает по меньшей мере следующими преимуществами.

[0085] 1. Практически не требуется значительной внешней энергии. Обеспечивается использование теплообменником внутренней тепловой энергии дымового газа системы очистки для газифицирования аммиака для того, чтобы сберечь энергию.

[0086] 2. Гомогенные реакции в фазе газ-газ между газифицированным аммиаком и дымовым газом обладают высокой скоростью реакции и высокой скоростью образования продуктов соединений аммонийных солей из реакций для того, чтобы обеспечить высокоэффективное удаление системой очистки загрязняющих веществ в дымовом газе. Степень удаления загрязняющих веществ SO₂, NO₂ выше 98%, а CO₂ - выше 30%. Значительно улучшается и повышается степень удаления по сравнению с существующими способами, как показано на фиг.2.

[0087] 3. Основное расходуемое химическое соединение представляет собой аммиак абсорбента, который является дешевым и обладает высокой степенью повторного использования для того, чтобы свести к минимуму стоимость операции очистки.

[0088] 4. Оборудование целиком, такое как реактор 10, система добавления абсорбента 30, теплообменный аппарат 40 и аппарат для удаления пыли 50, занимает относительно меньше места и имеет простую конструкцию для того, чтобы свести к минимуму стоимости монтажа и оборудования.

[0089] Кроме того, сигнальная система очистки обладает многими функциями десульфуризации, денитрификации, восстановления углерода и удаления пыли, так что при помощи системы очистки не только повышается эффективность очистки от загрязняющих веществ дымового газа, но также сводится к минимуму необходимое место для сооружения системы очистки по настоящему изобретению.

[0090] 5. Система очистки обладает высокой гибкостью применительно к включению во множество применений или установок для того, чтобы обеспечить широкое применение системы очистки во множестве отраслей промышленности. Например, систему очистки возможно применять для обработки вредных кислотных газов, таких как фторид водорода и хлорид водорода, и систему очистки возможно применять для обработки выхлопного газа автомобиля.

[0091] 6. Для очистки дымового газа не требуется вода, поэтому система очистки обеспечивает сохранение природного источника воды. Посредством процесса очистки в системе очистки не образуются сточная вода или любые типы вторичных отходов, поэтому система очистки дымового газа обеспечивает исключение процесса обработки вторичных отходов.

[0092] 7. Не добавляются или не образуются в результате реакций сильно агрессивные химические соединения, поэтому оборудование системы очистки имеет относительно более длительный период эксплуатации. Аппарат для удаления пыли обеспечивает сбор и удаление пыли, такой как зольная пыль и любые другие твердые частицы, для того, чтобы свести к минимуму проблему забивания так, чтобы повысить стабильность во время эксплуатации системы очистки и понизить стоимость расходов на ее обслуживание.

[0093] 8. Также обеспечивается повторное использование соединений аммонийных солей, образованных в результате реакций процесса очистки, для того, чтобы обеспечить не только очистку дымового газа, но также и утилизацию.

[0094] Специалист в данной области техники поймет, что вариант осуществления настоящего изобретения, как показано на графических материалах и описано выше, является только иллюстративным и не предназначен для ограничения.

[0095] Таким образом, будет понятно, что цели настоящего изобретения были полностью и эффективно достигнуты. Его варианты осуществления показываются и описываются с целью иллюстрирования функциональных и конструктивных принципов настоящего изобретения, и подвергаются изменению без отступления от таких принципов. Следовательно, настоящее изобретение включает все модификации, охваченные сущностью и объемом нижеследующей формулы изобретения.