Способ и устройство для удаления двуокиси серы из газа - RU2135268C1

Чертежи

Описание

Изобретение касается способа и устройства для удаления двуокиси серы из газа, такого как топочный газ, с помощью водной суспензии абсорбента, выбираемого из извести или известняка.

Газообразная двуокись серы образуется при окислении серосодержащего материала, такого как мусор, уголь, нефть, природный газ и торф. Даже хотя это изобретение имеет отношение особенно к удалению двуокиси серы из топочных газов, генерируемых при окислении (сжигании) такого материала, например, топочных газов теплоэлектростанций, работающих на нефтепродуктах, оно никоим образом, не ограничивается этим, а относится к очистке содержащих двуокись серы газов вообще. Такая очистка была известна ранее и в основном базируется на том, что двуокись серы абсорбируется промывающей водной жидкостью. В настоящее время в основном используются три разные системы очистки содержащих двуокись серы топочных газов, а именно, системы на основе кальция, системы на основе натрия и непрямые системы на основе кальция. В системах на основе кальция в качестве щелочей используются известняк (CaCO₃) и известь (CaO, Ca(OH)₂), тогда как в системах на основе натрия в качестве щелочей используются гидроксид натрия (NaOH) или сода (Na₂CO₃). В непрямых системах на основе кальция легко растворимая щелочь, такая как NaOH, используется для первичной абсорбции двуокиси серы при промывании газа, промывающая жидкость регенерируется из промывных вод газа с помощью более слаборастворимой щелочи, такой как известь.

Это изобретение касается системы на основе кальция, в которой в качестве щелочи используется известь или известняк.

Известные системы на основе кальция этого типа состоят из газоочистительной колонны, в большинстве случаев из скруббера с разбрызгивающим устройством, в который вводится топочный газ и противоточно обрабатывается инжектируемой суспензией тонко измельченных известняка или извести в качестве абсорбента. При контакте с суспензией тонко измельченного абсорбента двуокись серы абсорбируется с образованием, после окисления, с абсорбентом гипса (CaSO₄ •2H₂O). Топочный газ, освобожденный таким образом от двуокиси серы, затем покидает скруббер с распылительным устройством. Чтобы осуществить необходимое окисление и образование гипса, в суспензию абсорбента вдувается содержащий кислород газ, такой как воздух, обычно в резервуар, используемый в качестве накопителя и для рециклирования суспензии абсорбента. Как правило, большие потоки суспензии рециклируются с помощью колонны с распылительным орошением, а накопитель содержит очень большой объем суспензии абсорбента. Например, можно упомянуть, что объем суспензии в аппаратах для очистки газа на электростанциях может превышать 1000 м³, и встречаются объемы до 6000 м³. Такие объемы очевидно необходимы для эффективного использования применяемых содержащих кислород газов, так как растворимость кислорода увеличивается с глубиной, на которую он инжектируется. Кроме того, значительный объем суспензии абсорбента считается необходимым для того, чтобы применяемый абсорбент имел бы достаточное время выдержки для растворения. Кроме того, длительное время выдержки необходимо, если осаждаемые кристаллы гипса должны расти, чтобы их легко было отфильтровать. Время выдержки рециркулируемой суспензии обычно находится в пределах 6-12 минут, тогда как время выдержки образовавшегося гипса часто составляет примерно 20-30 часов. Необходимо также, кроме того, подчеркнуть, что промывные колонны вышеупомянутого типа являются сооружениями большого размера, причем разница по высоте между резервуаром для хранения суспензии абсорбента и распылительными насадками составляет примерно 20-40 м. К тому же, давление в распылительных насадках соответствует столбу жидкости, равному примерно 10 м. Это значит, что необходимо значительное количество энергии для подъема и рециклирования суспензии абсорбента к соплам и для подачи суспензии в противоток топочному газу.

В качестве примеров исходного уровня техники в отношении удаления двуокиси серы из технологического газа на основе противоточного контакта между газом и абсорбирующей суспензией можно упомянуть EP 0162536 и DE 3401109, причем абсорбирующая суспензия подается насосом на большую высоту, что требует существенного потребления энергии для подачи ее в противоток газу с помощью форсунок.

Помимо башен с распылительным орошением вышеупомянутого типа прототипы включают использование насадочных колонн и колонн с тарелками, таких как колонны с сетчатыми тарелками, для удаления двуокиси серы из топочных газов. Так, в патентах США 5263021 и 5246471 описаны колонны, оборудованные сетчатыми тарелками или сетчатыми лотками. Однако в этих описаниях патентов указываются методики, по которым жидкость должна подаваться с помощью насоса на большую высоту, что требует существенного потребления энергии для подачи ее в противоток топочному газу. Суспензия абсорбента затем протекает через отверстия в сетчатых тарелках и таким образом перемещается на дно колонны.

Еще один пример прототипа раскрывается в GB 357599, который касается способа и аппарата для обработки жидкостей газами. Однако, в описании патента не описано удаление двуокиси серы из газа, такого как топочный газ, с помощью водной суспензии абсорбента, выбираемого из извести и известняка.

Кроме того, что они высокоэнергоемки, известные противоточные методы включают громоздкие конструкции и огромные объемы суспензии абсорбента. Таким образом было бы целесообразно получить способ и устройство, делающие возможным высокую степень абсорбции двуокиси серы, эффективное использование абсорбента и низкую концентрацию гидросульфитного иона и сульфитного иона в суспензии абсорбента (т.е. низкий риск нежелательного осаждения сульфита кальция), включающие низкое энергопотребление и требующие сравнительно малого объема суспензии абсорбента и в то же время делающие возможной относительно компактную конструкцию.

Изобретение достигает этой цели путем получения способа, который объединяет ряд существенных мер и может быть осуществлен с помощью специального четко определенного устройства, как будет описано более детально ниже. По этому изобретению газ, который нужно очистить, в суспензии абсорбента, говоря точнее, тонко распределяется, и газ и суспензия абсорбента подаются в потоках, перекрестных по отношению друг к другу. Так как суспензия абсорбента должна подниматься на небольшую высоту или ее не нужно поднимать из хранилища в зону, где она контактирует с газом, количество необходимой энергии для подачи суспензии сводится к минимуму.

Дополнительные характеристики этого изобретения сформулированы в прилагаемых пунктах.

Таким образом, изобретение представляет способ удаления двуокиси серы из газа, такого как топочный газ, с помощью водной суспензии абсорбента, выбираемого из извести и известняка, отличающийся тем, что содержащий двуокись серы газ пропускается снизу вверх через перфорированную пластинку, на которой обеспечивается текущий слой суспензии абсорбента, причем указанный слой имеет статическую высоту по крайней мере 100 мм и статический объем, равный примерно 50-500 л в расчете на м³ содержащего двуокись серы газа, протекающего через слой каждую секунду, и этот слой суспензии абсорбента протекает по перфорированной пластинке со скоростью потока, равной примерно 5-100 л/сек, в расчете на статический объем, через который протекает 1 м³ содержащего двуокись серы газа в секунду.

Изобретение, кроме того, представляет устройство для удаления двуокиси серы из газа, такого как топочный газ, с помощью водной суспензии абсорбента, выбираемого из извести и известняка, отличающееся тем, что оно имеет:
а) входное отверстие для содержащего двуокись серы газа и выпускное отверстие для газа, из которого двуокись серы удалена,
б) перфорированную пластину, помещенную между входным отверстием и выпускным отверстием, которая дает возможность содержащему двуокись серы газу проходить снизу и несет на себе текущий слой суспензии абсорбента, имеющий статическую высоту, равную по крайней мере 100 мм, и статический объем, равный 50 - 500 л, в расчете на м³ содержащего двуокись серы газа, протекающего через слой каждую секунду,
в) резервуар для суспензии абсорбента,
г) по крайней мере одну входную трубу, соединяющую резервуар с верхней стороной перфорированной пластинки,
д) средства для подачи суспензии абсорбента из резервуара через входную трубу на верхнюю сторону перфорированной пластины и по указанной перфорированной пластине со скоростью потока, равной примерно 5-100 л/сек в расчете на статический объем, через который протекает 1 м³ содержащего двуокись серы газа в секунду,
е) по крайней мере одну выходную трубу, соединяющую верхнюю сторону перфорированной пластины с резервуаром, для рециклизации суспензии абсорбента в резервуар,
ж) средства для подачи содержащего кислород газа,
з) средства для подачи абсорбента,
и) средства для подачи воды и
к) средства для удаления гипса.

При способе изобретения предпочтительно, чтобы статическая (без вспенивания) высота слоя суспензии абсорбента составляла примерно 200-500 мм и чтобы слой суспензии абсорбента протекал по перфорированной пластине со скоростью потока, равной примерно 10-50 л/сек. Кроме того, предпочтительно, чтобы суспензия абсорбента содержала примерно 5-20% по весу, предпочтительно, примерно 10-15% по весу, кристаллов гипса.

Предпочтительно, чтобы в устройстве этого изобретения средства д) включали лопастной насос, расположенный в нижней части каждой выпускной трубы. Кроме того, предпочтительно, чтобы средства ж) включали сопло, приспособленное для подачи содержащего кислород газа и расположенное по ходу от лопастного насоса в каждой выпускной трубе. Особенно предпочтительно, чтобы устройство имело по существу круглое поперечное сечение. В этом контексте предпочтительно, чтобы выпускная (ые) труба или трубы располагались на периферии устройства, и чтобы они соединяли верхнюю сторону перфорированной пластины с резервуаром. Кроме того, перфорированная пластина, предпочтительно, имеет свободную площадь отверстий, равную примерно 1-20%, более предпочтительно, примерно 1-10%, и наиболее предпочтительно, примерно 3-5%. Кроме того, предпочтительно, чтобы перфорированная пластина имела отверстия, края которых закруглены на нижней стороне с радиусом кривизны, равным примерно 5-50 мм.

Эти и другие четкие признаки изобретения будут видны более детально из следующего описания.

Это изобретение особенно отличается тем, что содержащий двуокись серы газ подается вверх через перфорированную пластину и слой суспензии абсорбента, подаваемый на пластину, и причем непрерывно подается по существу безсульфитная суспензия абсорбента в количестве, достаточном для того, чтобы прореагировать с сульфатом с образованием гипса (CaSO₄• 2H₂O). Слой суспензии абсорбента протекает поперек по перфорированной пластине с такой скоростью потока, чтобы израсходованная суспензия абсорбента удалялась и достаточное количество свежей суспензии абсорбента подавалось для абсорбции двуокиси серы из протекающего вверх содержащего двуокись серы газа.

Концентрация сульфит-иона в суспензии абсорбента снижается путем окисления абсорбированной двуокиси серы, что уменьшает риск отложений, так как степень насыщения сульфитом таким образом снижается. Другой благоприятный эффект, происходящий в результате пониженной концентрации сульфит-иона, состоит в снижении равновесного давления паров двуокиси серы над суспензией, обеспечивающем более высокую степень отделения двуокиси серы. К тому же сниженная концентрация сульфит-иона способствует растворению абсорбента (извести). Для того, чтобы вся абсорбированная двуокись серы окислилась, в суспензию абсорбента подается такое количество кислорода, что молярное отношение кислорода к двуокиси серы составляет по крайней мере примерно 0,5-1 и, предпочтительно, находится в интервале от примерно 0,5:1 до примерно 25 : 1.

Также суспензия абсорбента должна иметь такое содержание абсорбента на основе кальция (извести или известняка), чтобы весь сульфат в суспензии абсорбента мог быть осажден в форме гипса. При условии, что вся абсорбированная двуокись серы превращается в сульфат, количество абсорбента на основе кальция в суспензии должно быть по крайней мере эквимолярным, а предпочтительно, слегка выше эквимолярного. Обычно, молярное отношение абсорбента на основе кальция к двуокиси серы находится в интервале от примерно 1:1 до примерно 1:1,10, и предпочтительно самое большее составляет примерно 1:1,05. Чтобы увеличить растворение, абсорбент на основе кальция, предпочтительно, подается в форме тонко гранулированного порошка, предпочтительно, имеющего размер частиц, равный примерно 20 - 100 мкм, причем по крайней мере примерно 96% частиц меньше примерно 44 мкм. Предпочтительно, порошок на основе кальция подается в процесс в форме водной суспензии, имеющей концентрацию, равную примерно 20 - 35% по весу. Однако порошок может также подаваться в сухом состоянии путем инжекции ниже перфорированной пластины или в слой.

Поток содержащего двуокись серы газа пропускается снизу вверх через перфорированную пластину, и слой суспензии абсорбента должен быть таким, чтобы происходил хороший контакт между суспензией и газом. С этой целью время контакта и контактная поверхность должны быть максимальными. Время контакта увеличивается, когда скорость газа снижается и когда высота слоя суспензии повышается. На расход газа влияет открытая площадь или площадь отверстий перфорированной пластины, т.е. число отверстий и их размер. Таким образом скорость газа снижается, когда площадь отверстий увеличивается. В соответствии с этим изобретением свободная площадь отверстий перфорированной пластины предпочтительно составляет примерно 1-20%, более предпочтительно примерно 1-10%, и наиболее предпочтительно примерно 3-5%. Чтобы достичь хорошего контакта между суспензией и газом, газовый поток должен быть, кроме того, таким, чтобы создавать турбулентность в слое суспензии.

Даже если низкая скорость газа увеличивает время контакта между слоем суспензии и газом и снижается перепад давления через перфорированную пластину, скорость газа не должна быть слишком низкой, так как суспензия абсорбента начинает "просачиваться" через перфорированную пластину, т.е. протекает вниз через отверстия в пластине, когда скорость газа снижается ниже определенного уровня. По этому изобретению поток газа через слой суспензии абсорбента должен быть таким, чтобы его низший уровень давал в результате разницу давлений через перфорированную пластину и слой, которая несколько выше, чем статическая (без вспенивания) высота слоя. По этому изобретению допускается определенное минимальное просачивание тогда, когда скорость газа, протекающего через перфорированную пластину, составляет, при низшем пределе, когда происходит некоторое просачивание, примерно 2/3 скорости, при которой просачивание прекращается. Не выяснен верхний критический предел для газового потока, но если газовый поток увеличится слишком сильно, суспензия абсорбента будет уноситься газовым потоком и уходить с отходящим газом. Если газовый поток поддерживается в этих пределах, можно достичь состояния, при котором слой суспензии остается на перфорированной пластине, в то время как обеспечивается хороший контакт между суспензией и газом. В основном скорость газового потока составляет примерно 20-60 м/сек, предпочтительно, примерно 35-50 м/сек, при измерении как скорости протекания газа через отверстия пластины.

На контакт между содержащим двуокись серы газом и суспензией абсорбента влияет также статическая (без вспенивания) высота слоя суспензии абсорбента. Так, чем выше слой, тем лучше контакт в результате продолжительного времени контакта. В соответствии с этим изобретением, низший предел для высоты слоя составляет примерно 100 мм. Ниже этой высоты слой слишком тонок, чтобы дать возможность достаточного контакта между суспензией и газом, и следовательно, высокую степень отделения SO₂. Не существует критического верхнего предела для высоты слоя, но в соответствии с этим изобретением было обнаружено, что высота более примерно 500 мм связана с высокими затратами на энергию и в то же время не влечет за собой каких-либо дополнительных сколько-нибудь значимых преимуществ в отношении отделения двуокиси серы. Согласно этому изобретению было обнаружено, что статическая высота слоя суспензии абсорбента предпочтительно составляет по крайней мере примерно 200 мм, если нужно получить оптимальные результаты. Следовательно, предпочтительно, чтобы статическая высота слоя суспензии абсорбента составляла примерно 200-500 мм.

Как подчеркнуто ранее, статический (без вспенивания) объем суспензии абсорбента на перфорированной пластине, через которую протекает 1 м³ содержащего двуокись серы газа в секунду, является характерным параметром этого изобретения. На статический объем влияет статическая высота и поверхность слоя суспензии. Так, чем меньше объем, тем более эффективен метод. В соответствии с этим изобретением статический объем составляет, как указано выше, примерно 50-500 л, предпочтительно примерно 200-300 л. С объемом ниже примерно 50 л абсорбция двуокиси серы неудовлетворительна, тогда как объем, превышающий примерно 500 л, не влечет за собой каких-либо дополнительных преимуществ.

Кроме того, было обнаружено, что пополнение барботируемого слоя необходимо для того, чтобы сдерживать концентрацию HSO₃^-, которая приводит к такому равновесному давлению SO₂, что ухудшается абсорбция SO₂. Это связано с тем фактом, что окисление, т.е. превращение HSO₃^- в сульфат и водородные ионы, недостаточно быстро. Таким образом, поток суспензии, который должен подаваться и отводиться из барботажного слоя, зависит от содержания SO₂ в газе, достигаемого окисления и предопределенной степени очистки в отношении SO₂.

Поэтому в этом изобретении существенно, что слой суспензии абсорбента на перфорированной пластине является нестатичным или стационарным, но протекает по поверхности перфорированной пластины в потоке, поперек тока снизу вверх содержащего двуокись серы газа. Чтобы быть более точными, суспензия абсорбента в соответствии с этим изобретением протекает по перфорированной пластине при скорости потока, равной примерно 5-100 л/сек, предпочтительно примерно 10-50 л/сек в расчете на статический объем суспензии абсорбента, через который протекает 1 м³ содержащего двуокись серы газа в секунду. Этот параметр назван Ж/Г (жидкость/газ). Суспензия протекает от входного отверстия для свежей суспензии абсорбента, т.е. суспензии абсорбента, которая была снабжена кислородом и абсорбентом на основе кальция, так чтобы быть способной к поглощению двуокиси серы, до выходного отверстия для использованной суспензии абсорбента, т. е. суспензии абсорбента, которая поглотила двуокись серы, и таким образом был израсходован абсорбент на основе кальция для превращения абсорбируемой двуокиси серы в гипс. Таким образом, тот факт, что суспензия абсорбента протекает в горизонтальном направлении по перфорированной пластине в соответствии с этим изобретением, приводит к тому, что содержащий двуокись серы газ все время контактирует со свежей суспензией абсорбента, способной к поглощению содержания двуокиси серы в газе. В то же самое время существует, конечно, значительное обратное перемешивание вследствие турбулентных движений в слое, когда газ пропускается через перфорированную пластину. Степень обратного перемешивания зависит от геометрии и выбранных скоростей потока в каждом конкретном случае.

Для оптимизации способа по данному изобретению, включая растворение абсорбента на основе кальция и кислорода в суспензии, абсорбцию двуокиси серы в виде сульфита или гидросульфита, окисление сульфита и гидросульфита до сульфата и осаждение сульфата в виде гипса, pH суспензии должен быть в интервале примерно 3,0-5,5, предпочтительно примерно 3,5-5,0. Как правило это не создает каких-либо больших проблем с осуществлением изобретения. Чтобы дополнительно улучшить функционирование, увеличить выделение SO₂ и снизить риск нежелательного осаждения отложений, соответствующий pH может быть стабилизирован с помощью буфера. Есть разные известные буферы, такие как органические кислоты, неорганические кислоты и органические амины, которые могут быть выбраны экспертом, и здесь нет необходимости какого-либо пространного их перечисления. Однако, можно упомянуть, что подходящие буферы включают монокарбоновые кислоты, такие как муравьиная кислота, уксусная кислота и пропионовая кислота; поликарбоновые кислоты, такие как янтарная кислота, адипиновая кислота, фталевая кислота, изофталевая кислота и лимонная кислота; гидроксизамещенные кислоты, такие как гликолевая кислота и молочная кислота; и сульфокарбоновые кислоты, такие как сульфопропионовая кислота и сульфоянтарная кислота. Среди этих буферов адипиновая кислота, молочная кислота, сульфопропионовая кислота и сульфоянтарная кислота представляют особый интерес. Согласно этому изобретению добавляемый буфер предпочтительно является слабой органической кислотой, имеющей pKa в интервале 3-5, конкретно, адипиновой кислотой. Буфер добавляется в количестве, необходимом для стабилизации pH суспензии абсорбента на межфазной границе, а также в основном объеме слоя на уровне примерно 3,0-5,5. В основном, количество добавляемого буфера составляет примерно 100-5000 ч/млн, предпочтительно 500-2500 ч/млн.

Риск отложений, упомянутых выше, может быть снижен до минимума различными путями. Осаждение сульфита кальция эффективно предотвращается с помощью выбранного кислого интервала pH. Отложения, образуемые осаждением гипса, предотвращаются с помощью того, что суспензия абсорбента содержит примерно 5-20% по весу, предпочтительно примерно 10-15% по весу и наиболее предпочтительно примерно 12% по весу, кристаллов гипса в виде затравочных частиц. Таким образом, гипс будет кристаллизоваться селективно на кристаллах гипса вместо поверхностей оборудования.

Способ и устройство по этому изобретению будет теперь описано более детально со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
Фиг. 1 является поперечным сечением предпочтительного осуществления устройства этого изобретения.

Фиг. 2 является горизонтальным сечением устройства с фиг. 1 по линии II - II.

Фиг. 3 является поперечным сечением устройства с фиг. 1 по линии III-III на фиг. 2.

Фиг. 4 является увеличенным частичным поперечным сечением области А на фиг. 3.

Предпочтительное осуществление, показанное на фиг. 1-3, имеет входное отверстие 1 для содержащего двуокись серы газа, такого как топочный газ от электростанций, работающих на нефтепродуктах, и выходное отверстие 2 для газа, очищенного от двуокиси серы. Как особенно хорошо видно на фиг. 2, устройство имеет круглое горизонтальное сечение и содержит перфорированную пластину или сетчатую пластину 3, через которую содержащий двуокись серы газ течет снизу, расположенную между входным отверстием для газа 1 и выходным отверстием для газа 2. Как упомянуто ранее, перфорированная пластина 3 соответственно имеет свободную площадь отверстий, равную примерно 1- 20%, предпочтительно примерно 1-10% и наиболее предпочтительно, примерно 3-5%. Ниже перфорированной пластины 3 находится камера 4 для подаваемого содержащего двуокись серы газа, и ниже камеры 4 находится резервуар 5 для суспензии абсорбента. В центре резервуар 5 снабжен цилиндрической входной трубой 6, проходящей вверх через камеру 4 и до перфорированной пластины 3, соединяя таким образом резервуар 5 с верхней стороной перфорированной пластины 3. Цилиндрическая входная труба 6 предназначена для подведения суспензии абсорбента из резервуара 5 на перфорированную пластину 3. Устройство, показанное на фиг. 1-3, кроме того, имеет ряд периферических выпускных труб 7, соединяющих верхнюю сторону перфорированной пластины 3 с резервуаром 5, для рециклизации суспензии абсорбента в резервуар. Устройство, кроме того, имеет средства для подачи суспензии абсорбента из резервуара 5 через направленную вверх входную трубу и на верхнюю сторону перфорированной пластины 3. В настоящее время в наиболее предпочтительном осуществлении этого изобретения эти средства включают лопастные насосы 8, расположенные в области ниже каждой входной трубы, что особенно хорошо видно на фиг. 1 и 3. Кроме того, устройство имеет средства для подачи содержащего кислород газа, такого как воздух. В наиболее предпочтительном осуществлении эти средства состоят из сопел 9, расположенных по току от лопастных насосов 8 в каждой выпускной трубе. Или же иначе, или в качестве дополнения к лопастным насосам 8 и воздушным соплам 9, крыльчатка 10 с мотором 11 могут быть смонтированы в круглой входной трубе 6, в то время как сопла для инжекции воздуха 12 могут быть установлены ниже области входной трубы 6. Если инжекция воздуха достаточно сильна, можно, по желанию, обойтись без лопастных насосов 8. Можно также, по желанию, обойтись без крыльчатки 10. Если так, то сопла для инжекции воздуха обеспечивают не только подачу содержащего кислород газа, но и циркуляцию суспензии абсорбента с помощью действия мощного насоса. Эти сопла для инжекции воздуха состоят из сопел 8 и/или 12 и, если будет необходимость, могут быть добавлены дополнительные сопла для инжекции воздуха (не показаны), распределенные на периферии дна резервуара 5.

В этом осуществлении средства, упомянутые выше под пунктом д), для подачи суспензии абсорбента, и средства, упомянутые выше под пунктом з), для подачи содержащего кислород газа, образуют единые общие средства, которые не только подают содержащий кислород газ (воздух), но и подают суспензию абсорбента с помощью действия мощного насоса. Это возможно благодаря компактной конструкции устройства изобретения, в которой резервуар 5, расположенный ниже перфорированной пластины 3, расположен так близко к пластине, что высота подъема суспензии абсорбента из резервуара на перфорированную пластину составляет самое большое примерно 5 м, предпочтительно, примерно самое большее 2 м, в норме примерно 0,5-2 м, и наиболее предпочтительно, примерно 0,2-1 м. Необходимо оценить то, что устройство этого изобретения, в котором суспензия абсорбента циркулирует с помощью только работы мощного насоса, является простой конструкцией и не требует много энергии для подъема и циркуляции суспензии абсорбента. Следовательно, такое устройство имеет преимущества с экономической точки зрения.

Помимо средств для подачи суспензии абсорбента и подачи содержащего кислород газа устройство включает средства 13 для подачи абсорбента, средства 14 для подачи воды и, по желанию, средства 15 для подачи регулирующего pH вещества, как показано стрелками на фиг. 1. Абсорбент обычно подается в виде примерно 20-25% по весу суспензии порошка известняка в воде. Предпочтительно, вода, подаваемая средствами 14, является водой, рециркулируемой после обезвоживания осажденного гипса. Стабилизатор pH, подаваемый с помощью средств 15, не должен подаваться по методу этого изобретения, но определенное его количество создает буферный эффект, который повышает выделение SO₂. Стабилизатор pH может быть, например, кислотой, такой как адипиновая кислота, подаваемой с помощью средств 15.

Гипс, осажденный по методу этого изобретения, накапливается в резервуаре 5 и отводится через дренажную трубу 16, снабженную запорным клапаном 17.

Чтобы исключить образование воздушных разрывов в резервуаре 5 ниже камеры 4, предусмотрены одна или более вентиляционных трубок 18 для выпуска содержащего кислород газа (воздуха).

Фиг. 4 является увеличенным частичным поперечным сечением предпочтительного осуществления перфорированной пластины по этому изобретению, более конкретно, сечением области А на фиг. 3. Было обнаружено, что дополнительные благоприятные эффекты получаются, если перфорированная пластина сконструирована, как показано на фиг. 4. Как видно на фиг. 4, перфорированная пластина 3 имеет плоскую и гладкую верхнюю поверхность 20, делающую возможной и облегчающую эффективную очистку от вышеуказанного. Кроме того, отверстия 19 мягко закруглены на нижних устьях 21, образующих входные отверстия для газа, протекающего вверх. Края на нижних устьях 21 закруглены так, что их радиус кривизны составляет примерно 5-50 мм, предпочтительно примерно 5-20 мм, и наиболее предпочтительно, примерно 10 мм. Закругление на нижнем устье 21 отверстий 19 снижает потери газа на входе и способствует равномерному распределению газа по всей перфорированной пластине 3.

Помимо специальной закругленной формы отверстий 19, перфорированная пластина 3 должна иметь определенную минимальную толщину, чтобы поддерживать вспучиваемый слой суспензии абсорбента на перфорированной пластине 3 и противодействовать просачиванию сквозь пластину. Таким образом, было обнаружено, что перфорированная пластина должна иметь толщину, равную примерно 5-50 мм, предпочтительно примерно 20-50 мм и наиболее предпочтительно примерно 20-40 мм, например, примерно 30 мм.

По существу перфорированная пластина может быть изготовлена из любого подходящего материала, имеющего достаточную стабильность размеров, чтобы нести слой суспензии абсорбента, и который достаточно термоустойчив, чтобы выдерживать воздействующие температуры. Перфорированная пластина 3 предпочтительно изготавливается из пластмассы, которую легко обрабатывать, и которая имеет низкую поверхностную энергию и противодействует таким образом отложениям. Предпочтительной пластмассой является полипропилен.

Перфорированная пластина может также изготавливаться из композитного материала, такого как металл, покрытый поверхностным слоем пластмассы, например, политетрафторзтиленом.

Отверстия 19, которые являются квадратными на фиг. 2, могут иметь любую подходящую форму и, например, могут быть круглыми, квадратными или удлиненными. Однако, предпочтительно, чтобы эти отверстия были круглыми и имели диаметр, равный примерно 10-100 мм, предпочтительно, примерно 20-50 мм.

Здесь необходимо упомянуть, что даже хотя перфорированная пластина 3 установлена на фигурах горизонтально, нет необходимости, чтобы она была точно горизонтальной, но она может быть слегка наклонена, предпочтительно самое большее под 30^o, по отношению к горизонтальной плоскости. Таким образом, перфорированная пластина 3, например, может быть слегка наклонена вниз или иметь скольжение (считая от входного отверстия для абсорбирующей суспензии), что в устройстве, показанном на фиг. 1-4, означало бы, что перфорированная пластина наклонена вниз от входного отверстия 6 к выпускным трубам 7. Такой наклон может способствовать циркуляции суспензии абсорбента по перфорированной пластине.

Изобретение будет теперь дополнительно пояснено с помощью иллюстративного примера.

Пример. Этот пример относится к устройству типа, описанного выше в связи с фиг. 1-3. Перфорированная пластина, которая изготовлена из полипропилена, имела толщину примерно 30 мм и свободную площадь отверстий, равную 3,6%. Отверстия имели диаметр 22 мм и закругленные нижние края типа, показанного на фиг. 4. Использованный абсорбент был известняком, имеющим такой размер частиц, что примерно 96% их проходило через сито, имеющее ширину отверстий, равную 44 мкм. Абсорбент подавался в резервуар в виде 25% по весу водной суспензии. Суспензия абсорбента в резервуаре содержала примерно 13% по весу твердых веществ и имела pH примерно 4,5.

Очищали топочный газ от электростанции, работающей на нефтепродуктах, причем подаваемый газ имел концентрацию двуокиси серы 732 ч/млн и температуру, равную 191^oC. Перед введением в устройство топочный газ насыщали влагой.

С помощью лопастных насосов, установленных в выпускных трубах, суспензия абсорбента циркулировала в устройстве из резервуара и через цилиндрические входные трубы, так что она протекала радиально наружу по перфорированной пластине и затем рециркулировала через выпускные трубы вниз в резервуар. Воздух вдували с помощью сопел, установленных за лопастными насосами, в таком количестве, что молярное отношение O₂ к SO₂ составляло 25, 6:1, в то же время молярное отношение CaCO₃ к SO₂ составляло 1,02:1. При подаче на перфорированную пластину суспензия абсорбента образовывала слой, имеющий статическую высоту, равную 510 мм, и неизменяемый объем (статический), равный примерно 730 л. Содержащий двуокись серы топочный газ подавался в устройство при скорости потока, равной примерно 2,5 м³/сек, и пропускался вверх через перфорированную пластину при скорости, равной примерно 38 м/сек. При прохождении содержащего двуокись серы топочного газа слой суспензии абсорбента на перфорированной пластине увеличивался в высоту до примерно 1100 мм. Скорость потока топочного газа через суспензию абсорбента повышалась до примерно 290 л/м³ сек, т.е. 1 м³ топочного газа проходил через 290 л суспензии абсорбента в секунду. Кроме того, суспензия абсорбента протекала по перфорированной пластине при скорости потока, равной 12,1 л/сек (Ж/Г), в расчете на статический объем, через который протекал 1 м³ содержащего двуокись серы газа в секунду. Содержание сульфитных ионов (SO₃^2-) и гидросульфитных ионов (HSO₃^-) в суспензии абсорбента, как было обнаружено, составила менее 10 ч/млн, т.е. не было риска какого-либо нежелательного осаждения сульфита кальция. Отходящий топочный газ имел температуру, равную примерно 55^oC, и содержание в нем двуокиси серы было примерно 7 ч/млн, т.е. степень выделения двуокиси серы составляла 99,0%.

Устройство этого изобретения, показанное на чертежах и описанное выше, имеет круглое поперечное сечение. Однако, должно быть понятно, что устройство изобретения не ограничивается этой конструкцией, но что возможен ряд других конструкций. Так, устройство может, например, иметь квадратное поперечное сечение, в случае которого входной трубопровод 6 имеет вытянутое, прямоугольное поперечное сечение и одна длинная сторона входной трубы соединяется с прямоугольной перфорированной пластиной. Суспензия абсорбента тогда протекает от входного трубопровода по перфорированной пластине и в выпускную трубу на противоположной стороне перфорированной пластины для рециркуляции в резервуар, поставляющий суспензию абсорбента во входную трубу. Благодаря прямоугольной конструкции две или более единиц, включающих входную трубу, перфорированную пластину и выпускной трубопровод, могут объединяться с образованием единой компактной установки.

Как видно из вышеприведенного описания изобретения и его предпочтительного осуществления, это изобретение имеет ряд преимуществ над прототипами. Изобретение особенно отличается перекрестными потоками газа и суспензии абсорбента, что в сочетании с конструкцией устройства изобретения дает возможность снижения потребления энергии до минимума по жидкости, т.е. энергии, затрачиваемой для подачи суспензии абсорбента в зону контакта с газом, подлежащим очистке. При предпочтительном осуществлении изобретения, описанном выше, различные компоненты, связанные с суспензией абсорбента (резервуар, вход, жидкий слой на перфорированной пластине и выход) сообщаются по типу "сообщающихся сосудов". С помощью крыльчаток, установленных в резервуаре или с помощью вышеупомянутого действия мощного насоса, суспензию абсорбента заставляют подниматься во входную трубу и вытекать по перфорированной пластине, тем самым начиная и поддерживая циркуляцию суспензии. Из входного отверстия суспензия вытекает по перфорированной пластине и рециркулирует в резервуар через выпускные трубы. В соединении с компактной конструкцией, включающей резервуар для хранения суспензии абсорбента, расположенного вблизи зоны контакта газа и суспензии абсорбента, перекрестные потоки приводят к тому, что это изобретение просто требует энергии, соответствующей высоте подъема столба жидкости не более, чем 5 м, в норме примерно на 0,5-2 м, для циркуляции суспензии абсорбента. Это нужно сравнить со столбом воды, равным примерно 20-40 м, необходимым по прототипу, к которому добавляется энергия, соответствующая столбу воды, равному примерно 10 м, необходимая для давления в распылительных насадках. Ввиду этого, данное изобретение представляет значительное усовершенствование в этой области техники.

Реферат

Изобретение относится к способу и устройству для удаления двуокиси серы из газа, предпочтительно топочного газа, с помощью водной суспензии абсорбента, предпочтительно известняка. По этому способу топочный газ пропускается через перфорированную пластину (3), на которой обеспечивается текущий слой суспензии абсорбента, имеющий статическую высоту, равную по крайней мере примерно 100 мм, предпочтительно примерно 200-500 мм, и объем, равный примерно 50-500 л в расчете на м³ топочного газа, протекающего через слой каждую секунду. Слой суспензии абсорбента течет по перфорированной пластине (3) при скорости потока, равной примерно 5-100 л/с, предпочтительно примерно 10-30 л/с, в расчете на статический объем, через который протекает 1 м³ содержащего двуокись серы газа в секунду. Устройство состоит из входного (1) и выпускного (2) отверстия для топочного газа, перфорированной пластины (3), резервуара (5) для суспензии абсорбента, по крайней мере одной входной трубы (6), установленной между резервуаром (5) и перфорированной пластиной (3), средств (8, 10, 11, 12) для подачи суспензии абсорбента, по крайней мере одной выпускной трубы (7) для рециклирования суспензии абсорбента с перфорированной пластины (3) в резервуар (5) и средств (9, 12, 13, 14, 16) для подачи воздуха, абсорбента и воды, а также для удаления гипса. Изобретение обеспечивает высокую степень абсорбции, эффективное использование абсорбента и низкое энергопотребление. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула