комплексное устройство для очистки дымовых газов от двуокиси углерода и его утилизации

Формула изобретения

Комплексное устройство для очистки дымовых газов от двуокиси углерода и его утилизации, включающее транзитный газоход, вертикальный корпус с коническим днищем, соединенный верхней кромкой бортов с окном в днище транзитного газохода, внутри которого сверху вниз соответственно размещены вертикальный теплообменник, распределитель жидкости, абсорбционная секция, заполненная насадкой с большим эквивалентным диаметром, десорбционно-охладительная секция, заполненная насадкой с малым эквивалентным диаметром, отсасывающий зонт, соединенный с вентилятором, причем коническое днище корпуса соединено трубопроводом через циркуляционный насос с распределителем жидкости, отличающееся тем, что нижняя часть абсорбционной секции снабжена карманами для сбора насыщенного абсорбента, соединенными с распределительными лотками, вертикальные боковые стенки абсорбционной и десорбционно-охладительной секций снабжены горизонтальными щелями, прикрытыми сверху под углом изнутри горизонтальными створками, и примыкают к вертикальным вытяжным каналам с перфорированным дном, чьи устья сообщаются с верхней зоной транзитного газохода.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в процессах очистки и утилизации дымовых газов теплоэнергетических установок для снижения парникового эффекта окружающей атмосферы.

Известно устройство для производства углекислого газа из выхлопных газов, содержащее корпус, внутри которого размещены теплообменник и абсорбер, размещенные вне корпуса десорбер с кипятильником в нижней части, холодильник, охлаждаемый потоком наружного воздуха, подаваемого вентилятором [1].

К недостаткам известного устройства относятся сложное аппаратурное оформление, некомпактное размещение оборудования и невозможность его использования для очистки дымовых газов от двуокиси углерода мощных теплоэнергетических установок, в результате чего снижается надежность и эффективность работы устройства.

Более близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для выделения двуокиси углерода из дымовых газов, содержащее транзитный газоход, в днище которого устроено окно, соединенное с вертикальным корпусом, внутри которого размещены кожухотрубчатый теплообменник, распределитель жидкости, абсорбционная секция, заполненная насадкой с большим диаметром, десорбционно-охладительная секция, заполненная насадкой с малым диаметром, отсасывающий зонт, соединенный с вентилятором и осушителем, а коническое днище корпуса соединено через циркуляционный насос трубопроводами с распределителем жидкости [2].

К недостаткам известного устройства относятся отсутствие перераспределения насыщенного абсорбента на выходе из абсорбционной секции, что влечет за собой уменьшение плотности орошения в центральной части десорбционно-охладительной секции, отсутствие вытяжных каналов для отвода более легких двухатомных газов (N₂) обратно в транзитный газоход, что создает обратное перемешивание свежих дымовых газов, опускающихся вниз с более легкими двухатомными, поднимающимися вверх, тем самым, снижая движущую силу абсорбции, в результате чего снижается скорость массопередачи, уменьшается количество поглощенного углекислого газа и эффективность работы установки.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности процесса очистки дымовых газов теплоэнергетических установок от углекислого газа.

Технический результат достигается в комплексном устройстве для очистки дымовых газов от двуокиси углерода и его утилизации, содержащем транзитный газоход, в днище которого устроено окно, соединенное верхней кромкой бортов корпуса с коническим днищем, внутри которого сверху вниз, соответственно, размещены теплообменник, распределитель жидкости, абсорбционная секция, заполненная насадкой с большим эквивалентным диаметром, нижняя часть которой снабжена карманами для сбора насыщенного абсорбента, соединенными с распределительными лотками, десорбционно-охладительная секция, заполненная насадкой с малым эквивалентным диаметром, причем вертикальные боковые стенки абсорбционной и десорбционно-охладительной секций снабжены горизонтальными щелями, прикрытыми сверху под углом изнутри горизонтальными створками, и примыкают к вертикальным вытяжным каналам с перфорированным дном, чьи устья сообщаются с верхней зоной транзитного газохода, отсасывающий зонт, соединенный с вентилятором и осушителем, а коническое днище корпуса соединено трубопроводом через циркуляционный насос с распределителем жидкости.

В основу работы предлагаемого устройства положены: особенности состава дымовых газов теплоэнергетических агрегатов, основными компонентами которых, на основании опытных данных и расчета состава продуктов сгорания, являются азот (76-82)% об., двуокись углерода (7-14)% об., водяные пары (5-17)% об., концентрация которых зависит от вида топлива и способа его сжигания [3, с.15]; превышение растворимости двуокиси углерода над растворимостью азота в воде приблизительно в 100 раз [4, с.316]; превышение плотности двуокиси углерода над плотностью азота в 1,5 раза, что стимулирует движение молекул двуокиси углерода под действием силы тяжести вниз, а молекул азота вверх [5, с.483]; способность газов десорбироваться из абсорбента при понижении давления согласно законам Генри и Дальтона [6, с.289]; снижение температуры абсорбента при его частичном испарении, аналогичное охлаждению воды в пароэжекторной холодильной машине [7, с.167]; жесткая зависимость сопротивления насадочных аппаратов от эквивалентного диаметра насадки и скорости движения газа [8, с.491].

Комплексное устройство для очистки дымовых газов от двуокиси углерода и его утилизации изображено на чертеже.

Устройство содержит транзитный газоход 1, в днище которого устроено окно 2, соединенное верхней кромкой бортов корпуса с коническим днищем 3, внутри которого сверху вниз, соответственно, размещены вертикальный теплообменник 4, распределитель жидкости 5, абсорбционная секция 6, заполненная насадкой с большим эквивалентным диаметром, карманы сбора насыщенного абсорбента 7, соединенные с распределительными лотками 8, десорбционно-охладительная секция 9, заполненная насадкой с малым эквивалентным диаметром, причем вертикальные боковые стенки абсорбционной 6 и десорбционно-охладительной 9 секций снабжены горизонтальными щелями 10, прикрытыми сверху под углом изнутри горизонтальными створками 11, и примыкают к вертикальным вытяжным каналам 12 с перфорированным дном 13, чьи устья 14 сообщаются с верхней зоной транзитного газохода 1, отсасывающий зонт 15, соединенный с вентилятором 16 и осушителем 17, а коническое днище корпуса 3 соединено трубопроводом 18 через циркуляционный насос 19 с распределителем жидкости 5.

Очистка дымовых газов от двуокиси углерода и его утилизация осуществляется в предлагаемом устройстве следующим образом.

Дымовые газы, количество которых обусловлено производительностью устройства, из транзитного газохода 1 через окно 2 под действием силы тяжести поступают в трубное пространство теплообменника 4, охлаждаемого, например, дутьевым воздухом или сырой водой, где охлаждаются до температуры (60-70)°С с образованием конденсата, стекающего вниз по стенкам труб и поступающего вместе с дымовыми газами в прямотоке в абсорбционную секцию 6, заполненную насадкой с большим эквивалентным диаметром, например кольцами Рашига размером 50×50 мм, где он смешивается с рециркуляционным охлажденным абсорбентом, поступающим из распределителя жидкости 5, образуя абсорбент, количество которого достаточно для обеспечения необходимой плотности орошения, растекается по поверхности насадки и избирательно поглощает из дымовых газов двуокись углерода, одновременно охлаждая их. При этом благодаря наличию вытяжных каналов 12 и разрежению, существующему в них, за счет сообщения с верхней частью транзитного газохода 1 большая часть более легкого непоглощенного азота отсасывается через горизонтальные щели 10 в вертикальные вытяжные каналы 12 и далее через устья 14 поступает в верхнюю часть транзитного газохода 1, причем наклонные створки 11 предотвращают попадание абсорбента в вертикальные вытяжные каналы 12, меньшая часть оставшегося азота за счет своей меньшей по сравнении с двуокисью углерода плотности и больших пустот в насадке абсорбционной секции 6 также поднимается вверх в транзитный газоход 1, освобождая место для поступления из транзитного газохода 1 свежих дымовых газов и, таким образом, на глубине Н₁ абсорбционной секции 6, которую выбирают исходя из максимального насыщения абсорбента, в соответствии с законами абсорбции газовая фаза состоит практически из одной двуокиси углерода. Далее под действием силы тяжести насыщенный абсорбент попадает в карманы сбора насыщенного абсорбента 7 и лотки 8, откуда совместно с двуокисью углерода опускается в десорбционно-охладительную секцию 9, заполненную насадкой с малым эквивалентным диаметром, например кольцами Рашига размером 10×10 мм, высоту которой Н₂ выбирают таким образом, чтобы слой насадки мог обеспечить сопротивление, достаточное для создания разрежения, необходимого для проведения процесса десорбции большей части двуокиси углерода из насыщенного абсорбента и испарения некоторой части абсорбента, сопровождаемые охлаждением абсорбента. При этом отведение оставшегося более легкого азота происходит аналогично его удалению в абсорбционной секции 6, а величина слоя жидкости h, который образуется за счет попадания части абсорбента из секций 6, 9 через горизонтальные щели 10 над перфорированным дном 13 вытяжного канала 12, обеспечивает необходимое сопротивление, равное величине разрежения, создаваемого вентилятором 16. Необходимую величину разрежения обеспечивает работа отсасывающего вентилятора 16, который через отсасывающий зонт 15 отсасывает десорбируемые двуокись углерода и пары воды из нижней части корпуса 3 и подает осушенный углекислый газ через осушитель 17 потребителю, а регенерированный и охлажденный абсорбент по трубопроводу 18 циркуляционным насосом 19 подают в распределитель жидкости 5, где он смешивается со свежим конденсатом, после чего цикл повторяется, в результате чего происходит очистка дымовых газов от большей части двуокиси углерода.

Полученная двуокись углерода может быть использована, например, для восстановления углекислотного баланса в оборотной охлаждающей воде конденсаторов турбин [9, с.506] или как товарный продукт, а избыток рециркуляционного конденсата - для декарбонизации в процессе подготовки воды [9, с.406].

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает повышение эффективности процесса выделения двуокиси углерода из дымовых газов с одновременной их утилизацией, использованием тепла водяных паров, а также снижение угрозы парникового эффекта окружающей атмосферы.

Литература

1. А.С. СССР №339500, М.Кл. С01В 31/20, 1972.

2. Патент РФ №2217221, М.Кл. В01D 53/14, 53/62, 2003.

3. Н.В.Кузнецов и др. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод). - М.: Энергия, 1973, 296 с.

4. Справочник химика, т.III. - М. - Л.: Химия, 1965, 1006 с.

5. К.Неницеску. Общая химия. - М.: Мир, 1968, 816 с.

6. А.Н.Плановский, П.И.Николаев. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. - М.: Химия, 1972, 496 с.

7. А.И.Азаров и др. Холодильные машины. Справочник. - М.: Легк. и пищ. пром., 1982, 220 с.

8. В.В.Кафаров. Основы мае со передачи. - М.: Высш. школа, 1962, 655 с.

9. Н.Н.Абрамов и др. Водоснабжение. - М.: Госстройизд. 1960, 580 с.