Установка сухой очистки дымовых газов от кислых компонентов

Изобретение относится к области переработки промышленных и бытовых отходов и может использоваться для сухой очистки дымовых газов от кислых компонентов методов хемосорбции в процессах термического обезвреживания промышленных и бытовых отходов.

Известен способ селективной очистки пирогаза от сероуглерода и двуокиси углерода (RU 2515300 С1, 10.05.2014) путем их абсорбции водным поглотительным раствором с последующей регенерацией отработанных поглотительных растворов и рециркуляцией очищенных поглотительных растворов на абсорбцию, при этом контактирование пирогаза с поглотительным раствором проводят последовательно в два этапа, на первом этапе поглощают сероводород, а на втором этапе - двуокись углерода, причем абсорбцию сероводорода осуществляют водным раствором бикарбоната натрия с pH среды 7,5-8,5, а в отработанный, после поглощения сероводорода, раствор добавляют гидроокись железа с дозой 3-6 г на 1 г сульфида, затем регенерируют продувкой воздухом, отстаивают и полученный после отстаивания водный раствор бикарбоната натрия возвращают на абсорбцию первого этапа, а осажденный раствор гидроокиси железа вновь участвует в технологическом цикле для регенерации отработанного при поглощении сероводорода раствора; на втором этапе двуокись углерода поглощают водным раствором карбоната натрия с pH≥11, образованный, после поглощения двуокиси углерода, раствор, содержащий бикарбонат натрия, регенерируют, подвергая термическому разложению при температуре 60-200°C с получением раствора карбоната натрия, который возвращают на абсорбцию второго этапа. Установка для осуществления способа содержит первый абсорберы, реактор для переработки отработанного поглотительного раствора, регенератор для отделения серы и отстойник.

Недостатком этого способа и установки является:

1) необходимость использовать водные растворы химических реагентов на всех этапах очистки пирогаза, что требует поддержания положительных температур в зимний период;

2) сложный контроль за поддержанием равновесных концентраций растворимости химических реагентов и продуктов газоочистки;

3) дополнительный расход энергии на нагрев раствора гидрокарбоната натрия с целью его регенерации.

Известна установка сухой очистки отходящих газов электролитического производства алюминия (RU 2339743 С2, 27.11.2008), которая содержит реактор-адсорбер с узлом для ввода очищаемого газа, узлом подачи свежего глинозема, узлом для ввода в реактор отработанного глинозема, установленным выше горловины реактора, газораспределительным устройством, соединенным с выходной частью реактора и выполненным в виде короба в нижней части которого под углом друг к другу установлены направляющие пластины. Короб газораспределительного устройства соединен с выходной частью реактора и с входной частью рукавного фильтра. Узел ввода в реактор свежего глинозема оснащен форсункой с раструбом, установленным выше горловины реактора. Форсунка снабжена насадкой, установленной внутри раструба. Насадка установлена внутри раструба с возможностью перемещения. Узел ввода свежего глинозема соединен с бункером свежего глинозема линией транспортировки. Узел ввода в реактор отработанного глинозема соединен линией рециркуляции с бункером-накопителем рукавного фильтра. Фильтрационная камера рукавного фильтра снабжена устройством импульсной продувки и соединена газопроводом с дымовой трубой для выброса очищенного газа в атмосферу. Бункер-накопитель отработанного глинозема рукавного фильтра соединен линией транспортировки с бункером отработанного глинозема, снабженным пневмокамерным насосом для подачи отработанного глинозема в корпуса электролиза. Для создания разрежения в системе газоочистки в конце трубопровода перед дымовой трубой установлен вентилятор. Устройство позволяет эффективно (более 99%) производить очистку отходящих газов электролитического производства алюминия, но вместе не лишено ряда недостатков:

1) высокие удельные энергетические затраты на рециркуляцию глинозема, связанные с необходимостью создания виброкипящего слоя частиц глинозема напорным потоком воздуха, подаваемым под решетку;

2) высокие абразивные нагрузки на стенки реактора;

3) высокая вероятность возврата крупнокускового отработанного глинозема из бункера-накопителя рукавного фильтра на решетку в реакционную зону распылительной форсунки., что приводит к дополнительному аэродинамическому сопротивлению и возрастанию энергетических затрат.

Тем не менее, по своему назначению, наличию сходных признаков данное техническое решение принято в качестве ближайшего аналога.

Задачей предлагаемого технического решения очистки дымовых газов в установке на базе реактора сухой сорбции является повышение технико-экономических показателей процесса газоочистки.

Поставленная задача решается установкой очистки дымовых газов от кислых компонентов, содержащей последовательно соединенные полый форсуночный скруббер, реактор сухой сорбции и рукавный фильтр, при этом реактор сухой сорбции включает полый перфорированный ротор с насадкой из керамических шаров, а бункер-накопитель рукавного фильтра соединен с выходным газоходом реактора сухой сорбции средством транспортировки сорбента для его рециркуляции.

Кроме того, указанный скруббер может быть выполнен с входом для подачи атмосферного воздуха.

Кроме того, рукавный фильтр может быть снабжен устройством обратной очистки сжатым воздухом.

Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, заключается в исключении необходимости создания виброкипящего слоя сорбента, что обеспечивает практическое отсутствие требований по гранулометрическому составу химического реагента, снижение абразивной нагрузки за счет низкой скорости дымовых газов с твердыми частицами в системе газоочистки, отсутствие энергетических затрат за создание виброкипящего слоя и рециркуляцию реагента, механическое измельчение крупных кусков реагента в рабочей зоне реактора сухой сорбции. Кроме того, возврат сорбента в рабочую зону реактора сухой сорбции способствует увеличению площади контакта сорбента и дымовых газов, что является необходимым условием для быстрого и полного прохождения гетерогенных реакций нейтрализации.

Предложенная установка позволяет осуществить физико-химическую реагентную очистку дымовых газов от кислых компонентов, а именно: HCl, HF, SO₂(H₂SO₃), SO₃(H₂SO₄), NO, NO₂, которая заключается в их адсорбции на твердом сорбенте с последующей хемосорбцией, т.е. химическим превращением этих компонентов в соответствующие сухие соли на поверхности сорбента в объеме газоочистного оборудования.

Принципиальная схема предлагаемой установки очистки дымовых газов представлена на чертеже.

Предлагаемая установка очистки дымовых газов от кислых компонентов содержит полый форсуночный скруббер 1, снабженного узлом 2 для ввода очищаемых дымовых газов, узлом 3 регулируемой подачи атмосферного воздуха и механической тонкодисперной форсункой или форсунками 5 для подачи технической воды с целью охлаждения и увлажнения дымовых газов перед очисткой. С выходом указанного скруббера 1 соединен реактор 6 сухой сорбции с вращающимся полым перфорированным ротором 7 (барабаном), заполненным сферической насадкой в виде керамических шаров 8 и с узлом 4 загрузки сухого сорбента. С выходом реактора 6 соединен газоход 9 отвода запыленных дымовых газов 9 в рукавный фильтр 10, снабженный высокотемпературными тканевыми рукавами 11 и сборной полостью 14 очищенного воздуха. Для обеспечения работоспособности, рукавный фильтр 10 снабжен устройством 12 обратной импульсной очистки сжатым воздухом поверхности фильтрующих элементов 11. Между бункером-накопителем 16 рукавного фильтра 10 и реактором 6 сухой сорбции расположен шнековый питатель 13 с регулируемой скоростью вращения с шлюзовым разгрузочным устройством 15, предназначенный для возврата в реакционную зону реактора 6 части сорбента. Дымовая труба на выходе из сборной полости 14 очищенного воздуха рукавного фильтра 10 соединена с вентилятором-дымососом (на чертеже не показан).

Установка очистки дымовых газов, предназначенная для физико-химической очистки дымовых газов от компонентов кислотного характера, работает следующим образом.

В поток дымовых газов с температурой 1100÷1200°C, поступающих на вход полого скруббера 1, двухфазными механическими форсунками 5 распыляется техническая вода с целью снижения температуры дымовых газов перед химической очисткой в реакторе 6 сухой сорбции. Двухфазные механические форсунки 5 обеспечивают мелкодисперсное распыление для быстрого эффективного охлаждения дымовых газов. Количество подаваемой воды рассчитывается с тем условием, чтобы при входе в реактор 6 сухой сорбции их температура не превышала 200÷250°C. С помощью узла 3 в скруббер 1 подается атмосферный воздух. Возможно охлаждение дымовых газов либо водой, либо воздухом, либо их комбинацией в различных пропорциях. Охлажденные дымовые газы поступают в реактор 6 сухой сорбции с предварительно загруженным расчетным количеством сорбента. В качестве химического сорбента применяется сухая гашеная известь - гидроксид кальция (Са(ОН)₂). При первичной загрузке, как правило, задается избыточное количество сорбента с целью создания максимальной площади поверхности гетерогенной реакции нейтрализации между кислыми компонентами дымовых газов и частицами извести. Поток обрабатываемых дымовых газов проходит через вращающийся перфорированный ротор 7 реактора с насадкой в виде керамических шаров 8 и захватывает частички извести, на поверхности которых и происходит реакция нейтрализации. Сорбент постоянно перемалывается в роторе 7 реактора 6 мелящими керамическими шарами 8 с целью вовлечения в реакцию свежих непрореагировавших слоев извести. Кроме того, перемалывающие шары 8 необходимы для размалывания крупных кусков сорбента до размеров частиц, выносимых потоком дымовых газов в рукавный фильтр 10. На выходном газоходе 9 реактора 6 сухой сорбции дымовые газы повторно обрабатываются сорбентом, поступающим в рецикле из бункера-накопителя 16 рукавного фильтра 10. Для осуществления рецикла сорбента применяется шнековый транспортер 13 с регулируемой скоростью вращения. Возврат сорбента в рабочую зону реактора 6 сухой сорбции создает местное локальное перезапыление реагентом потока дымовых газов, тем самым увеличивается площадь контакта сорбента и дымовых газов, что является необходимым условием для быстрого и полного прохождения гетерогенных реакций нейтрализации. Таким образом, мелкие частицы сорбента и продукты нейтрализации (в основном сульфаты, сульфиты и хлориды кальция) выносятся в рукавный фильтр 10 дымовыми газами, а крупные частица и куски сорбента и продуктов газоочистки остаются в перфорированном роторе 7 реактора 6, где перемалываются керамическими шарами 8 до размеров, гарантирующих их летучесть. Механическая очистка дымовых газов от твердых летучих компонентов происходит на тканевых высокотемпературных фильтрующих элементах 11 рукавного фильтра 10. Очищенные дымовые газы собираются в сборной полости 14 рукавного фильтра 10, откуда вентилятором-дымососом через дымовую трубу выбрасываются в атмосферу. По мере накопления сорбента и продуктов газоочистки на внешнем слое тканевых рукавов 11 их аэродинамическое сопротивление возрастает, и по сигналу датчика перепада давления автоматически производится регенерация фильтрующей поверхности путем импульсной подачи воздуха устройством 12. Сухие продукты фильтрация попадают в бункер-накопитель 16 рукавного фильтра 10, откуда шнековым питателем 13 рециркуляции возвращаются в реактор 6 сухой сорбции, осуществляя многократный рецикл сорбента. Периодически (1 раз/час) часть сорбента и солей газоочистки выгружается из шнекового питателя 13 рециркуляции сорбента, а в реактор 6 задается новая порция свежего сорбента.

Предлагаемая установка очистки дымовых газов снабжена приборами контроля и регулирования, не являющимися предметом защиты.

Предлагаемая установка очистки дымовых газов на базе реактора 6 сухой сорбции обеспечивает высокую эффективность нейтрализации кислотных компонентов дымовых газов (не менее 97%) и может быть выполнена в линейке типоразмеров под любое количество образующихся дымовых газов.