способ и устройство для очистки отходящих газов от вредных компонентов, например оксидов серы или азота

Формула изобретения

1. Способ очистки отходящих газов от вредных компонентов, например оксидов азота или серы, включающий пропускание этих газов через движущийся слой углеродного адсорбента с получением очищенных газов, выделение мелкой фракции из потока отработанного адсорбента, нагрев отработанного адсорбента до 400 - 600^oС с получением регенерированного адсорбента и десорбированных газов, подачу регенерированного адсорбента на конверсию вредных компонентов, содержащихся в десорбированных газах, конверсию вредных компонентов, содержащихся в десорбированных газах, восстановлением их углеродом регенерированного адсорбента при 600 ^oC 850^oС с получением ценных продуктов, подачу непрореагировавшего регенерированного адсорбента на стадию очистки отходящих газов, добавление свежего углеродного адсорбента, отличающийся тем, что непрореагировавший регенерированный углеродный адсорбент перед подачей на стадию очистки отходящих газов охлаждают до (-50) - (-150)^oС, а свежий углеродный адсорбент добавляют в поток отработанного адсорбента перед отделением из него мелкой фракции.

2. Устройство для очистки отходящих газов, содержащих вредные компоненты, например оксиды серы или азота, включающее прямоугольный корпус, содержащий секцию адсорбции с вертикальными жалюзийными решетками, расположенными с образованием каналов, расширяющихся книзу, для нисходящего потока углеродного адсорбента и каналов для прохождения газов, патрубками для ввода отходящих и вывода очищенных газов, соединенных с каналами для прохождения газов, и средством вывода отработанного адсорбента, соединенного с каналами для нисходящего потока адсорбента, отличающееся тем, что в корпусе над секцией адсорбции дополнительно расположены соответственно секция охлаждения регенерированного адсорбента с патрубками для ввода и вывода охлаждающего агента, секция конверсии с патрубками для ввода горячего газообразного теплоносителя, горизонтальными сборниками для газообразных продуктов конверсии и патрубком для их вывода и секция регенерации углеродного адсорбента, снабженная вертикальными и горизонтальными сборниками продуктов регенерации и патрубком для вывода теплоносителя, причем по всей высоте секций охлаждения, конверсии и регенерации установлены вертикальные перегородки, соединенные с жалюзийными решетками секции адсорбции с образованием каналов для нисходящего потока адсорбента, между которыми расположены вертикальные разделительные каналы, состоящие из обогревающей части, расположенной в секциях регенерации и конверсии, охлаждающей части, расположенной в секции охлаждения, и части, содержащей каналы для прохождения газа, - в секции адсорбции.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что горизонтальные сборники продуктов регенерации и конверсии расположены в обогревающей части разделительного канала с образованием каналов для циркуляции теплоносителя между ними и снабжены жалюзийными решетками.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в каждом разделительном канале установлены дополнительные перегородки, делящие его на две половины с образованием, совместно с каналом для нисходящего потока адсорбента и прилегающих к нему половин разделительного канала, кассеты.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что внешняя поверхность корпуса секции регенерации и конверсии снабжена теплоизоляционным материалом.

6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что секция конверсии отделена от секции охлаждения теплоизоляционным материалом, расположенным в разделительных каналах.

7. Устройство по п.2, отличающееся тем, что корпус содержит средство для ввода потока отработанного и свежего адсорбентов в каналы для нисходящего потока углеродного адсорбента секции регенерации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для очистки газов теплоэлектростанций, котельных и различных промышленных предприятий.

Известен способ очистки отходящих газов от SO₂ путем адсорбции углеродным адсорбентом в адсорбционной колонне [1]. Адсорбент, адсорбировавший SO₂, регенерируется в десорбционной колонне нагретым до высокой температуры инертным газом. Регенерированный адсорбент рециклирует для повторного использования. Газы десорбции пропускаются через слой углеродного материала в конвертере для восстановления SO₂ до S.

Недостатками известного способа являются

использование с целью регенерации адсорбента инертного газа, что, во-первых, приводит к разбавлению газов регенерации, снижению концентрации SO₂ и ухудшению процесса конверсии SO₂ в S, во-вторых, увеличивает эксплуатационные расходы процесса очистки, т.к. получение инертного газа дорого;

отсутствие стадии классификации адсорбента перед подачей на стадию адсорбции, т. к. при перемещении адсорбента со стадии адсорбции на стадию регенерации и обратно происходит его истирание и образование мелкой фракции, которая затем может уноситься отходящими газами и попадать в атмосферу, то необходимо ее удалять из адсорбента;

отсутствие стадии охлаждения адсорбента, поступающего на стадию адсорбции после регенерации при высокой температуре, повышенная температура адсорбента может существенно повлиять на температуру процесса адсорбции и снизить эффективность очистки, кроме того, возможно возгорание адсорбента при контактировании с кислородом, присутствующим в отходящих газах;

процесс конверсии SO₂ в S производится с использованием неактивированного полукокса. В результате взаимодействия полукокса с газами регенерации при высокой температуре происходит его активация и повышение адсорбционных свойств, что позволяет использовать его в процессе адсорбции, однако это обстоятельство в данном способе не учитывается.

Известно наиболее близкое техническое решение предложенному способу - способ очистки отходящих газов от SO₂ путем адсорбции углеродным адсорбентом в адсорбционной колонне [2]. Адсорбент, адсорбировавший SO₂, регенерируется в реакторной колонне с движущимся слоем. Газы регенерации перерабатывают в конверторе. Часть регенерируемого адсорбента рециркулируется в адсорбер, а другая часть направляется в конвертер и используется в качестве восстановителя SO₂ до S и через определенное время также рециркулируется в адсорбер. Причем адсорбер, рециркулируемый в адсорбер из конвертера, имеет более высокие адсорбционные свойства по сравнению с исходным, поскольку в конвертере происходит его дополнительная активация газами регенерации.

Недостатком известного способа является отсутствие стадии охлаждения адсорбента после стадии десорбции и конверсии, происходящих при высоких температурах, что усложняет процесс классификации адсорбента и может привести к его возгоранию при контакте с атмосферным воздухом.

На стадии конверсии SO₂ в S используется определенная часть адсорбента, в результате взаимодействия адсорбента с газами регенерации при высокой температуре происходят его дополнительная активация и улучшение адсорбционных свойств. Затем эта часть адсорбента используется на стадии адсорбции при добавлении в основной поток рециркулирующего адсорбента. Смешение потоков адсорбента с различными адсорбционными свойствами расслаивает весь объем адсорбента, участвующего в процессе очистки отходящих газов, по адсорбционной активности, что может вызвать трудности эксплуатационного характера: неравномерность очистки отходящих газов, неравномерность адсорбента и т.д.

Добавление свежего адсорбента в циркулирующий поток, поступающего на стадию сорбции из активационной колонны, осуществляется определенным способом: пневмотранспортом, элеваторным транспортом и т.д. В результате адсорбент контактирует с окружающей атмосферой, адсорбируя определенные газы (в основном кислород), что снижает его адсорбционную активность. Контакт адсорбента с какой-либо средой перед стадией адсорбции нежелателен.

Известно устройство для очистки отходящих газов с движущимся слоем углеродного адсорбента и поперечно перемещающимся потоком отходящих газов [3]. Внутреннее пространство адсорбента разделено на большое количество отдельных секций, которые могут быть соединены между собой последовательно сверху и снизу. Поток частиц адсорбента пересекается перекрестно потоком газа, такого как SO₂, содержащим отходящий газ.

Недостатками известного устройства являются использование адсорбера как отдельного обособленного аппарата, выполняющего только функции адсорбции, и то, что вертикальное расположение секции вызывает трудности в регулировании скорости просыпания адсорбера и соответственно времени пребывания адсорбента в адсорбере.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство прямоугольной формы, состоящее из секции адсорбции с вертикальными жалюзийными решетками, расположенными с образованием каналов, расширяющихся книзу, для нисходящего потока углеродного адсорбента и каналов для прохождения газов, патрубками для ввода отходящих газов и вывода очищенных газов, соединенными с каналами для прохождения газов, и средством для вывода отработанного адсорбента, соединенным с каналами нисходящего потока адсорбента [4].

К недостаткам известного устройство можно отнести использование его только в качестве адсорбера, в котором газ подвергается только очистке от вредных компонентов, и дальнейшая обработка отработанного адсорбента и вредных компонентов происходит в других аппаратах с использованием технологических транспортных средств и связанных с ними недостатков, среди которых одним из самых серьезных является контакт регенерируемого адсорбента либо с транспортирующим агентом, либо с атмосферным воздухом.

Целью изобретения является повышение эффективности и экономичности процесса очистки отходящих газов, улучшение компоновки, повышение эксплуатационной надежности технологического оборудования.

Указанная цель достигается тем, что по способу очистки отходящих газов от вредных компонентов, например оксидов серы или азота, отходящие газы пропускают через движущийся слой углеродного адсорбента с получением очищенных газов, в поток отработанного адсорбента добавляют свежий углеродный адсорбент, выделяют из полученного потока мелкую фракцию, нагревают отработанный адсорбент до 400-600^oC с получением регенерированного адсорбента и десорбированных газов, подают регенерированный адсорбент на конверсию вредных компонентов, содержащихся в десорбированных газах, восстановлением их углеродом регенерированного адсорбента при 600-850^oC с получением ценных продуктов, охлаждают непрореагировавший углеродный адсорбент до 50-150^oC и подают его на стадию очистки отходящих газов.

Указанные технические результаты достигаются тем, что устройство для очистки отходящих газов от вредных компонентов, например оксидов серы или азота, включает прямоугольный корпус, содержащий последовательно расположенные по его высоте секцию регенерации, снабженную горизонтальными и вертикальными сборниками продуктов регенерации и патрубком для вывода теплоносителя, секцию конверсии с патрубком для ввода горячего газообразного теплоносителя, горизонтальными сборниками газообразных продуктов конверсии и патрубком для их вывода, секцию охлаждения с патрубками для ввода и вывода охлаждающего агента и секцию адсорбции с патрубками для ввода отходящего и вывода очищенного газа, установленные по всей высоте корпуса вертикальные перегородки с образованием каналов для нисходящего потока углеродного адсорбента, выполненных расширяющимися книзу, и разделительных каналов, состоящих из обогревающей части, расположенной в секциях регенерации и конверсии, охлаждающей части, расположенной в секции охлаждения, и части для прохождения отходящих газов в секции адсорбции.

Горизонтальные сборники продуктов регенерации и конверсии расположены в обогревающей части разделительных каналов с образованием каналов для циркуляции теплоносителя между ними и снабжены жалюзийными решетками. Вертикальные перегородки секции адсорбции выполнены из жалюзийных решеток.

В каждом разделительном канале установлены дополнительные вертикальные перегородки, делящие его на две половины с образованием совместно с каналом для нисходящего потока адсорбента и прилегающих к нему половин разделительного канала кассеты.

Внешняя поверхность корпуса секций регенерации и конверсии снабжена теплоизоляционным материалом.

Секция конверсии отделена от секции охлаждения теплоизоляционным материалом, расположенным в разделительных каналах.

Корпус снабжен средствами для ввода и вывода отработанного адсорбента, подключенными к каналам для продвижения потока адсорбента.

Количество горизонтальных газосборников регенератора и соответственно поворотов в направлении движения теплоносителя в газогенераторе может быть от одного и более. Оно определяется на основании габаритных размеров регенератора и технологических параметров процесса регенерации.

Устройство выполнено в кассетном варианте с целью возможности варьирования производительности устройства по отходящим газам. При увеличении производительности в устройство добавляется необходимое количество кассет, при снижении производительности из устройства изымается необходимое количество кассет. Количество кассет соответствует количеству каналов в устройстве.

Перемещение горючего теплоносителя осуществляется одним из известных устройств: дымососом, эжекторным насосом и т.п. С целью снижения теплопотерь в окружающую среду внешние поверхности регенератора и конвертора, входного и выходного коллекторов защищены теплоизоляцией. С целью устранения застойных зон при движении адсорбента обогревающие каналы для прохождения адсорбента регенератора выполнены расширяющимися внизу.

Таким образом, в одном компактном аппарате осуществляется не только сама очистка отходящих газов, но и совмещены с соответствующим конструктивным оформлением технологии конверсии вредных компонентов отходящих газов и регенерации отработанного адсорбента.

Технологические секции расположены вертикально и объединены в один корпус, в котором движение углеродного адсорбента происходит сверху вниз под действием гравитационных сил без использования транспортных устройств. Регенерируемый адсорбент после охлаждения до необходимой температуры, которая может варьироваться в широких пределах, поступает непосредственно на стадию адсорбции, не подвергаясь нежелательному контакту с атмосферным воздухом или какой-либо другой средой. В результате взаимодействия газов регенерации с углеродным адсорбентом при высокой температуре происходит его дополнительная активация и, как следствие, улучшение адсорбционных свойств.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема предлагаемого способа очистки отходящих газов; на фиг. 2 представлен фронтальный разрез устройства для очистки отходящих газов; на фиг. 3 - профильный разрез устройства; на фиг. 4 и 5 представлены горизонтальные разрезы соответственно секций регенерации и конверсии.

Прямоугольный корпус 1 содержит последовательно расположенные по его высоте секцию регенерации 2, снабженную горизонтальными сборниками продуктов регенерации 3, вертикальными сборниками продуктов регенерации 4 и патрубком для вывода газообразного теплоносителя 5, секцию конверсии 6 с патрубком для ввода горячего газообразного теплоносителя 7, горизонтальными сборниками газообразных продуктов конверсии 8 и патрубком для их вывода 9, секцию охлаждения 10 с патрубком для ввода 11 и вывода 12 охлаждающего агента, секцию адсорбции 13 с патрубками 14, 15 для ввода отходящего газа и вывода очищенного газа соответственно. По всей высоте корпуса 1 установлены вертикальные перегородки 16 с образованием каналов 17 для нисходящего потока углеродного адсорбента и разделительных каналов 18, состоящих из обогревающей части, расположенной в секциях регенерации 2 и конверсии 6, охлаждающей части, расположенной в секции охлаждения 10, и из части для прохождения отходящих газов в секции адсорбции 13.

Горизонтальные сборники 3 и 8 продуктов регенерации и конверсии расположены в обогревающей части разделительных каналов 18 с образованием каналов 19 для циркуляции теплоносителя между ними и снабжены жалюзийными решетками 20. В разделительном канале 18 установлены дополнительные вертикальные перегородки 21, делящие его на две половины с образованием кассеты, состоящей из канала 17 для нисходящего потока адсорбента и прилегающих к нему половин разделительного канала 18.

Внешняя поверхность корпуса секций регенерации 2 и конверсии 6 снабжена теплоизоляционным материалом 22.

Секция конверсии 6 отделена от секции охлаждения 10 теплоизоляционным материалом 23, расположенным в разделительных каналах 18. Каналы для приготовления адсорбента выполнены расширяющимися внизу. Корпус 1 снабжен бункерами (на фигурах не изображены) для ввода и вывода углеродного адсорбента, подключенными к каналам 17 для продвижения углеродного адсорбента. Вертикальные перегородки 16 секции адсорбции 13 выполнены из жалюзийных решеток.

Способ осуществляется следующим образом.

Поток свежего и отработанного адсорбента поступает непрерывно в верхнюю часть корпуса через средство для ввода (на фигурах не показано) в каналы 17 для продвижения углеродного адсорбента. Горячий теплоноситель поступает через патрубок 7 в зону конверсии 6, распределяясь по обогревающей части разделительных каналов 18.

Циркулируя по каналам 19, газообразный теплоноситель продвигается из секции конверсии 6 в секцию регенерации 2, где нагревает до 400-600^oC отработанный сорбент путем поверхностного теплообмена.

В процессе регенерации происходят десорбция и удаление газов, адсорбировавшихся на поверхности адсорбента. В результате регенерации углеродный адсорбент восстанавливает свою адсорбционную способность, которую он утрачивает при насыщении.

Выделившиеся из адсорбента газообразные продукты регенерации, включающие оксиды серы или азота, проходят через жалюзийные решетки 20 в горизонтальные сборники продуктов регенерации 3, откуда через вертикальные сборники продуктов регенерации 4 и нижний ряд горизонтальных сборников продуктов регенерации поступают в канал 17 для прохождения потока адсорбента. Регенерированный углеродный адсорбент также поступает в секцию конверсии 6, где при 600-850^oC происходит его реагирование с газами регенерации, в результате которого SO₂ восстанавливается до элементарной серы (NO_x восстанавливаются до молекулярного азота). Затем газы регенерации и продукты их реагирования с углеродом выводят из устройства через патрубок 9 и подают на переработку одним из известных способов, например серосодержащие газы подвергают конденсации, в результате которых пары элементарной серы конденсируются на стенках теплообменного аппарата, и сера удаляется в жидком виде, далее газы направляют в топку котельного агрегата или технологическую печь. Для достижения заданной высокой температуры процесса восстановления 600-850^oC в газы регенерации перед поступлением в секцию конверсии добавляют определенное количество воздуха или кислорода. В результате взаимодействия газов регенерации с углеродным адсорбентом при высокой температуре происходят его дополнительная активация и улучшение адсорбционных свойств.

В качестве горячего теплоносителя используют отходящие газы, отбираемые из топки котельного агрегата или из технологической печи или получаемые в специально создаваемом для этой цели топочном устройстве.

Непрореагированный углеродный адсорбент поступает из секции конверсии 6 в секцию охлаждения 10, где посредством поверхностного теплообмена с охлаждающим агентом (вода, охлаждающая смесь), подаваемым через патрубок 11 в разделительные каналы, происходит охлаждение до заданной температуры - 50-150^oC. Охлаждающий агент выводят из секции охлаждения 10 через патрубок 12. Охлажденный адсорбент поступает в секцию адсорбции 13, куда через патрубок 14 подают отходящие газы. Газ проходит через разделительные каналы 19, через вертикальные перегородки 16 из жалюзийных решеток секции адсорбции 13 и поступает в движущийся слой адсорбента, где происходит адсорбция оксидов серы или азота. Очищенный газ выводят из секции адсорбции через патрубок 15.

Углеродный адсорбент находится в адсорбере до состояния насыщения, когда при заданных температуре процесса и парциальном давлении SO₂ или NO_x адсорбция практически не происходит.

Насыщенный углеродный адсорбент поступает в средство разгрузки (на фигурах не показано), из которого его подают в классификатор 24 ( фиг. 1).

В классификаторе 24 одним из известных способов происходит отделение мелкой фракции адсорбента, которая поступает на переработку, использование в качестве сырья для производства гранулированного адсорбента, сжигание в топке котельного агрегата и т.д. Одновременно в классификатор 24 подают свежий адсорбент из бункера подпитки 25 для возмещения расхода углеродного адсорбента на химические реакции и на истирание при перемещении из одного аппарата в другой.

После отделения мелкой фракции поток обработанного и свежего адсорбента подают в верхнюю часть устройства, где расположено средство загрузки. Подачу осуществляют элеваторным транспортом или пневмотранспортом.

На этом цикл движения углеродного адсорбента заканчивается. Скорость движения адсорбента может регулироваться питателем. Движение газообразных продуктов конверсии и теплоносителя регулируется любыми известными средствами, например дымососом, эжекторным насосом или вентилятором.

Источники информации

1. Заявка Японии N 56-24021, кл. B 01 D 53/34, C 01 B 17/04, 1981.

2. Заявка Японии N 56-24028, кл. B 01 D 53/34, B 01 F 20/20, 1981.

3. Заявка Японии N 56-44022, кл. B 01 D 53/08, 1981.

4. Заявка Великобритании N 2012180, кл. B 01D 53/08, 53/34, 1979.