CZ279833B6

CZ279833B6 - Způsob čištění plynů a zařízení k realizaci způsobu

Info

Publication number: CZ279833B6
Authority: CZ
Inventors: Pavel Kabourek
Original assignee: Invest United S.R.O.
Priority date: 1990-05-23
Filing date: 1990-05-23
Publication date: 1995-07-12
Also published as: SK4392A3; CZ4392A3

Abstract

Způsob čištění plynů, především spalin a vzduchu od oxidů síry, dusíku, oxidu uhelnatého a oz'onu, při kterém se čištěný plyn ohřeje nebo ochladí na teplotu 90 - 110 .degree. C a uvede se do kontaktu s náplní reaktoru připravitelnou zahřátím močoviny až na 150 .degree. C a jejím následným ochlazením a ztuhnutím. Zařízení k realizaci tohoto způsobu, sestávající ze vstupního a výstupního potrubí a reaktoru (1), který je tvořen dvojicí proti sobě uspořádaných chránů (33), které jsou propojeny svorníky (34) s maticemi (35), přičemž svorníky (34) nesou distanční rozpěrky (32), mezi nimiž jsou uspořádány jednotlivé desky (31) náplně reaktoru. ŕ

Description

Vynález se týká způsobu čištění plynů, především spalin a vzduchu od oxidů síry, dusíku, oxidu uhelnatého a ozónu a zařízeni k provádění tohoto způsobu.

Dosavadní stav techniky

Doposud známé a nej častěji používané způsoby odstraňováni oxidu siřičitého jsou založeny na reakci oxidu siřičitého s vápencem nebo vápnem, za vzniku siřičitanu a síranu vápenatého. Tuto metodu lze provádět jako aditivní postup tak, že se do kotle dávkuje látka, schopná vázat oxid siřičitý. Obvykle to bývá jemně mletý vápenec, hydroxid nebo oxid vápenatý, případné dolomit. Při použití vápence proběhne v kotli za vysoké teploty kalcinace vápence a vzniklý oxid vápenatý váže oxid siřičitý. Vzniklý síran, siřičitan, nezreagovaný sorbent a popílek se odloučí a likviduje se jako odpad. Hlavni nevýhodou tohoto procesu je nízká účinnost, která v provozních podmínkách dosahuje 20 až 40% odstranění oxidu siřičitého. Výhodnější je vázání síry při spalování tuhého paliva ve formě prášku nebo kapalného paliva ve fluidním loži. Odsiřování spalin vázáním síry ve fluidní vrstvě má závažnou nevýhodu, která spočívá v tom, že výkonnost topeniště je málo regulovatelná.

Rozšířenější je odstraňování oxidu siřičitého přímo ze spalin za použití vápence. Reakce probíhá v absorbérů, v němž postupují spaliny protiproudně proti suspenzi vápence nebo vápna. Proces klade značné nároky na volbu vhodného absorbérů. Produktem je směs siřičitanu a síranu vápenatého, nezreagovaného vápence nebo vápna a popílku, která se likviduje na skládky. Moderní způsoby odsíření tento produkt zpracovávají pro stavební účely.

Jiné metody čištění spalin od oxidů síry jsou založeny na použití čpavku. Základní princip je založen na vázání oxidu siřičitého amoniakem za tvorby siřičitanu a hydrogensiřičitanu amonného. Jednotlivé varianty se od sebe liší způsobem zpracování absorpčního roztoku. Konečnými produkty těchto metody je oxid siřičitý, respektive kyselina sírová a síran amonný. Jestliže se provádí tlakový rozklad absorpčního roztoku, je konečným produktem síran amonný a síra.

Dalším používaným způsobem čištění spalin je magnezitová metoda, jejímž základem je absorpce oxidu siřičitého suspenzí oxidu hořečnatého ve vodě. Produktem je plyn s vysokým obsahem oxidu siřičitého, což umožňuje využít tento plyn přímo pro výrobu kyseliny sírové.

Další způsoby odstraňování oxidů síry z plynů jsou založeny na katalytické oxidaci oxidu siřičitého na oxid sírový. Nejčastěji v prvním stupni procesu proběhne konverze oxidu siřičitého na oxid sírový. Konverze probíhá při zvýšené teplotě na katalyzátoru. Jedná se o suchý způsob, který je zvaný Cat-ox. Tato metoda byla navržena jak pro nové budované kotle, kde se může jednoduchým způsobem dosáhnout přímo teploty spalin, potřebné pro

-1C2 279833 B6 katalytickou konverzi, tak pro stávající elektrárny, kde se spaliny na potřebnou teplotu dodatečné přehřívají.

Uvedené metody slouží pro odstraňování oxidu siřičitého. Odstraňování oxidu dusíku tyto metody neumožňují. Oxidy dusíku se z odpadních plynů a spalin odstraňují jednak chemickými reakcemi, např. s vodním roztokem močoviny, nebo absorpcí nitrózních plynů vodou. Tyto metody se však hodí pouze pro zachycování oxidu dusíku z výrobny kyseliny dusičné.

Z EP 287 224 je známý způsob snižování obsahu oxidů dusíku a oxidů síry ve spalinách, podle kterého se spaliny převádí do reakční zóny, ve které se uvádí do styku s redukčním činidlem, které obsahuje alespoň jednu funkční skupinu, vybranou ze skupin, obsahujících -NH a -CN skupinu. V reakční zóně je snížený obsah kyslíku a teplota . se udržuje v rozsahu přibližně 150 ’C až 1 650 C.

Odstranění oxidů dusíku ze spalin nebo odpadních plynů lze též provádět katalytickou redukcí na vhodném katalyzátoru. Jako redukční činidlo však slouží vodík nebo uhlovodíky. Celý proces je složitý a provozně i investičně náročný.

Pro katalytickou redukci nitrózních plynů se dobře hodí také amoniak. Amoniak reaguje s odstraňovanými oxidy dusíku selektivně, nereaguje s přítomným kyslíkem. Tuto metodu lze kombinovat s některými způsoby odstraňování oxidů síry. Tyto kombinované metody, které současně odstraňují oxidy síry a dusíku, jsou vesměs velmi náročné především na investiční náklady. Jejich použití je vhodné zejména pro velké zdroje spalin odpadních plynů s vysokým obsahem oxidů síry a dusíku. Většina těchto zařízení produkuje odpadní látky, se kterými jsou problémy s jejich likvidací . Odstraňování oxidů síry a dusíku známými postupy u malých lokálních spalin a odpadních plynů je neekonomické.

Rovněž tak doposud známé postupy, používané pro současné odstraňování oxidů síry a dusíku ze spalin, nebo odpadních plynu, aplikované pro čištění vzduchu, používané k větrání nebo ke klimatizaci exponovaných prostor ve zdravotnictví, sportu, y potravinářství apod., by byly vysoce neekonomické.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje způsob čištění plynů, především spalin a vzduchu od oxidů síry, dusíku, oxidu uhelnatého a ozonu, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že čištěný plyn se ohřeje nebo ochladí na teplotu 90-110 C a uvede do kontaktu s náplni reaktoru, připravenou zahřátim močoviny až na 150 ’C a jejím následným ochlazením a ztuhnutím.

Je výhodné, když se spaliny před stykem s náplní reaktoru ochlazuji na teplotu reakce vzduchem, vedeným ke spalování, nebo když se čištěný plyn před stykem s náplní reaktoru předehřívá vyčištěným plynem.

Zařízení k realizaci uvedeného způsobu sestává ze vstupního a výstupního potrubí a reaktoru podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že reaktor sestává z dvojice proti sobě uspořáda-2CZ 279833 B6 ných rámů, které jsou propojeny svorníky s maticemi, přičemž svorníky nesou distanční rozpěrky, mezi nimiž jsou uspořádaný jednotlivé desky náplně reaktoru.

Pro ochlazeni spalin před vstupem do reaktoru je výhodné, když je ve vstupním potrubí reaktoru zařazen výměník, přes který je vedeno potrubí přídavného vzduchu pro spalováni, které je zaústěno do kotle. Výstup spalin z kotle je připojen na reaktor přes výměník.

Naopak pro ohřev čištěného plynu je výhodné, když je do vstupního potrubí reaktoru zařazen výměník tepla a ohřívač a výstupní potrubí reaktoru je propojeno s výstupním potrubím vyčištěného plynu ze zařízení přes výměník tepla.

Případně může . být ve vstupním potrubí reaktoru zařazen předehřívač a ohřívač. Ve výstupním potrubí reaktoru je zařazen chladič, jehož výstup teplonosného média je spojen se vstupem do předehřívače a výstup z předehřivače je spojen se vstupem do chladiče přes cirkulační čerpadlo.

Přehled obrázků na výkresu

Vynález bude blíže osvětlen pomocí výkresů na kterých jednotlivé obr. znázorňuji:

obr. 1 - první příklad provedeni podle vynálezu pro čištění spalin obr. 2 - druhý příklad provedení zařízeni podle vynálezu pro čištění vzduchu obr. 3 - třetí příklad provedeni zařízení podle vynálezu pro čištěni vzduchu obr. 4 - uspořádání reaktoru zařízení podle vynálezu.

Příklady provedeni vynálezu

Příklad 1

Zařízení pro čištěni spalin, které je zobrazeno na obr. 1, -se skládá především z plynového kotle 6, výměníku 2_, ventilátoru 7 a reaktoru 1. Ve vstupním potrubí reaktoru 1 je zařazen výměník 2, přes který je vedeno potrubí 5 přídavného vzduchu pro spalováni, které je zaústěno do kotle 6, přičemž výstup £ spalin z kotle 6 je připojen na reaktor 1. přes výměník 2. V plynovém kotli 6 se spaluje svítiplyn, který obsahuje sloučeniny síry. Do kotle se přivádí potrubím 8 svítiplynu. Atmosférický vzduch, potřebný pro spalováni, se do kotle 6 dopravuje ventilátorem 2- Produkovaným teplem se v kotli 6 ohřívá topná voda, přiváděná potrubím 9 vody. Spaliny, vystupující z kotle 6, mají teplotu 200 °C a obsahují ΝΟ_χ, SO_X, CO a ozon. Před vstupem do reaktoru 1 se spaliny ochlazuji ve výměníku 2, na teplotu 90-110 °C přídavným atmosférickým vzduchem, dopravovaným do kotle 6. ventilátorem 2· Tento vzduch se přitom ohřívá, což je pro celkovou tepelnou bilanci výhodné. Příkladné provedení vlastního reaktoru 1 je znázorněno na obr. 4. Náplň reaktoru 1 je připravena zahřátím močoviny až na teplotu 150 C a jejím následným ochlazením a ztuhnutím. Výsledkem jsou dostatečné pevná a relativně málo křehká tělesa ve tvaru desek

-3CZ 279833 B6

31, které jsou uspořádány do svazku. Mezi jednotlivými deskami 31 jsou vloženy distanční rozpěrky 32 ve tvaru U. Desky 31 jsou staženy pomocí svorníků 34 a matic 35 do rámu 33. Vytvořený svazek desek rovnoměrně rozděluje proud čištěného plynu v celém průřezu reaktoru 1. Při styku spalin s náplní reaktoru 1 dochází k výraznému snížení obsahu S0_x, Ν0_χ, CO a ozonu ve spalinách. Popsaný způsob jednak snižuje koncentrace nečistot ve spalinách a současně spotřebu topného plynu v kotli 6 o 5 až 7 %.

Příklad 2

Způsob čištění atmosférického vzduchu, používaného pro klimatizaci, lze realizovat v zařízení podle obr. 2, které má ve vstupním potrubí potrubí reaktoru 1 zařazen předehřívač 12 a ohřívač 15. Ve výstupním potrubí reaktoru 1 je zařazen chladič 13, jehož výstup 18 teplonosného média je spojen se vstupem 17 do předehřívače 12. Výstup 19 z předehřívače 12 je spojen se vstupem 16 do chladiče 13 přes cirkulační čerpadlo 14. Jedná se o zařízení s kapacitou 20 000 m³/h vzduchu. Čištěný vzduch obsahuje SO_X, ΝΟ_χ, CO a ozon. Atmosférický vzduch o mírném přetlaku 2 kPa o teplotě 0 °C se nejdříve předehřeje na teplotu 56 °C v předehřívači 12 teplonosným médiem, které se ohřívá v chladiči 13 vyčištěného plynu. Teplonosné médium cirkuluje mezi chladičem 13. a předehřívačem 12. Cirkulaci zajišťuje oběhové čerpadlo 14.

V chladiči 13 se teplonosné médium ohřívá vyčištěným vzduchem a v předehřívači 12 teplonosné médium předává teplo proudu vzduchu ve vedení 11 atmosférického vzduchu. Za předehřívačem 12. se atmosférický vzduch dohřívá v ohřívači 15 vodní párou na 110 C a vzduch vstupuje do reaktoru 1, kde dochází ke kontaktu s jeho náplní a následkem toho k výraznému snížení SO_X, Ν0_χv čištěném vzduchu. Vyčištěný vzduch, vystupující z reaktoru 1, se chladí v chladiči 13 na teplotu 46 “C a přitom ohřívá teplonosné médium.

Z následující tabulky je zřejmý dosahovaný stupeň vzduchu.

V tabulce je uvedena koncentrace nečistot před reaktorem 1 a za ním.

Složka	Koncentr.	Vzduch před čištěním	Vzduch po čištění	Stupeň vyčištění %
^sox	ug/m³	57	7,06	87,6 %
ΝΟ_χ	ug/m	58	9,24	84 %

Příklad 3

Jiné provedení zařízení pro čištění vzduchu je znázorněno na obr. 2· Do vstupního potrubí reaktoru 1 je zařazen výměník 22 tepla a ohřívač 15 a výstupní potrubí reaktoru 1 je propojeno s výstupním potrubím 24 vyčištěného plynu ze zařízení přes výměník 22 tepla. Proud 23 vzduchu o mírném přetlaku 1 kPa vstupuje

-4CZ 279833 B6 přes výměník 22 tepla a ohřívač 15 do reaktoru 1. Ve výměníku 22 tepla se atmosférický vzduch předehřeje na 70 ’C již vyčištěným vzduchem a v ohřívači 15 se dohřeje vodní párou, nebo jiným zdrojem tepla na teplotu 100 až 110 ”C a následně vstupuje do reaktoru 1, kde při styku s náplni reaktoru dochází ke snížení obsahu 5Ο_χ, Ν0_χ a CO a ozonu v čištěném vzduchu. Proud 24 vyčištěného vzduchu z reaktoru 1. se následně ochladí 22 tepla a přitom předehřívá proud 23 atmosférického vzduchu čištění.

Průmyslová využitelnost

Způsob čištění plynů, především spalin a vzduchu a zařízení k provádění tohoto způsobu je vhodné zejména pro lokální zdroje tepla, pro klimatizační a větrací zařízení v nemocnicích, školách, jeslích, .ve sportovních halách atp., především však v těch oblastech, kde dochází k častým inverzím a ke zvyšování koncentraci S0_x, Ν0_χ a ozonu nad dovolenou mez.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

1. Způsob čištění plynů, především spalin a vzduchu od oxidů síry, dusíku, oxidu uhelnatého a ozonu, vyznačuj ící se tím, že čištěný plyn se ohřeje nebo ochladí na teplotu 90 až 110 °c a uvede se do kontaktu s náplní reaktoru, připravenou zahřátím močoviny až na 150 °C a jejím následným ochlazením.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že spaliny se před stykem s náplní reaktoru ochlazují na teplotu reakce vzduchem, vedeným ke spalováni.

3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že čištěný plyn se před stykem s náplní reaktoru předehřívá vyčištěným plynem.

4. Zařízení k realizaci způsobu podle nároku 1,2 nebo 3, sestávající ze vstupního a výstupního potrubí a reaktoru, vyznačující se tím, -že reaktor (1) sestává z dvojice proti sobě uspořádaných rámů (33), které jsou propojeny svorníky (34) s maticemi (35), přičemž svorníky (34) nesou distanční rozpěrky (32), mezi nimiž jsou uspořádány jednotlivé desky (31) náplně reaktoru (1).

5. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že ve vstupním potrubí reaktoru (1) je zařazen výměník (2) a ohřívač (15) přídavného vzduchu pro spalování, které je zaústěno do kotle (6), přičemž výstup (4) spalin z kotle (6) je připojen na reaktor (1) přes výměník (2).

6. Zařízeni podle nároku 4, vyznačující se tím, že do vstupního potrubí reaktoru (1) je zařazen výměník (22) tepla a ohřívač (15) a výstupní potrubí reaktoru je propojeno

-5CZ 279833 B6 s výstupním potrubím (24) vyčištěného plynu ze zařízení přes výměník (22) tepla.

7. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že ve vstupním potrubí reaktoru (1) je zařazen předehřívač (12) a ohřívač (15), přičemž ve výstupním potrubí reaktoru (1) je zařazen chladič (13), jehož výstup (18) teplonosného média je spojen se vstupem (17) do předehřívače (12) a výstup (19) z předehřívače (12) je spojen se vstupem (16) do chladiče (13) přes cirkulační čerpadlo (14).