Способ и система для переработки летучего органического соединения с использованием газовой турбины - RU2335701C1
Код документа: RU2335701C1
Чертежи
Описание
Область техники
Настоящее изобретение относится к способу и устройству для переработки летучего газообразного органического соединения с использованием газовой турбины.
Предшествующий уровень техники
При использовании различного типа летучих органических соединений, таких как толуол, ксилол или им подобных, имеются большие проблемы последующей их утилизации. В случае малого выброса отработанный газ, содержащий использованные летучие органические соединения, может быть выпущен в атмосферу, только если при этом уровень выброса оказывается ниже установленного значения. Но если количество отработанного газа велико (как это бывает в большинстве случаев), то его перерабатывают специальным образом.
Общий традиционный способ переработки заключается в изначальной подаче отработанного газа, содержащего летучее органическое соединение, в адсорбирующее устройство, где летучее органическое соединение адсорбируются адсорбентом, а затем адсорбент с адсорбированным летучим органическим соединением десорбируется в водяном паре так, что летучее органическое соединение оказывается смешанным с паром. Затем пар с адсорбированным летучим органическим соединением конденсируется, и конденсированная вода перегоняется так, что летучее органическое соединение и пар разделяются. Окончательно отделенное от воды летучее органическое соединение сжигается и, таким образом, оказывается разложенным.
В традиционном способе переработки в дополнение к затратам на установку средства переработки имеются затраты на обеспечение работы этого средства. Поэтому была предложена методика переработки летучего органического соединения без дополнительных затрат с помощью газовой турбины, существующей, например, внутри производства (см., например, рассмотренные ниже Патентные Заявки 1, 2 и 3).
В изобретении согласно Патентному Документу 1 органическое соединение, образованное из летучего органического соединения, извлекается и подается во впускное отверстие воздухозаборника газовой турбины, а затем сжимается вместе с воздухом в компрессоре. Затем сжатый воздух с токсичным веществом подается в камеру сгорания, куда одновременно подается и топливный газ, сжигание которого приводит турбину во вращение. Токсичное вещество сгорает в камере сгорания, становится безвредным и выбрасывается в атмосферу вместе с выхлопом газовой турбины.
В изобретениях согласно Патентным Документам 2 и 3 отработанная жидкость летучего органического соединения подается непосредственно в камеру сгорания, куда одновременно подается и топливный газ, и затем сжигается, приводя во вращение турбину. Отработанная жидкость с токсичным веществом сгорает в камере сгорания, становится безвредной и выбрасывается в атмосферу вместе с выхлопом газовой турбины.
Патентный Документ 1: Японская Нерассмотренная Патентная Заявка, Первичная Публикация №2003-322324.
Патентный Документ 2: Японская Нерассмотренная Патентная Заявка, Первичная Публикация №2004-036492.
Патентный Документ 3: Японская Нерассмотренная Патентная Заявка, Первичная Публикация №2004-184003.
Сущность изобретения
В рассмотренном выше способе переработки нижеуказанные задачи отчасти уже были обозначены. В изобретении согласно Патентному Документу 1 конструкция такова, что токсичное вещество, получаемое из летучего органического соединения, подается в воздухозаборник газовой турбины, но часть всасываемого воздуха не вводится в камеру сгорания, а используется для охлаждения оконечной части турбины. Поэтому часть токсичного вещества не проходит через камеру сгорания, а выбрасывается из газовой турбины без сжигания, и, следовательно, переработка в этом случае не достаточна. В изобретении согласно Патентным Документам 2 и 3 отработанная жидкость с высокой концентрацией токсичного вещества подается непосредственно в камеру сгорания. Поэтому важно, чтобы температура пламени была достаточно высокой.
Настоящее изобретение учитывает вышеуказанные обстоятельства при переработке летучего органического соединения до безвредного уровня, а также предоставляет большую энергетическую эффективность при использовании средства переработки летучего органического соединения.
Для решения вышеуказанных задач принят способ переработки летучего органического соединения, использующий газовую турбину рассмотренной ниже конструкции, а также система для переработки летучего органического соединения.
Конкретно в настоящем изобретении в качестве первого средства в соответствии со способом переработки летучего органического соединения с использованием газовой турбины предлагается средство, включающее адсорбцию летучего органического соединения, содержащегося в газе, перерабатываемом в адсорбенте; десорбцию из адсорбента летучего органического соединения, адсорбированного в адсорбенте, с использованием пара в условиях повышенного давления и смешение с паром; и прокаливание пара, смешанного с летучим органическим соединением в камере сгорания газовой турбины.
Кроме того, в качестве второго средства в соответствии со способом переработки летучего органического соединения с использованием газовой турбины предлагается средство, в котором при первом средстве пар образуется с использованием тепла от сжигаемого газа, выбрасываемого из газовой турбины.
В качестве третьего средства в соответствии со способом переработки летучего органического соединения с использованием газовой турбины предлагается средство, в котором при первом или втором средстве попеременно и параллельно осуществляется адсорбция летучего органического соединения адсорбентом и десорбция летучего органического соединения из адсорбента.
В качестве четвертого средства в соответствии со способом переработки летучего органического соединения с использованием газовой турбины предлагается средство, в котором при любом из первых трех средств часть пара для десорбции летучего органического соединения из адсорбента подается в камеру сгорания газовой турбины, без подачи для десорбции летучего органического соединения.
В качестве пятого средства в соответствии со способом переработки летучего органического соединения с использованием газовой турбины предлагается средство, в котором при любом одном из первых четырех средств применяется предварительная переработка для концентрирования летучего органического соединения в перерабатываемый газ, а затем летучее органическое соединение адсорбируется адсорбентом.
В качестве шестого средства в соответствии со способом переработки летучего органического соединения с использованием газовой турбины предлагается средство, в котором при пятом средстве предварительная переработка представляет собой либо концентрационную переработку для концентрирования летучего органического соединения десорбцией его из адсорбента с использованием горячего газа, либо обезвоживающую переработку для удаления воды из перерабатываемого газа, которые выполняются после адсорбции перерабатываемого летучего органического соединения предварительно заданным адсорбентом, либо и то, и другое.
В качестве седьмого средства в соответствии со способом переработки летучего органического соединения с использованием газовой турбины предлагается средство, в котором при двух средствах из любых средств с первого по шестое, после того как летучее органическое соединение адсорбировано адсорбентом, осуществляется нагрев с использованием горячего газа перед десорбцией летучего органического соединения из адсорбента с паром.
В качестве восьмого средства в соответствии со способом переработки летучего органического соединения с использованием газовой турбины предлагается средство, в котором при шестом или седьмом средствах нагретый газ является выбрасываемым газообразным продуктом сгорания, подаваемым для получения пара.
В качестве девятого средства в соответствии со способом переработки летучего органического соединения с использованием газовой турбины предлагается средство, в котором при шестом или седьмом средстве нагретый газ является воздухом, нагреваемым в результате теплообмена с отработанным газообразным продуктом сгорания, подаваемым для получения пара.
С другой стороны, в настоящем изобретении в качестве первого средства в соответствии с системой для переработки летучего органического соединения предлагается средство, имеющее адсорбирующее устройство, адсорбирующее в адсорбенте летучее органическое соединение, содержащееся в перерабатываемом газе в адсорбенте, и десорбирующее летучее органическое соединение, адсорбированное в адсорбенте, с использованием пара в условиях повышенного давления, и смешивающее его с паром; и газовую турбину, прокаливающую пар, смешанный с летучим органическим соединением в камере сгорания.
В качестве второго средства в соответствии с системой для переработки летучего органического соединения предлагается средство, в котором при первом средстве имеется устройство получения пара с помощью тепла сгораемого газа, выбрасываемого из газовой турбины.
В качестве третьего средства в соответствии с системой для переработки летучего органического соединения предлагается средство, в котором при первом или втором средстве дополнительно содержится множество устройств адсорбции и устройство переключения, которое переключает множество устройств адсорбции так, что адсорбция летучего органического соединения в адсорбенте и десорбция летучего органического соединения из адсорбента выполняются поочередно и параллельно.
В качестве четвертого средства в соответствии с системой для переработки летучего органического соединения предлагается средство, в котором при любом одном средстве, с первого по третье, дополнительно имеется управляющий клапан шунтирования пара, который регулирует поток пара, подаваемый непосредственно в камеру сгорания без прохождения его через адсорбирующее устройство.
В качестве пятого средства в соответствии с системой для переработки летучего органического соединения предлагается средство, в котором при любом одном средстве, с первого по четвертое, дополнительно имеется устройство предварительной обработки для концентрирования летучего органического соединения, содержащегося в перерабатываемом газе, перед его адсорбцией в адсорбенте.
В качестве шестого средства в соответствии с системой для переработки летучего органического соединения предлагается средство, в котором при пятом средстве устройство предварительной обработки представляет собой либо концентратор, который концентрирует летучее органическое соединение десорбцией его из адсорбента с использованием горячего газа, либо влагопоглотитель, который удаляет воду из перерабатываемого газа после адсорбции летучего органического соединения, предназначенного для обработки заранее определенным адсорбентом, либо и то, и другое.
В качестве седьмого средства в соответствии с системой для переработки летучего органического соединения предлагается средство, в котором при любом одном средстве, с первого по шестое, нагрев горячим газом в устройстве адсорбции выполняется перед десорбцией летучего органического соединения из адсорбента с паром.
В качестве восьмого средства в соответствии с системой для переработки летучего органического соединения предлагается средство, в котором при шестом или седьмом средствах горячий газ является выпускаемым газообразным продуктом сгорания, подаваемым для получения пара в парогенераторе.
В качестве девятого средства в соответствии с системой для переработки летучего органического соединения предлагается средство, в котором при седьмом средстве дополнительно имеется устройство нагрева, которое нагревает воздух теплообменом с выпускаемым газообразным продуктом сгорания, подаваемым для получения пара, и горячий газ является горячим воздухом, выпускаемым из нагревательного устройства.
Результаты, получаемые от изобретения
В настоящем изобретении летучее органическое соединение может быть сделано безвредным, поскольку пар, смешанный с органическим соединением, подается в камеру сгорания газовой турбины и сжигается. Кроме того, удается избежать слишком высокой температуры пламени в случае подачи в камеру сгорания высококонцентрированного летучего органического соединения и тем самым получить большую энергоэффективность. Кроме того, при подаче пара в камеру сгорания может быть снижено количество NOx в сгораемом газе, выбрасываемом из газовой турбины, и, следовательно, можно избежать ухудшения окружающей среды вследствие содержания NOx.
Кроме того, в отличие от того, когда пар предоставляется специальным устройством, в данном случае может быть снижена энергия для производства пара, благодаря его получению с использованием тепла, сохраняющегося в выпускаемом газовой турбиной газе, и подачей пара в адсорбирующее устройство.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 изображает блок-схему системы с характерной конфигурацией для переработки летучего органического соединения в соответствии с первым вариантом реализации настоящего изобретения.
Фиг.2 - блок-схема системы с характерной конфигурацией для переработки летучего органического соединения в соответствии со вторым вариантом реализации настоящего изобретения.
Фиг.3 - схематическое изображение, показывающее рабочие состояния от "а" до "d" адсорбирующего устройства во втором варианте реализации настоящего изобретения.
Фиг.4 - схематическое изображение, показывающее рабочие состояния от "e" до "h" адсорбирующего устройства во втором варианте реализации настоящего изобретения.
Фиг.5 - временная диаграмма, показывающая изменение рабочих режимов адсорбирующего устройства во втором варианте реализации настоящего изобретения.
Фиг.6 - блок-схема системы с характерной конфигурацией для переработки летучего органического соединения в соответствии с третьим вариантом реализации настоящего изобретения.
Фиг.7 - блок-схема системы с характерной конфигурацией для переработки летучего органического соединения в соответствии с четвертым вариантом реализации настоящего изобретения.
Фиг.8 - блок-схема системы с характерной конфигурацией для переработки летучего органического соединения в соответствии с пятым вариантом реализации настоящего изобретения.
Перечень обозначений
1. Адсорбирующее устройство
2. Газовая турбина
3. Парогенератор
4. Компрессор
5. Камера сгорания
6. Турбина
7. Нагрузка
Наилучшие варианты применения изобретения
Ниже рассматриваются варианты реализации настоящего изобретения в связи с приведенными чертежами.
Первый вариант реализации
На Фиг.1 показана блок-схема системы с характерной конфигурацией для переработки летучего органического соединения в соответствии с первым вариантом реализации настоящего изобретения. На Фиг.1 обозначено: 1 - адсорбирующее устройство, 2 - газовая турбина, 3 - парогенератор.
Адсорбирующее устройство 1 адсорбирует в находящемся в нем адсорбенте летучее органическое соединение, содержащееся в перерабатываемом газе, для удаления летучего органического соединения из перерабатываемого газа и десорбирует адсорбированное в адсорбенте летучее органическое соединение с использованием пара в условиях повышенного давления, и смешивает его с паром. В качестве адсорбента используется активированный уголь, например. При этом условия повышенного давления реализуются подачей пара в адсорбирующее устройство 1.
В таком адсорбирующем устройстве 1 перерабатываемый газ вводится снаружи и вместе с ним вводится пар от парогенератора 3. С другой стороны, переработанный газ, из которого удалено летучее органическое соединение, выбрасывается наружу и вместе с ним в камеру сгорания 5 газовой турбины 2 выводится пар, содержащий соединение, с которым смешано летучее органическое соединение. В адсорбирующее устройство 1, как показано на рисунке, вводится воздух (охлаждающий воздух), необходимый для охлаждения адсорбента.
Газовая турбина 2 имеет компрессор 4 для сжатия воздуха, камеру сгорания 5 для подачи топливного газа со сжатым воздухом для сжигания и получения сгоревшего газа и турбину 6, вращающуюся за счет кинетической энергии и энергии давления от сгоревшего газа и создающую приводную силу для компрессора 4 и внешней нагрузки 7. В газовой турбине 2 пар, смешанный с летучим органическим соединением в адсорбирующем устройстве 1, подается при повышенном давлении в рабочую область камеры сгорания 5 и сжигается вместе с топливным газом. Нагрузкой 7 может быть, например, генератор.
Парогенератор 3 представляет собой теплообменник, использующий тепло, сохраняющееся в сжигаемом газе, выбрасываемом из газовой турбины 2 для получения пара. Этот парогенератор 3 является нагреваемым выхлопным газом котлом-утилизатором. Пар, полученный в условиях повышенного давления в парогенераторе 3, подается наружу как технологический пар, а также он подается и на адсорбирующее устройство 1.
Ниже рассматривается способ переработки летучего органического соединения с помощью рассмотренной выше системы переработки.
Когда перерабатываемый газ, содержащий летучее органическое соединение, подается в адсорбирующее устройство 1, то летучее органическое соединение адсорбируется в адсорбенте. Затем адсорбированное в адсорбенте летучее органическое соединение десорбируется из адсорбента под действием пара в условиях повышенного давления и смешивается с паром. Повышенное давление в данном случае осуществляется подачей пара в адсорбирующее устройство 1. Вместе с тем, способ осуществления повышенного давления может быть и другим. Например, повышенное давление внутри адсорбирующего устройства 1 может также быть обеспечено подачей части сжатого воздуха, подаваемого из компрессора 4 в адсорбирующее устройство 1.
Таким образом, смешанный с летучим органическим соединением пар (пар, содержащий соединение) подается в рабочую область камеры сгорания 5 газовой турбины 2 при повышенном давлении. Затем летучее органическое соединение, содержащееся в паре, сжигается вместе с топливным газом в камере сгорания 5 и тем самым делается безвредным. Весь сгораемый газ или его часть из камеры сгорания 5 вращает турбину 6, после чего он вводится в парогенератор 3, и благодаря теплообмену с водой получается пар. То есть для получения пара вода в парогенераторе 3 испаряется за счет тепла топливного газа. Часть пара или весь пар, полученный таким образом, подается при повышенном давлении в адсорбирующее устройство 1 и используется для десорбции летучего органического соединения из адсорбента.
В соответствии с настоящим изобретением, поскольку пар, смешанный с летучим органическим соединением, подается в камеру сгорания 5 газовой турбины 2 и сжигается там, то летучее органическое соединение может быть сделано полностью безвредным, в отличие от предшествующей ситуации. Кроме того, поскольку пар, смешанный с летучим органическим соединением, подается в камеру сгорания 5 газовой турбины 2 и сжигается там, то тепло от сгораемой части летучего органического соединения может частично заменить используемое в газовой турбине топливо. Таким образом, энергоэффективность в целом может быть улучшена. Кроме того, поскольку пар подается в камеру сгорания 5, то количество NOx в сгораемом газе, выбрасываемом из газовой турбины 2, может быть снижено и, следовательно, можно избежать ухудшения окружающей среды вследствие содержания NOx.
Кроме того, поскольку для получения пара используется тепло, сохраняющееся в отработанном и выбрасываемом из газовой турбины газе, то в данном случае могут быть снижены энергозатраты на производство пара, в отличие от ситуации, когда пар подается из отдельного устройства. Соответственно улучшается и энергоэффективность производства в целом.
Кроме того, хотя в настоящем варианте реализации для получения пара используется тепло отработанного газа, выбрасываемого из газовой турбины 2, средство получения пара может быть предоставлено отдельно и пар может подаваться от этого средства.
Второй вариант реализации
Ниже рассматривается второй вариант реализации настоящего изобретения в связи с блок-схемой системы на Фиг.2.
Во-первых, количество пара, которое требуется газовой турбине (то есть камере сгорания 5) для ее собственного запуска (количество рабочего пара), и количество пара, которое требуется адсорбирующему устройству 1 для адсорбции летучего органического соединения (количество пара для адсорбции соединения), не обязательно совпадают. Иначе говоря, количество рабочего пара определяется из требований к надежности и эффективности работы газовой турбины, а количество пара для адсорбции соединения определяется требованием эффективной адсорбции летучего органического соединения.
В системе переработки летучего органического соединения в соответствии с первым вариантом реализации конфигурация была такова, что пар, содержащий соединение и выходящий из адсорбирующего устройства 1, подавался в камеру сгорания 5 так, как он есть. Поэтому количество пара, подаваемого в адсорбирующее устройство 1, и количество пара, подаваемого в камеру сгорания 5, было одинаковым. Следовательно, проблема заключается в том, что невозможно получить удовлетворительное соотношение между вышеупомянутыми количеством рабочего пара и количеством пара для адсорбции соединения.
Кроме того, адсорбирующее устройство 1 - единственное, которое переключается между адсорбцией летучего органического соединения в адсорбенте и десорбцией летучего органического соединения из адсорбента в условиях повышенного давления. Следовательно, проблема заключается и в том, что выбрасываемый газ, содержащий летучее органическое соединение, не может перерабатываться непрерывно.
Второй вариант реализации как раз призван разрешить эти проблемы первого варианта реализации, он оказывается практически ближе к требуемой системе переработки летучего органического соединения. На Фиг.2 те же самые компоненты, что и в первом варианте реализации, имеют те же самые обозначения. С целью избежать повторения, ниже опускается описание тех компонентов, которые уже рассмотрены в первом варианте реализации.
В блок-схеме системы на Фиг.2 обозначения 1А и 1В обозначают адсорбирующие устройства, 8 - управляющий клапан шунтирования пара, 9 - управляющий клапан инжекции пара, 10A и 10B - клапаны подачи перерабатываемого газа, 11A и 11B - клапаны выпуска переработанного пара, 12A и 12B - клапаны подачи пара, 13A и 13B - клапаны выпуска пара, 14 - вентилятор воздушного охлаждения и 15A и 15B - клапаны подачи охлаждающего воздуха.
Адсорбирующее устройство 1А (блок А) и адсорбирующее устройство 1В (блок В) подобны адсорбирующему устройству 1 первого варианта реализации. Эти адсорбирующие устройства 1А и 1В, как показано на рисунке, расположены параллельно относительно канала подачи перерабатываемого газа и пара и, как будет показано ниже, выполняют удаляющую переработку летучего органического соединения в перерабатываемом газе.
Управляющий клапан 8 шунтирования пара представляет собой клапан открыто/закрыто, располагаемый между входной стороной клапанов 12А и 12В подачи пара и выходной стороной клапанов 13А и 13В выпуска пара, и непосредственно подает часть пара, подаваемого в адсорбирующие устройства 1А и 1В, на управляющий клапан 9 инжекции пара без прохождения через адсорбирующие устройства 1А и 1В. То есть он служит для подачи части пара на управляющий клапан 9 инжекции пара в обход адсорбирующих устройств 1А и 1В.
Управляющий клапан 9 инжекции пара располагается между управляющим клапаном 8 шунтирования пара и газовой турбиной 2 (фактически - камерой сгорания 5) и регулирует количество инжектируемого в газовую турбину 2 пара. Клапан подачи перерабатываемого газа 10А представляет собой клапан открыто/закрыто, располагаемый в канале подачи перерабатываемого газа адсорбирующего устройства 1А (блок А), и осуществляет подачу/перекрытие перерабатываемого газа в адсорбирующее устройство 1А. С другой стороны, клапан подачи перерабатываемого газа 10В представляет собой клапан открыто/закрыто, располагаемый в канале подачи перерабатываемого газа адсорбирующего устройства 1В (блок В), и осуществляет подачу/перекрытие перерабатываемого газа в адсорбирующее устройство 1В.
Клапан выпуска переработанного пара 11А представляет собой клапан открыто/закрыто, располагаемый в канале выпуска переработанного газа адсорбирующего устройства 1А, и осуществляет выпуск/перекрытие переработанного газа из адсорбирующего устройства 1А. Клапан выпуска переработанного пара 11В представляет собой клапан открыто/закрыто, располагаемый в канале выпуска переработанного газа адсорбирующего устройства 1В, и осуществляет выпуск/перекрытие переработанного газа из адсорбирующего устройства 1В. Клапан подачи пара 12А представляет собой клапан открыто/закрыто, располагаемый в канале подачи пара адсорбирующего устройства 1А, и осуществляет подачу/перекрытие пара в адсорбирующее устройство 1А. Клапан подачи пара 12В представляет собой клапан открыто/закрыто, располагаемый в канале подачи пара адсорбирующего устройства 1В, и осуществляет подачу/перекрытие пара в адсорбирующее устройство 1В.
Клапан выпуска пара 13А представляет собой клапан открыто/закрыто, располагаемый в канале выпуска пара, содержащего соединение, адсорбирующего устройства 1А, и осуществляет выпуск /перекрытие пара, содержащего соединение, из адсорбирующего устройства 1А. Клапан выпуска пара 13В представляет собой клапан открыто/закрыто, располагаемый в канале выпуска пара, содержащего соединение, адсорбирующего устройства 1В, и осуществляет выпуск/перекрытие пара, содержащего соединение, из адсорбирующего устройства 1В.
Охлаждающий воздухом вентилятор 14 представляет собой источник подачи охлаждающего воздуха на адсорбирующие устройства 1А и 1В. Клапан 15А подачи охлаждающего воздуха представляет собой клапан открыто/закрыто, располагаемый между охлаждающим воздухом вентилятором 14 и адсорбирующим устройством 1А, и осуществляет подачу/перекрытие охлаждающего воздуха в адсорбирующее устройство 1А. Клапан 15В подачи охлаждающего воздуха представляет собой клапан открыто/закрыто, располагаемый между охлаждающим воздухом вентилятором 14 и адсорбирующим устройством 1В, и осуществляет подачу/перекрытие охлаждающего воздуха в адсорбирующее устройство 1В.
В системе переработки летучего органического соединения рассмотренной выше конфигурации в дополнение к пару, содержащему соединение, выпускаемому из адсорбирующего устройства 1А или из адсорбирующего устройства 1В, на управляющий клапан 9 инжекции пара подается пар, пропущенный через управляющий клапан 8 шунтирования пара. Соответственно количество прокаливаемого пара и указанное выше количество пара для адсорбции соединения могут быть установлены независимо.
Например, если количество прокаливаемого пара равно значению потока R1, и количество пара для адсорбции соединения равно значению потока R2 (причем R1>R2), то разница в значениях потока R1 и R2 подается на управляющий клапан 9 инжекции пара через управляющий клапан 8 шунтирования пара так, что удовлетворяется требование либо к количеству прокаливаемого пара, либо к количеству пара с адсорбированным соединением. Случай R1>R2 также рассматривается, однако в этом случае создается режим, при котором количество пара с адсорбированным соединением не полностью перерабатывается в газовой турбине 2, и, следовательно, он не имеет практического значения.
В этой системе переработки летучего органического соединения управляющий клапан 9 инжекции пара размещается в потоке пара снизу по течению относительно управляющего клапана 8 шунтирования пара (то есть между управляющим клапаном 8 шунтирования пара и газовой турбиной 2). Однако управляющий клапан 9 инжекции пара может быть размещен сверху по течению относительно управляющего клапана 8 шунтирования пара (то есть между парогенератором 3 и управляющим клапаном 8 шунтирования пара). В этой конфигурации также достигается отмеченная выше эффективность работы.
Ниже, в связи с Фиг.3-5, дается подробное описание работы адсорбирующего устройства 1А и адсорбирующего устройства 1В, расположенных параллельно парой. На Фиг.3 и Фиг.4 показано изменение рабочих состояний от "a" до "h" адсорбирующего устройства 1А и адсорбирующего устройства 1В, соответствующих состояниям открыто/закрыто управляющего клапана 8 шунтирования пара, клапанов подачи перерабатываемого газа 10A и 10B, клапанов выпуска переработанного пара 11A и 11B, клапанов подачи пара 12A и 12B, клапанов выпуска пара 13A и 13B и клапанов подачи охлаждающего воздуха 15A и 15B. На Фиг.5 приведена временная диаграмма последовательных изменений рабочих состояний от "a" до "h", показанных на Фиг.3 и Фиг.4. Адсорбирующее устройство 1А и адсорбирующее устройство 1В следуют этим изменениям рабочих состояний от "a" до "h и тем самым изменяют последовательно свои режимы от адсорбции к сжатию, десорбции, декомпрессии, охлаждению и адсорбции.
На Фиг.3 и Фиг.4 показано, что для управляющего клапана 8 шунтирования пара, клапанов подачи перерабатываемого газа 10A и 10B, клапанов выпуска переработанного пара 11A и 11B, клапанов подачи пара 12A и 12B, клапанов выпуска пара 13A и 13B и клапанов подачи охлаждающего воздуха 15A и 15B белый цвет соответствует открытому состоянию, а черный цвет соответствует закрытому состоянию. На Фиг.3 и Фиг.4 показано также состояние открыто/закрыто управляющего клапана 8 шунтирования пара. Вместе с тем, управляющий клапан 8 шунтирования пара представляет собой клапан для восполнения разницы между потоком прокаливаемого пара и потоком пара с адсорбированным соединением, как рассмотрено выше, и не управляет непосредственно режимом адсорбирующего устройства 1А и адсорбирующего устройства 1В.
В рабочем состоянии "а" адсорбирующее устройство 1А показано в режиме адсорбции, а адсорбирующее устройство 1В - в режиме компрессии. Это означает, что адсорбирующее устройство 1А устанавливает клапан подачи перерабатываемого газа 10A и клапан выпуска переработанного пара 11A в открытое состояние, а клапан подачи пара 12A, клапан выпуска пара 13A и клапан подачи охлаждающего воздуха 15A - в закрытое состояние, для того чтобы обеспечить режим адсорбции при последующей подаче перерабатываемого газа и последующего выпуска переработанного газа. С другой стороны, адсорбирующее устройство 1В устанавливает клапан подачи пара 12В в открытое состояние, а клапан подачи перерабатываемого газа 10В, клапан выпуска переработанного пара 11В, клапан выпуска пара 13В и клапан подачи охлаждающего воздуха 15В - в закрытое состояние, для того чтобы обеспечить режим компрессии, если вслед за этим подается только пар.
На Фиг.5 показано, что адсорбирующее устройство 1А продолжает находиться в режиме адсорбции в течение сравнительно длительного времени рабочих состояний от "а" до "d". С другой стороны, адсорбирующее устройство 1В смещается от предшествующего режима адсорбции в режим компрессии, как показано в рабочем состоянии "а", сжимается до достаточного давления, и затем переходит в режим десорбции, как показано в рабочем состоянии "b". Это означает, что адсорбирующее устройство 1В, в дополнение к клапану подачи пара 12В, устанавливает клапан выпуска пара 13В в открытое состояние, тем самым обеспечивая режим десорбции, когда пар подается последовательно, и содержащий соединение пар последовательно выпускается.
В этом рабочем состоянии "b", когда органический растворитель, адсорбированный в адсорбенте внутри адсорбирующего устройства 1В, в достаточной степени десорбирован под давлением, адсорбирующее устройство 1В смещается в режим декомпрессии, как показано в рабочем состоянии "с". Это означает, что адсорбирующее устройство 1В обеспечивает режим декомпрессии установкой клапана выпуска переработанного пара 11В в открытое состояние и установкой клапана подачи перерабатываемого газа 10В, клапана подачи пара 12В, клапана выпуска пара 13В и клапана подачи охлаждающего воздуха 15В в закрытое состояние.
Затем, когда давление внутри адсорбирующего устройства 1В падает до нормального, адсорбирующее устройство 1В смещается в режим охлаждения, обозначенный как рабочее состояние "d". Это означает, что адсорбирующее устройство 1В кроме клапана выпуска переработанного пара 11В устанавливает в открытое состояние и клапан подачи охлаждающего воздуха 15В, тем самым обеспечивая подачу охлаждающего воздуха внутрь для охлаждения до нормальной температуры. Кроме того, адсорбирующее устройство 1В, как показано рабочим состоянием "е", устанавливает клапан подачи перерабатываемого газа 10В и клапан выпуска переработанного пара 11В в открытое состояние, а клапан подачи пара 12В, клапан выпуска пара 13В и клапан подачи охлаждающего воздуха 15В - в закрытое состояние, тем самым обеспечивая режим адсорбции, при котором последовательно перерабатываемый газ подается, и переработанный газ выпускается.
С другой стороны, адсорбирующее устройство 1А устанавливает клапан подачи пара 12А в открытое состояние, а клапан подачи перерабатываемого газа 10А, клапан выпуска переработанного пара 11А, клапан выпуска пара 13А и клапан подачи охлаждающего воздуха 15А - в закрытое состояние, тем самым обеспечивая режим компрессии, при котором последовательно подается только пар. Рабочие состояния от "e" до "h" являются состояниями адсорбирующего устройства 1А и адсорбирующего устройства 1В, переключаемых относительно рабочих состояний от "a" до "d". Поэтому соответствующее их описание не приводится.
Из Фиг.5 легко видеть, что адсорбирующее устройство 1А и адсорбирующее устройство 1В поочередно переключаются между адсорбцией летучего органического соединения из перерабатываемого газа и десорбцией летучего органического соединения из адсорбента. Кроме того, адсорбция летучего органического соединения из перерабатываемого газа, т.е. удаляющая переработка летучего органического соединения из перерабатываемого газа, осуществляется непрерывно сменой адсорбирующего устройства 1А и адсорбирующего устройства 1В в рабочих состояниях от "e" до "h".
Количество адсорбирующих устройств не ограничено данными двумя устройствами (адсорбирующее устройство 1А и адсорбирующее устройство 1В). При этом возможна непрерывная переработка газа большим числом адсорбирующих устройств, включенных параллельно.
Третий вариант реализации
Ниже рассматривается третий вариант реализации настоящего изобретения в связи с Фиг.6.
В третьем варианте реализации для повышения эффективности переработки применяется предварительная переработка перерабатываемого газа. На Фиг.6 приведена блок-схема системы для переработки летучего органического соединения в соответствии с третьим вариантом реализации изобретения. Компоненты, аналогичные применяемым в первом и втором вариантах реализации, имеют те же самые обозначения.
На Фиг.6 символом 16 обозначена обезвоживающая колонна, 17 и 20 - холодильники, 18 - концентратор и 19 - вентилятор. Обезвоживающая колонна 16 является колонной, которая обезвоживает перерабатываемый газ посредством контакта газа/жидкости с охлажденной водой. Это означает, что обезвоживающая колонна 16 сконструирована так, что перерабатываемый газ подается снизу и выпускается сверху, а холодная вода перетекает сверху вниз. Соответственно перерабатываемый газ охлаждается контактом газа-жидкости с охлажденной водой, и содержащийся в перерабатываемом газе пар конденсируется, отделяется и попадает в охлажденную воду, и таким образом перерабатываемый газ обезвоживается.
Холодильник 17 охлаждает воду, выходящую со дна обезвоживающей колонны 16, и подает ее в качестве упомянутой охлажденной воды на обезвоживающую колонну 16. Обезвоживающая колонна 16 и холодильник 17 образуют влагопоглотитель.
Концентратор 18 концентрирует летучее органическое соединение, содержащееся в перерабатываемом газе (обезвоженный газ) и выходящее из обезвоживающей колонны 16, и подает ее на холодильник 20. То есть в концентраторе 18 перерабатываемый газ проходит через порошкообразный активированный уголь для десорбции и удаления летучего органического соединения и выпускается как переработанный газ. Одновременно с этим, летучее органическое соединение, адсорбированное активированным углем, десорбируется из активированного угля с помощью выпускаемого газа. В результате выпускаемый газ, содержащий концентрированное летучее органическое соединение, выходит как новый перерабатываемый газ. Выпускаемый газ, выходящий из парогенератора 3, представляет собой высокотемпературный газ с температурой приблизительно 100°С, и с помощью этого высокотемпературного выпускаемого газа летучее органическое соединение десорбируется из активированного угля.
Вентилятор 19 служит для надежного выбрасывания переработанного газа из концентратора 18. Холодильник 20 охлаждает новый перерабатываемый газ и подает его на клапаны подачи перерабатываемого газа 10А и 10В. Новый перерабатываемый газ представляет собой газ, содержащий летучее органическое соединение, сконцентрированное в выпускаемом газе, выходящем из парогенератора 3, как это указано выше. Соответственно это есть высокотемпературный газ, с температурой, близкой к 100°С. Холодильник 20 служит для охлаждения этого высокотемпературного перерабатываемого газа до температуры, подходящей для переработки в адсорбирующем устройстве 1А и в адсорбирующем устройстве 1В.
В настоящей системе переработки летучего органического соединения перерабатываемый газ предварительно обрабатывается влагопоглотителем, имеющим обезвоживающую колонну 16 и холодильник 17, и концентратор 18. То есть после выполнения обезвоживающей обработки и концентрационной обработки он подвергается основной обработке (переработка для удаления летучего органического соединения) посредством адсорбирующего устройства 1А и адсорбирующего устройства 1В. Следовательно, в адсорбирующем устройстве 1А и в адсорбирующем устройстве 1В новый перерабатываемый газ содержит летучее органическое соединение более высокой концентрации, чем в рассмотренных выше первом и втором вариантах реализации, и, следовательно, эффективность переработки может быть улучшена.
Например, на вышеупомянутой Фиг.5 показана ситуация, когда адсорбирующее устройство 1А осуществляет адсорбционную переработку согласно рабочим состояниям от "a" до "d", а адсорбирующее устройство 1В осуществляет адсорбционную переработку согласно рабочим состояниям от "e" до "h". Однако выполнение предварительной переработки в настоящем варианте реализации позволяет сократить время адсорбционной переработки, и эффективность переработки газа может быть повышена.
В качестве предварительной переработки возможна либо переработка обезвоживанием, либо концентрационная переработка. Посредством переработки обезвоживанием пар в перерабатываемом газе удаляется. Поэтому концентрация летучего органического соединения в перерабатываемом газе возрастает на эту величину. Следовательно, даже если предварительная переработка осуществляется только как переработка обезвоживанием, возможно повышение эффективности переработки перерабатываемого газа. С другой стороны, только при концентрационной переработке значительно повышается концентрация летучего органического соединения. Поэтому оказывается возможным повысить эффективность переработки перерабатываемого газа.
Четвертый вариант реализации
Ниже рассматривается четвертый вариант реализации настоящего изобретения в связи с Фиг.7.
Эта показанная на Фиг.7 система переработки летучего органического соединения имеет конфигурацию, в которой вентилятор 21, клапаны подачи горячего газа 22А и 22В и клапаны выпуска горячего газа 23А и 23В добавлены в систему переработки летучего органического соединения в соответствии с третьим вариантом реализации.
Вентилятор 21 подает выпускаемый газ (горячий газ) от парогенератора 3 на клапаны подачи горячего газа 22А и 22В. Клапан подачи горячего газа 22А располагается между этим вентилятором 21 и каналом подачи выпускаемого газа адсорбирующего устройства 1А и подает/перекрывает выпускаемый газ на адсорбирующее устройство 1А. С другой стороны, клапан подачи горячего газа 22В располагается между этим вентилятором 21 и каналом подачи выпускаемого газа адсорбирующего устройства 1В и подает/перекрывает выпускаемый газ на адсорбирующее устройство 1В.
Клапан выпуска горячего газа 23А располагается между каналом выпуска выпускаемого газа адсорбирующего устройства 1А и каналом подачи перерабатываемого газа холодильника 20 и подает/перекрывает выпускаемый газ из адсорбирующего устройства 1А на канал подачи перерабатываемого газа холодильника 20. Клапан выпуска горячего газа 23В располагается между каналом выпуска выпускаемого газа адсорбирующего устройства 1А и каналом подачи перерабатываемого газа холодильника 20 и подает/перекрывает выпускаемый газ из адсорбирующего устройства 1А на канал подачи перерабатываемого газа холодильника 20.
Адсорбирующие устройства 1А и 1В таковы, как показано на Фиг.3-5, как рассмотрено во втором варианте реализации. Однако из-за подачи сжатого пара на адсорбирующие устройства 1А и 1В при нормальной температуре в переработке при повышенном давлении часть пара конденсируется и становится сливаемой водой. Кроме того, очень малое количество летучего органического соединения, закрепленного на адсорбенте при адсорбционной переработке, инфильтруется в сливаемую воду.
Эта система переработки летучего органического соединения служит для решения такой проблемы и между адсорбционной переработкой, и переработкой нагреванием, показанными на Фиг.3-5, осуществляет тепловую переработку с использованием вышеупомянутого вентилятора 21, клапанов подачи горячего газа 22А и 22В, клапанов выпуска горячего газа 23А и 23В, и выпускаемого газа из парогенератора 3.
Поскольку оба адсорбирующих устройства 1А и 1В осуществляют одну и ту же тепловую переработку, то для адсорбирующего устройства 1В, например, когда адсорбционная переработка завершена подачей перерабатываемого газа на адсорбирующее устройство 1В и выпуском переработанного газа, клапан подачи горячего газа 22В и клапан выпуска горячего газа 23В открыты. В результате выпускаемый газ, выходящий от вентилятора 21, подается на адсорбирующее устройство 1В для нагрева внутренней части адсорбирующего устройства 1В. Поскольку этот выпускаемый газ имеет температуру приблизительно 100°С, как указано выше, то внутренняя часть адсорбирующего устройства 1В может быть достаточно нагрета и конденсации пара не будет.
В результате ситуация, при которой пар конденсируется на следующей стадии, т.е. переработка в условиях повышенного давления с использованием пара, может быть исключена, и вышеупомянутая проблема сливной воды адсорбирующих устройств 1А и 1В может быть решена. Следовательно, в соответствии с данной системой переработки летучего органического соединения содержащееся в сливной воде адсорбирующих устройств 1А и 1В летучее органическое соединение может быть эффективно использовано в качестве источника энергии, а также сжиганием летучего органического соединения, как части топлива газовой турбины 2, может быть получено даже лучшее энергосбережение.
В том случае, когда нет необходимости в переработке летучего органического соединения, содержащегося в сливной воде адсорбирующих устройств 1А и 1В, эта сливная вода может быть подана в выпускной канал выпускаемого газа парогенератора 3 и при испарении выпущена в атмосферу. Поскольку содержание воды в сливной воде не слишком велико, то она вполне может быть испарена подачей ее в выпускной канал выпускаемого газа парогенератора 3.
Пятый вариант реализации
В заключение рассматривается пятый вариант реализации настоящего изобретения в связи с Фиг.8.
Эта система переработки летучего органического соединения соответствует случаю, когда парогенератор 3 выполнен отдельно от остального оборудования, а также эта система представляет собой пример модификации вышеупомянутых третьего и четвертого вариантов реализации.
В системе переработки летучего органического соединения в соответствии с третьим вариантом реализации выпускаемый из парогенератора 3 газ использовался как источник тепла для концентрирования перерабатываемого газа в концентраторе 18. С другой стороны, в системе переработки летучего органического соединения в соответствии с четвертым вариантом реализации выпускаемый из парогенератора 3 газ использовался как источник тепла для подавления образования сливной воды адсорбирующих устройств 1А и 1В.
Вместе с тем, в этих системах переработки летучего органического соединения, в том случае когда парогенератор 3 расположен вдали от концентратора 18 или адсорбирующих устройств 1А и 1В, необходимо устанавливать сравнительно протяженный трубопровод для подачи выпускаемого газа на концентратор 18 или на адсорбирующие устройства 1А и 1В, а также требуется сравнительно мощное вентиляционное обеспечение. Поэтому это влечет за собой увеличение стоимости оборудования и стоимости эксплуатации.
В этой системе переработки летучего органического соединения, в отличие от конфигурации вышеупомянутого четвертого варианта реализации, вместо выпускаемого газа на вентилятор 21 подается воздух, и вместо выпускаемого газа на концентратор 18 от вентилятора 24 подается воздух. Кроме того, выпускаемый вентилятором 21 воздух нагревается первой нагревательной системой, имеющей теплообменники 25 и 26 и насос 27, а, с другой стороны, выпускаемый вентилятором 24 воздух нагревается второй нагревательной системой, имеющей теплообменники 28 и 29 и насос 30.
Теплообменник 25 расположен вблизи выпускного газового канала парогенератора 3 и осуществляет теплообмен между выпускаемым газом и нагревательной средой. Теплообменник 26 расположен вблизи выпускного воздушного канала вентилятора 21 и осуществляет теплообмен между выпускаемым воздухом от вентилятора 21 и нагревательной средой. Насос 27 расположен частично вдоль трубопровода с циркулирующей нагревательной средой, расположенного между теплообменником 25 и теплообменником 26, и заставляет циркулировать нагревательную среду между теплообменником 25 и теплообменником 26.
Теплообменник 28 расположен вблизи выпускного газового канала парогенератора 3 и осуществляет теплообмен между выпускаемым газом и заданной нагревательной средой. Теплообменник 29 расположен вблизи выпускного воздушного канала вентилятора 24 и осуществляет теплообмен между выпускаемым воздухом от вентилятора 24 и нагревательной средой. Насос 30 расположен частично вдоль трубопровода с циркулирующей нагревательной средой, расположенного между теплообменником 28 и теплообменником 29, и заставляет циркулировать нагревательную среду между теплообменником 28 и теплообменником 29.
В данной системе переработки летучего органического соединения, сконструированной таким образом, выпускаемый газ от парогенератора 3 не подается непосредственно на концентратор 18 и на адсорбирующие устройства 1А и 1В, но тепло выпускаемого газа преобразуется в воздух, выпускаемый вентиляторами 21 и 24 с использованием первой и второй нагревательных систем, тем самым нагревая воздух для предоставления нагретого воздуха, и этот нагретый воздух подается на концентратор 18 и на адсорбирующие устройства 1А и 1В как горячий газ.
В данном случае использование жидкой нагревательной среды со сравнительно большой теплоемкостью предоставляет установку со значительно уменьшенными трубопроводами с циркулирующей нагревательной средой по сравнению с трубопроводами для подачи выпускаемого газа на концентратор 18 и на адсорбирующие устройства 1А и 1В. Кроме того, в том случае если теплоемкость нагревательной среды велика, то циркулирующий поток нагревательной среды может поддерживаться сравнительно малым. Поэтому мощность вентиляторов 27 и 30 может поддерживаться меньшей, чем мощность рассеивания воздуха для подачи выпускаемого газа на концентратор 18 и на адсорбирующие устройства 1А и 1В.
Следовательно, при данной системе переработки летучего органического соединения возможно избежать увеличения стоимости оборудования и стоимости эксплуатации в случае, когда парогенератор 3 располагается вдали от концентратора 18 или адсорбирующих устройств 1А и 1В.
Реферат
Изобретение относится к системам переработки вредных газов. В предлагаемом средстве выбрасываемый отработанный газ, содержащий летучее органическое соединение, подается в адсорбирующее устройство для адсорбции летучего органического соединения адсорбентом. Летучее органическое соединение десорбируется из адсорбента и смешивается с паром при повышенном давлении. Пар, содержащий летучее органическое соединение, в условиях повышенного давления подается в камеру сгорания газовой турбины и сгорает вместе с топливным газом. Изобретение позволяет превратить летучее органическое соединение в безвредный продукт, а также одновременно повысить энергоэффективность средства переработки летучего органического соединения. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 8 ил.
