CZ380196A3

CZ380196A3 - Process of removing sulfur dioxide from a gas and apparatus for making the same

Info

Publication number: CZ380196A3
Application number: CZ963801A
Authority: CZ
Inventors: Kjell Nolin; Lars-Erik Johansson; Mati Maripuu; Sune Bengtsson; Leif Lindberg
Original assignee: Abb Flaekt Ind Ab
Priority date: 1994-06-23
Filing date: 1995-04-13
Publication date: 1997-05-14
Also published as: MX9606485A; ZA953782B; TW375591B; CN1156971A; EP0766591A1; WO1996000122A1; JP4251408B2; CA2192099A1; FI965124A0; SE9402218L; HU9603508D0; RU2135268C1; PL317646A1; HU216019B; US5759505A; AU2632695A; FI965124A; HUT76125A; BR9508068A; SE9402218D0

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu odstraňoVáiTh* oxťďtt- s+frě46ka-~z^ plynu, jakým je například odplyn, pomocí vodné suspenze absorbčního činidla, kterým je vápno nebo vápenec, a zařízení určeného k provádění tohoto způsobu.

Známy stav techniky

Plynný oxid siřičitý se tvoří v důsledku oxidace materiálů obsahující síru, jakými jsou například odpadky, uhlí, oleje, zemní plyn a rašelina. Přesto, že se tento vynález zaměřuje zejména na odstraňování oxidu siřičitého z odplynů generovaných oxidací (spalováním) takových materiálů, například ze spalin vznikajících v elektrárnách spalujících topné oleje, neznamená to, že by se omezoval pouze na ně, ale vztahuje se na čištění plynů obsahujících oxid siřičitý obecně. Toto čištění je známé a zpravidla je založeno na absorbováni oxidu siřičitého vodnou promývací tekutinou. V současnosti se čištění odplynů obsahujících oxid uhličitý provádí obecně pomocí tří typů systémů, jmenovitě systémů na bázi vápníku, systémů na bázi sodíku a nepřímých systémů na bází vápníku. Systémy na bází vápníku používají jako alkálii vápenec (CaCO₃) nebo vápno (CaO, Ca(OH)2), přičemž systémy na bázi sodíku používají jako bázi hydroxid sodný (NaOH) nebo sodu (Na₂CO₃). V nepřímých systémech na bázi vápníku se pro primární absorpci oxidu siřičitého v pračce plynů použije snadno rozpustná alkálie, jakou je například NaOH. Promývací tekutina obsahující absorbovaný oxid siřičitý se regeneruje vně pračky pomocí hůře rozpustné alkálie, jakou je například vápno.

Předložený vynález se týká systému na bázi vápníku, ve kterém se jako alkálie použije vápník nebo vápno.

Známé systémy tohoto typu na bázi vápníku zahrnují promývací věž, ve většině případů sprchovací věž, do které se spaliny zavádí a věží proudí v opačném směru než vstřikovaná suspenze jemně dispergovaného vápence nebo vápna představujícího absorbent. Pokud přijdou tyto jemně dispergované částice absorpční suspenze do styku s oxidem uhličitým, je oxid uhličitý absorbován a po oxidaci vytvoří spolu s absorbentem sádru (CaSO₄-2H₂O). Odplyn takto zbavený oxidu siřičitého potom opustí sprchovací věž. Aby se dosáhlo požadovaného stupně oxidace a vytvořeni sádry, vstřikuje se plyn obsahující kyslík, jakým je například vzduch, do absorpční suspenze zpravidla v zásobníku používaném jako skladovací prostředek pro recyklování absorpční suspenze. Je pravidlem, že se průchodem sprchovací věží absorbují vysokoobjemové proudy absorpční suspenze a že tedy skladovací zásobník obsahuje velký objem této absorpční suspenze. Jako příklad lze zmínit suspenzní objemy v zařízeních určených pro čištěni odplynů v elektrárnách, kde tento objem může představovat 1000 až 6000 m³. U tak velkých objemů je nezbytné účinně použit přiváděný plyn obsahující kyslík, přičemž je známo, že rozpustnost kyslíku roste s rostoucí hloubkou , ve které je vstřikován. Navíc pro značné objemy absorpční suspenze je rovněž důležité, aby měla absorpční suspenze dostatek c času na rozpuštění. Dlouhá doba je rovněž potřebná, pokud mají vysrážené krystaly sádry růst a usnadnit tak filtrování. Doba, po kterou je udržována recyklovaná suspenze je zpravidla 6 až 12 minut, zatímco doba, po kterou je udržována vytvořená sádra je zpravidla 20 až 30 minut. Dále je třeba zdůraznit, že promývací věže výše zmíněného typu mají velké konstrukce, přičemž výškový rozdíl mezi skladovacím zásobníkem pro skladováni absorpční suspenze a sprchovacími tryskami je přibližně 20 až 40 metrů. Rovněž tlak ve sprchovacích tryskách odpovídá přibližně 10 metrovému sloupci kapaliny. To však znamená, že pro vytlačení absorpční suspenze k tryskám pro zavádění suspenze v opačném směru vzhledem k odplynu je zapotřebí značného množství energie.

Jako relevantní spisy týkající se způsobu odstraňování oxidu siřičitého z provozních plynů, které jsou založeny na protisměrném kontaktování plynu a absorpční suspenze a ve kterých je absorpční suspenze čerpána do značné výšky, což vyžaduje značnou energetickou spotřebu, lze označit například patentové dokumenty EP 0 162 536 a DE 34 01 109.

Kromě již popsaného typu sprchových věží, známý stav zahrnuje použití náplňových sprchových věží a věží s patry, jakými jsou síťové kolony, pro odstraňování oxidu siřičitého z odplynů. Takže například US patenty 5,263,021 a 5,246,471 popisují věže opatřené síťovými patry. Nicméně tyto patentové dokumenty popisují techniky, podle kterých se tekutina musí rovněž čerpat do značné výšky a jsou tedy rovněž energeticky náročné. Absorpční suspenze následně proudí otvory v síťových patrech a dopravuje se takto na dno uvedené věže.

Další případ popisuje patent GB 357, 599, který se týká způsobu zpracování kapalin a plynů a zařízení určeného k provádění tohoto způsobu. Avšak tento dokument nepopisuje odstraňování oxidu siřičitého z planu, jakým je odplyn, pomocí vodné suspenze absorbentu, kterým je vápno nebo vápenec.

Kromě již zmíněných energetické náročnosti známých protiproudých technologií je jejich dalším nedostatkem mohutná konstrukce a obrovské objemy absorpční suspenze. Takže by bylo výhodné poskytnout energeticky úsporný způsob umožňující vysoký stupeň absorpce oxidu siřičitého, účinné použití absorbentu a nízkou koncentraci siřičitanového a hydrogensiřičitanového iontu v absorpční suspenzi (tj. nízké riziko nežádoucího vysrážení siřičitanu vápenatého), a vyžadující v porovnání s dosavadními způsoby malý objem absorpční suspenze, a zařízeni, které by při kompaktní konstrukci umožňovalo provádět tento způsob.

Podstata vynálezu

Vynález dosahuje těchto cílů tim, že poskytuje způsob, který kombinuje celou řadu podstatných měřeni a lze ho provádět za pomoci speciálního dobře definovaného zařízení, které bude dále popsáno podrobněji, v souladu s vynálezem se plyn, který se má čistit v absorpční suspenzi je jemně dispergovány specifičtějším způsobem a plyn a absorpční suspenze jsou přiváděny proudy, které jsou na sebe kolmé. Protože absorpční suspenze nemusí při vynášena ze skladovacího zásobníku do zóny, ve které přichází do styku s čištěným plynem, překonávat vůbec žádný výškový rozdíl, nebo pouze malý, je pro dopravováni suspenze zapotřebí pouze minimálního množství energie.

Další znaky vynálezu jsou citovány v přiložených patentových nárocích.

Vynález tedy poskytuje způsob odstraňování oxidu siřičitého z plynu, jakým je například odplyn, pomocí vodné suspenze absorbentu, kterým může být vápno nebo vápník, který je charakteristický tím, že se plyn obsahující oxid siřičitý vede směrem nahoru skrze patra opatřená otvory, na kterých se nachází proudící vrstva absorpční suspenze, která má statickou výšku přibližně alespoň 100 mm a průměrný objem přibližně 50 až 500 I, vypočteno na m³ plynu obsahujícího oxid siřičitý, který proudí skrze vrstvu každou sekundu, přičemž vrstva absorpční suspenze proudí podél perforované desky tvoříc! patro rychlostí přibližně 5 až 100 l/s, vypočteno na průměrný objem, kterým proudí 1 m³plynu obsahujícího oxid siřičitý za minutu.

Vynález dále poskytuje zařízeni pro odstraňování oxidu křemičitého z plynu, jakým je například odplyn, pomocí vodné suspenze absorbentu zvoleného z vápna a vápníku, jehož podstata spočívá v tom, že zahrnuje

a) vstup pro plyn obsahující oxid siřičitý a výstup pro plyn zbavený oxidu siřičitého,

b) perforovanou desku uspořádanou mezi zmíněným vstupem a výstupem, která umožňuje průchod plynu obsahujícímu oxid siřičitý ze spoda nahoru a která na sobě nese proudící vrstvu absorpční suspenze mající statickou výšku přibližně alespoň 100 mm a průměrný objem přibližně 50 až 500 I, vypočteno na m³plynu obsahujícího oxid siřičitý, který proudí skrze vrstvu každou sekundu,

c) zásobník pro absorpční suspenzí,

d) alespoň jedno přívodní potrubí spojující uvedený zásobník s horní stranou zmíněné perforované desky,

e) prostředek pro přivádění absorpční suspenze ze zásobníku, skrze zmíněné přívodní potrubí k horní straně uvedené perforované desky a podél této desky rychlostí přibližně 5 až 100 l/s, vypočteno pro statický objem, kterým proudí 1 m³plynu obsahujícího oxid siřičitý za minutu,

f) alespoň jedno výstupní potrubí spojující horní stranu perforované desky a zásobník, které recykluje absorpční suspenze zpět do zásobníku,

g) prostředek pro přivádění plynu obsahujícího oxid siřičitý,

h) prostředek pro přivádění absorbentu,

i) prostředek pro přivádění vody, a

j) prostředek pro odebírání sádry.

U způsobu podle vynálezu je výhodné, pokud je statická (neexpandovaná) výška vrstvy absorpční suspenze přibližně 200 až 500 mm, a pokud vrstva absorpční suspenze proudí podél perforované desky rychlostí přibližně 10 až 50 l/s. Dále je výhodné, pokud absorpční suspenze obsahuje přibližně 5 až 20 hm.%, výhodněji přibližně 10 až 15 hm.% sádrových krystalů.

U zařízení podle vynálezu je výhodné, pokud prostředek e) představuje vrtulové čerpadlo uspořádané ve spodní části každého výstupního potrubí. Kromě toho je výhodné, pokud prostředek g) obsahuje trysku přizpůsobenou pro přivádění plynu obsahujícího kyslík, která je umístěna za vrtulovým čerpadlem, myšleno ve směru proudění, v každém výstupním potrubí. Zvláště výhodné je, pokud má zařízení v podstatě kruhový průřez a je opatřeno středově uspořádaným nahoru směřujícím přívodním potrubím kruhového průřezu. V tomto kontextu je výhodné, pokud je jedno výstupní potrubí nebo několik výstupních potrubí uspořádáno na okraji zařízení tak, že spojují horní stranu perforované desky se zmíněným zásobníkem. Dále je výhodné, pokud má perforovaná deska průchozí volnou plochu představující přibližně 1 až 20 %, výhodněji přibližně 1 až 10% a nejvýhodněji přibližně 3 až 5%. Rovněž je výhodné, pokud má perforovaná deska otvory, jejichž hrany jsou na spodní straně oblé, přičemž jejich poloměr zakřivení je přibližně 5 až 50 mm.

Tyto a další odlišující znaky vynálezu budou zřejmější po prostudování následujícího podrobného popisu.

Odlišnost vynálezu spočívá zejména v tom, že se plyn obsahující oxid siřičitý vede směrem nahoru skrze perforovanou desku, na které se nachází vrstva absorpční suspenze, která plynule přivádí absorpční suspenzi v podstatě prostou siřičitanu v dostatečném množství do reakce se síranem za vzniku sádry (CaSO₄ ^-2H₂O). vrstva absorpční suspenze proudí příčně přes perforovanou desku takovou rychlostí, která umožní odvádět již vyčerpanou absorpční suspenzi přivádět dostatečné množství čerstvé absorpční suspenze pro absorpci oxidu siřičitého ze směrem nahoru proudícího plynu obsahujícího oxid siřičitý.

Koncentrace siřičitanových iontů v absorpční suspenzi se redukuje oxidací absorbovaného oxidu siřičitého, při které dochází k redukci stupně nasycení siřičítanem a která snižuje riziko spojené s jeho ukládáním, dalším příznivým jevem, který zajišťuje redukci koncentrace siřičitanového iontu, je snížení rovnovážného tlaku páry pro oxid siřičitý nad suspenzí, které umožní vyšší stupeň separace oxidu siřičitého. Sníženi koncentrace siřičitanového iontu rovněž podporuje rozpustnost absorbentu (vápna). Vzhledem k tomu, že by se měl zoxidovat veškerý absorbovaný oxid siřičitý, měl by se kyslík přivádět v takovém množství, aby se molární poměr kyslíku ku absorbčnf suspenzi rovnal přibližně alespoň 0,5:1 a výhodně se pohyboval v rozmezí od 0,5:1 do 25:1.

Podobně by se měla mft absorpční suspenze takový obsah absorbentu na bázi vápníku (vápna nebo vápence), které by umožnilo vysráženl všechen síranu v absorpční suspenzi ve formě sádry. Za předpokladu, že se veškerý absorbovaný oxid siřičitý převede na síran, by mělo být množství absorbentu na bázi vápníku alespoň ekvimolární, a výhodně o něco vyšší než ekvimolární množství. Běžně se molární poměr absorbentu na bázi vápníku ku oxidu siřičitém pohybuje přibližně v rozmezí od 1:1 do 1:1,10, a výhodně se ve většině případů rovná přibližně 1:0,05. Aby se zlepšila rozpustnost absorbentu na bázi vápníku, přivádí se výhodně ve formě jemně dispergovaného prášku, výhodně o velikosti částic přibližně 20 až 100 μηι, přičemž přibližně alespoň 96% částic je menších než přibližně 44 μιυ, Prášek na bázi vápníku se výhodně přivádí do procesu ve formě vodní suspenze, která má koncentraci přibližně 20 až 35 hm.%. Nicméně prášek lze rovněž přivádět v suchém stavu vstřikováním pod perforovanou desku nebo do lože.

Proudění plynu obsahujícího oxid siřičitý vedené směrem nahoru skrze perforovanou desku a vrstvu absorpční suspenze by mělo být takové, aby vytvářelo dobrý kontakt mezi suspenzi a zmíněným plynem. Pro dosažení dobrého kontaktu je důležité prodloužit kontaktní dobu a zvětšit kontaktní povrch. Kontaktní doba se prodlouží snížením rychlosti proudění plynu zvýšením výšky suspenzní vrstvy. Rychlost plynu je ovlivněna průtokovou plochou perforované desky, tj. velikostí a počtem otvorů provedených v této desce. Rychlost plynu se sníží se zvětšením průtokové plochy. Podle vynálezu je perforovaná deska opatřena třemi otvory výhodně tvořícími přibližně 1 až 20% plochy, výhodněji přibližně 1 až 10% a nejvýhodněji přibližně 3 až 5%. Pro dosažení dobrého kontaktu mezi suspenzí a plynem by mělo být rovněž žádoucí, aby docházelo v proudu plynu při průchodu absorpční vrstvou k turbulenci.

I když nízká rychlost plynu prodlužuje dobu, po kterou jsou suspenzní vrstva a plyn v kontaktu, a snižuje pokles tlaku na perforované desce, nesmí být zase příliš nízká, protože při poklesu rychlosti proudění plynu pod určitou hranici by začalo docházet k protékání absorpční suspenze perforovanou deskou, tj. suspenze by začala téci otvory směrem dolů. Podle vynálezu by proudění plynu proudícího skrze vrstvu absorpční suspenze mělo být takové, aby jeho spodní hranice měla za následek vytvoření tlakového poklesu na perforované desce a vytvoření vrstvy, která by měla poněkud vyšší výšku než statická (neexpandovaná) vrstva. Vynález ponechává určité minimální protékání, takže rychlost plynu proudícího skrze perforovanou desku představuje při své nejnižší hodnotě, kdy umožňuje určité minimální protékání, přibližně 2/3 rychlosti, při které protékání přestane. Horní hodnota rychlostí proudění není přesně vymezena, ale pokud se proudění plynu příliš zrychlí, bude absorpční suspenze unášena proudem plynu. Pokud se rychlost proudění plynu nastaví tak, aby ležela mezí zmíněnou horní a dolní mezní hodnotou, bude suspenzní vrstva přidržována na perforované desce a současně se zajistí i dobrý kontakt mezi suspenzí a plynem. Rychlost proudění plynu se zpravidla pohybuje přibližné v rozmezí od 20 do 60 m/s, výhodně přibližně od 35 do 50 m/s, měřeno jako rychlost plynu proudícího otvorem desky.

Kontakt mezi plynem obsahujícím oxid siřičitý a absorpční suspenzí je rovněž ovlivněna statickou (neexpandovanou) výškou vrstvy absorpční suspenze, takže, čím vyšší je výška vrstvy, tím lepší je kontakt, tj. doba, kdy je suspenze a plyn ve styku je delší. Podle vynálezu je minimální výška vrstvy přibližně alespoň 100 mm. Vrstva s nižší výškou je příliš tenká na to, aby umožnila dostatečný kontakt mezi suspenzí a plynem a tedy i pro vysoký stupeň separace SO₂. Horní mezní hodnota pro výšku vrstvy absorpční suspenze není přesně vymezena, ale v rámci vynálezu se zjistilo, že výšky vyšší než 500 mm nepřinášejí co se týče oddělování oxidu siřičitého žádné další výhody ale naopak jsou spojeny se značnými energetickými ztrátami. V rámci vynálezu se zjistilo, že pro dosažení optimálních výsledků by statická výška vrstvy absorpční suspenze měla činit výhodně přibližně alespoň 200 mm. V běžných případech je výhodné, pokud se statická výška absorpční suspenze pohybuje přibližně v rozmezí od 200 do 500 mm.

Jak jíž bylo zmíněno, statický objem (neexpandovaný) absorpční suspenze na perforované desce, kterou proudí 1 m³ plynu obsahujícího oxid siřičitý za sekundu je charakteristickým parametrem vynálezu. Statický objem c je ovlivněn statickou výškou a povrchem suspenzní vrstvy. Takže, čím menší je objem, tím účinnější je metoda. Statický objem podle vynálezu je, jak již bylo uvedeno, přibližně 50 až 500 I, výhodně přibližně 200 až 300 I. Pokud je objem menší než 50 I, je absorpce oxidu siřičitého nedostatečná, zatímco objem přesahující 500 I již nepřináší žádný vyšší účinek.

Dále se zjistilo, že pro udržení nízké koncentrace HSO₃‘ je žádoucí doplnění o bublinové lože, které zvyšuje rovnovážný tlak SO₂, který má tendenci zhoršovat absorpci SO₂. K tomuto zhoršení dochází v důsledku nedostatečně rychle probíhající oxidace, tj. konverze HSO₃' na síranové a vodíkové ionty, proud suspenze, který musí být přiváděn do bublinového lože a odváděn z něj pryč závisí na obsahu SO₂ ,v plynu, dosažené oxidaci a cílovém stupni čištění ve smyslu odstraňování SO₂.

Proto je pro vynález podstatné, že vrstva absorpční suspenze na perforované desce není statická, ale proudí přes povrch této perforované desky ve směru kolmém na směrem nahoru proudící plyn obsahující oxid siřičitý. Přesněji řečeno, absorpční suspenze podle vynálezu proudí podél perforované desky rychlostí přibližně 5 až 100 l/s, výhodně přibližně 10 až 50 l/s, vypočteno na statický objem absorpční suspenze, skrze kterou proudí 1 m³ plynu obsahujícího oxid siřičitý za sekundu. Tento parametr se označuje jako K/P (kapalina/plyn). Zmíněná suspenze proudí ze vstupu pro čerstvou absorpční suspenzi, tj. absorpční suspenzi, která je zásobována kyslíkem a absorbentem na bázi vápníku, takže je schopna absorbovat oxid siřičitý, na výstup pro vyčerpanou absorpční suspenzi, tj. absorpční suspenze, která absorbovala oxid siřičitý a strávila tedy absorbent na bázi vápníku při převedení absorbovaného oxidu siřičitého na sádru, takže skutečnost, že absorpční suspenze proudí v horizontálním směru přes perforovanou desku podle vynálezu vede k tomu, že plyn obsahující oxid siřičitý je v každém okamžiku ve styku s čerstvou absorpční suspenzí schopnou absorbovat oxid siřičitý obsažený ve zmíněném plynu. Současně samozřejmě dochází ve značné míře k zpětnému směšování v důsledku turbulentních pohybů vrstvy při prouděni zmíněného plynu perforovanou deskou. Míra zpětného směšování závisí na geometrii a zvolených rychlostech proudění v každém specifickém případě.

Pro optimalizaci způsobu podle vynálezu, který zahrnuje rozpuštění absorbentu na bázi vápníku a kyslíku ve formě suspenze, absorpci oxidu hydrogensiřičitanu, oxidaci síran, a vysrážení síranu siřičitého ve formě siřičitanu nebo siřičitanu a hydrogensiřičitanu na ve formě sádry, je vhodné, pokud pH suspenze leží přibližně v rozmezí od 3,0 do 5,5, výhodně přibližně od 3,5 do 5,0. Tato hodnota však nepředstavuje hlavní problémy vynálezu. Pro další zvýšení funkčnosti, separačního stupně SO₂, a snížení rizika nežádoucího vysrážení sádry na površích zařízení, je možné vhodně stabilizovat pH hodnotu pomocí pufru. Pro tyto účely je známá celá řada pufrů, například organické kyseliny, anorganické kyseliny a organické aminy, které může odborník zvolit tak, aby nenavýšil nežádoucí měrou provozní cenu způsobu a zařízení podle vynálezu. Nicméně je možné zmínit několik vhodných pufrů, mezi něž se řadí monokarboxylové kyseliny, například kyselina mravenčí, octová a propionová; poiykarboxylové kyseliny, například kyseliny sukcinová, adipová, ftalová, isoftalová a citrónová; hydroxysubstituované kyseliny, například kyselina glykolová a mléčná; a sulfokarboxylové kyseliny, například kyselina sulfopropínová a sulfosukcinová. Pro dané účely jsou nejpříznivějšími pufry kyselina adipová, kyselina mléčná, kyselina sulfopropionová a kyselina sulfosukcinová. Podle vynálezu je přidaným pufrem výhodně slabá organická kyselina mající pKa ležící v rozmezí od 3 do 5, zejména kyselina adipová. Pufr se přidává v množství potřebném pro stabilizaci pH hodnoty absorpční suspenze na rozhraních stejně tak, jako v hlavní těle vrstvy, přibližně v rozmezí od 3,0 do 5,5. Zpravidla se pufr přidává v množství přibližně od 100 do 5000 ppm, výhodně přibližně od 500 do 2500 ppm.

Výše zmíněné riziko spojené s inkrustací lze minimalizovat různými způsoby. Vysrážení siřičitanů vápenatého se úspěšně zabrání okyselením. Inkrustaci způsobené vysrážením sádry se předejde tak, že se absorpční suspenze obohatí přibližně 5 až 20 hm.%, výhodně přibližně 10 až 15 hm.% a nejvýhodněji přibližně 12 hm.% sádrových krystalů, které mají funkci zárodečných částic. Sádra bude potom krystalizovat na těchto sádrových krystalech a nikoliv na površích zařízení.

Stručný popis obrázků

Způsob a zařízení podle vynálezu bude nyní podrobněji popsáno s odkazem na doprovodné výkresy, na kterých obr. 1 znázorňuje boční řez výhodným provedením zařízení podle vynálezu;

obr. 2 znázorňuje horizontální řez zařízením z obrázku 1, vedený rovinou ll-ll;

obr. 3 znázorňuje boční řez zařízením z obrázku 1, vedený rovinou lll-lll znázorněnou na obrázku 2; a obr. 4 znázorňuje zvětšený částečný boční řez plochou A, znázorněnou na obrázku 3.

Výhodné provedení zařízení podle vynálezu znázorněné na obrázcích 1 až 3 má vstup JL pro plyn obsahující oxid siřičitý, jakým je například odplyn z elektrárny spalující olej, a výstup 2 pro plyn zbavený oxidu siřičitého. Jak je zvláště patrné z obrázku 2, zmíněné zařízení má kruhovou horizontální sekci a zahrnuje perforovanou desku neboli síťovou desku 3, skrze kterou proudí plyn obsahující oxid siřičitý zespoda nahoru, a která je uspořádána mezi vstupem 1 pro plyn a výstupem 2. Jak již bylo uvedeno, perforovaná deska 3 má vhodně průchozí volnou plochu tvořící přibližně 1 až 20%, výhodně 1 až 10% a nejvýhodněji 3 až 5% celkové plochy desky. Pod perforovanou deskou 3 se nachází komora 4 pro přiváděný plyn obsahující oxid siřičitý a pod touto komorou 4 se nachází zásobník 5 pro shromažďování absorpční suspenze, ve středu zásobníku 5 se nachází válcovité přívodní potrubí 6 vybíhající směrem nahoru skrze komoru 4 až k perforované desce 3, takže spojuje zmíněný zásobník 5 s horní stranou perforované vrstvy 3. Válcovité vstupní potrubí 6 má tendenci vést absorpční suspenzi ze zásobníku 5 k perforované desce 3. Zařízení znázorněné na obrázcích 1 až 3 je dále opatřeno množinou obvodově uspořádaných výstupních potrubí 7 spojujících horní stranu perforované desky 3 se zmíněným zásobníkem 5 , jejich úkolem je recyklovat absorpční suspenzi zpět do zásobníku 5. Zařízení má dále prostředek pro vedení absorpční suspenze ze zásobníku 5 nahoru vybíhajícím přívodním potrubím k horní straně perforované desky 3. U současně nejvýhodnějšího provedení vynálezu jsou tímto prostředkem vrtulová čerpadla 8 umístěná ve spodní části každého výstupního potrubí, jak je zřejmé z obrázku 1 a 3. Kromě toho má uvedené zařízení prostředek pro přivádění plynu obsahujícího oxid siřičitý, jakým je například vzduch. U nejvýhodnějšího provedení, tento prostředek zastupují trysky 9 uspořádané za vrtulovými čerpadly 8 v každém výstupním potrubí. Alternativně nebo jako doplněk k vrtulovým čerpadlům 8 a vzduchovým tryskám 9, lze kruhové přívodní potrubí 6 opatřit vrtulí 10 s motorem 11. zatímco do spodní části přívodního potrubí 6 lze uspořádat vzduch vstřikující trysky 12. Pokud je vstřikování vzduchu dostatečně výkonné, lze vrtulová čerpadla 8 vypustit. Případně lze vypustit i vrtuli 10. Pokud ano, potom vzduch vstřikující trysky nejen, že přivádějí plyn obsahující kyslík, ale rovněž díky obrovskému účinku čerpadla cirkulují absorpční suspenzi. Tyto vzduch vstřikující trysky zahrnují 8 a /nebo 12 trysek a mohou být, pokud je to žádoucí, doplněny dalšími vzduch vstřikujícími tryskami (nejsou znázorněny) rozmístěnými po obvodu dna uvedeného zásobníku 5.

U tohoto provedení prostředek výše zmíněný pod písmenem E) pro přivádění absorpční suspenze a prostředek zmíněný pod písmenem g) pro přivádění plynu obsahujícího kyslík tvoří jediný společný prostředek, který nejen, že přivádí plyn obsahující kyslík (vzduch), ale díky mohutnému účinku čerpadla rovněž přivádí absorpční suspenzi. To je možné vzhledem ke kompaktnímu designu zařízení podle vynálezu, ve kterém je zásobník 5 uspořádán pod perforovanou deskou 3 tak blízko desce, že výtlačná výška absorpční suspenze z tohoto zásobníku 5 k perforované desce je maximálně přibližně 5 m, výhodně maximálně 2 metry, zpravidla přibližně 0,5 až 2 m, a nejvýhodněji přibližně 0,2 až 1 m. Dá se předpokládat, že zařízení podle vynálezu, ve kterém se absorpční suspenze cirkuluje pouze mohutným účinkem čerpadla má jednoduší konstrukci a nevyžaduje příliš mnoho energie na vytlačení a cirkulováni absorpční suspenze, V současnosti jsou taková zařízení považována za ekonomicky výhodná.

kromě již zmíněných prostředků pro přivádění absorpční suspenze a plynu obsahujícího kyslík, zahrnuje zařízení podle vynálezu prostředek 13 pro přivádění absorbentu, prostředek 14. pro přivádění vody a případně prostředek 15 pro přiváděné činidla regulujícího pH hodnotu, jak je naznačeno pomocí šipek na obrázku 1. Absorbent se běžně přivádí ve formě vodní suspenze práškového vápence, která obsahuje přibližně 20 až 25 hm. % vápence. Výhodně se voda přiváděná prostředkem 14, recykluje z odvodňování vysrážené sádry, stabilizátor pH hodnoty přiváděný prostředkem 15 , není třeba normálně přivádět při provádění způsobu podle vynálezu, ale jeho určité množství má pufrovacl účinek, který zvyšuje separaci SO₂. Stabilizátorem pH hodnoty může být například kyselina adipová, přiváděná prostředkem 15.

Sádra, která se při použití způsobu podle vynálezu vysráží, se hromadí v zásobníku 5 a je odtahována odtahovým potrubím 16 opatřeným závěrným ventilem 17.

Aby se zabránilo v zásobníku 5 v místě pod komorou 4 vzniku vzduchové bubliny, je tento opatřen jednou nebo několika ventilačními trubicemi 18 pro odvádění plynu obsahujícího kyslík (vzduchu).

Obrázek 4 představuje zvětšený, boční pohled, částečně v řezu, na výhodné provedení perforované desky podle vynálezu, přesněji řez plochou A znázorněnou na obrázku 3. Zjistilo se, že dalších výhodných účinků lze dosáhnout, pokud je perforovaná deska navržena způsobem načrtnutým na obrázku 4. Z obrázku 4 je zřejmé, že perforovaná deska 3 má rovný a hladký horní povrch 20 umožňující a snadné a účinné čištění. Kromě toho jsou spodní části hran 21 jednotlivých otvorů 19 tvořící náběžné hrany pro plyn proudící směrem nahoru iehce zaoblené. Tyto zaoblené části hran 21 mají poloměr zakřivení přibližně 5 až 50 mm, výhodně přibližně 5 až 20 mm, a nejvýhodněji přibližně 10 mm. Zaoblení spodních částí hran 21 otvorů 19 snižuje vstupní ztráty plynu a přispívá k rovnoměrnější distribuci plynu na celé perforované desce 3.

kromě speciálně zaobleného tvaru hran otvoru 19, by perforovaná deska 3 měla mít určitou minimální tloušťku, aby stabilizovala expandovanou vrstvu absorpční suspenze přidržované na této perforované desce 3 a čelila protékání touto deskou. Zjistilo se, že ideální perforovaná deska by měla mít tloušťku přibližně 5 až 50 mm, výhodně přibližně 20 až 50 mm a nejvýhodněji přibližně 20 až 40 mm, například přibližně 30 mm.

Perforovaná deska 3 může být v podstatě vyrobena z libovolného vhodného materiálu, který má dostatečnou rozměrovou stabilitu pro nesení vrstvy absorpční suspenze a dostatečnou tepelnou odolnost, aby odolával teplotám použitým v průběhu provádění způsobu podle vynálezu. Perforovaná vrstva 3 se výhodně vyrábí z umělohmotných materiálů, které se snadno zpracovávají a mají nízkou povrchovou energii, takže působí proti inkrustaci. Výhodným umělohmotným materiálem pro tyto účely je polypropylen.

Perforovanou desku lze rovněž vyrobit z kompozitního materiálu, jakým je například kov potažený superficiální vrstvou umělohmotného materiálu, například polytetrafluoroethylenu.

Zmíněné otvory 19, které jsou na obrázku 2 znázorněné jako čtvercové, mohou mít libovolný vhodný tvar, mohou být například kruhové, čtvercové nebo protáhlé. Nicméně je výhodné, pokud jsou tyto otvory kruhové a mají průměr přibližně 10 až 100 mm, výhodně přibližně 20 až 50 mm.

Zde je třeba zmínit, že přesto, že na obrázcích je perforovaná deska 3 znázorněná v horizontální poloze, nemusí být uspořádána v této přesně horizontální poloze, ale může být lehce nakloněna, výhodně maximálně pod úhlem 30’, vzhledem k horizontální rovině. Perforovaná deska 3 může být tedy například lehce nakloněna směrem k výstupnímu potrubí 7. Takové naklonění rovněž přispívá k cirkulaci absorpční suspenze podél perforované desky.

Vynález bude nyní dále objasněn pomocí ilustrativních příkladů, je však třeba upozornit, že tyto příklady mají pouze ilustrativní charakter a v žádném ohledu neomezují rozsah vynálezu, který je jednoznačně vymezen přiloženými patentovými nároky.

Příklady provedeni vynálezu

Příklad 1

Tento příklad se týká typu zařízení popsaného výše v souvislosti s obrázky 1 až 3. Perforovaná deska, která byla vyrobena z polypropylenu, má tloušťku přibližně 30 mm a volnou průchozí plochu přibližně 3,6%. Otvory této perforované desky měly průměr 22 mm a zaoblené spodní hrany, viz obrázek 4. Jako absorbent se použil vápenec mající takovou velikost částic, že přibližně 96% jeho částí projde sítem majícím šířku oka 44 μηι. Absorbent se přiváděl do zásobníku ve formě 25% vodné suspenze (jedná se o hmotnostní procenta). Absorpční suspenze shromážděná v zásobníku obsahovala přibližně 13 hm.% pevných látek a měla pH přibližně 4,5.

K čištění se použil odplyn z elektrárny spalující topné oleje, ve kterém činila koncentrace oxidu siřičitého 732 ppm a jehož teplota byla 191^eC. Před zavedením do zařízení se odplyn nasytil vlhkostí.

Pomocí vrtulových čerpadel uspořádaných ve výstupních potrubích absorpční suspenze cirkulovala v zařízení ze zásobníku válcovým přívodním potrubím tak, že proudila radiálně směrem ven perforovanou deskou a následně se recyklovala výstupními potrubími dolů do zásobníku. Vzduch se do zařízení vstřikoval pomocí trysek uspořádaných za vrtulovými čerpadly v takovém množství, že molární poměr kyslíku ku oxidu siřičitému byl 25,6:1, zatímco molární poměr CaCO₃ ku SO₂ byl 1,02:1. Pokud byla absorpční suspenze vedena přes perforovanou desku tvořila vrstvu mající statickou výšku 510 mm a statický objem přibližně 730 I. Odplyn obsahující oxid siřičitý se do zařízení přiváděl rychlostí přibližně 2,5 m³/s a byl veden směrem nahoru skrze perforovanou desku rychlostí přibližně 38 m/s. Po průchodu odplynů obsahujícího oxid siřičitý se vrstva absorpční suspenze na perforované desce roztáhne do výšky přibližně 110 mm. rychlost proudění odplynů absorpční suspenzí činila přibližné 290 l/m³, tj. 1 m³ odplynů procházel 290 I absorpční suspenze za sekundu. Kromě toho absorpční suspenze proudila přes perforovanou desku rychlostí 12,1 ,/s (K/P), vypočteno pro statický objem, kterým proudí 1 m³ plynu obsahujícího oxid siřičitý za sekundu. Zjistilo se, že obsah siřičitanových (SO₃ ²) a hydrogensiřičitanových iontů (HSO₃ ) v absorpční suspenzi byl menší než 10 ppm, tj. nebylo zde žádné riziko spojené s nežádoucím vysrážením siřičitanu vápenatého. Odváděný odplyn měl teplotu přibližně 55’C, a obsahoval přibližně 7 ppm oxidu siřičitého, tj. stupeň separace oxidu siřičitého byl 99,0%.

Zařízení podle vynálezu znázorněné na obrázcích a popsané v souvislosti s těmito obrázky má kruhový průřez. Nicméně je zřejmé, že se zařízení podle vynálezu neomezuje pouze na toto provedeni, ale může mít případně celou řadu dalších konstrukcí. Zařízení podle vynálezu může mít tedy například čtvercový průřez. V tomto případě má přívodní potrubí 6 protáhlý obdélníkový průřez a jedna podélná strana přívodního potrubí je připojena k čtyřúhelníkové perforované desce. Absorpční suspenze potom proudí z přívodního potrubí přes perforovanou desku a dolů do výstupního potrubí na opačné straně perforované desky za účelem recyklování do zásobníku poskytujícího absorpční suspenzi přívodnímu potrubí. Díky pravoúhelníkovému designu, mohou být dvě nebo několik jednotek obsahujících přívodní potrubí, perforovanou desku a výstupní potrubí spojeny tak, že budou tvořit jedinou kompaktní jednotku.

Z výše popsaného vynálezu a z jeho výhodných provedení je zřejmé, že vynález má celou řadu výhod oproti známému stavu techniky. Vynález se liši zejména tím, že proud čištěného plynu a proud absorpční suspenze jsou na sebe v podstatě kolmé, což v kombinaci s designem zařízení podle vynálezu umožňuje minimalizovat spotřebu energie spotřebované pro přivedení absorpční suspenze do kontaktní zóny, ve které se dostane do kontaktu s čištěným plynem. U výhodného provedeni jsou různé složky na straně absorpční suspenze (zásobník, přívodní potrubí, kapalinová vrstva na perforované desce a výstupní potrubí) spojeny způsobem „ spojených nádob“. Vrtule uspořádané v zmíněném zásobníku nebo výše zmíněný mohutný účinek způsobí, že absorpční suspenze stoupá přívodním potrubím a proudí ven přes perforovanou desku, čímž iniciují a udržují recirkulaci této suspenze. Vzájemně kolmé proudéní suspenze a čištěného plynu má v kombinaci s kompaktní konstrukcí zařízení, ve které je shromažďovací zásobník uspořádán v blízkosti kontaktní zóny, za následek to, že způsob podle vynálezu vyžaduje pro cirkulaci absorpční suspenze pouze energii odpovídající zdvihové výšce vodního sloupce menší než přibližně 5 m, zpravidla přibližně 0,5 až 2 m. To lze srovnat s vodním sloupcem přibližně 20 až 40 m potřebným podle známého stavu techniky, ke kterému se přidá navíc energie odpovídající vodnímu sloupci přibližně 10 m, která je potřebná pro vytvoření tlaku ve sprchovacích tryskách. Z tohoto pohledu reprezentuje vynález v dané oblasti značné zlepšení.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

0V30Q

0 L i. 1' fi 0 .'^f'2 ÝYJ3WS-—

1. Způsob odstraňování oxidu siřičitého z plynu, ja například odplyn, pomocí vodné suspenze absorbentu zvoleného z vápna a vápence, vyznačený tím, že se plyn obsahující oxid siřičitý vede směrem nahoru skrze perforovanou desku, na níž se nachází proudící vrstva absorpční suspenze, která má statickou výšku alespoň přibližně 100 mm a statický objem přibližně 50 až 500 I, vypočteno pro m³ plynu obsahujícího oxid siřičitý proudícího skrze vrstvu každou sekundu, přičemž vrstva absorpční suspenze proudí podél perforované desky rychlostí přibližně 5 až 100 l/s, vypočteno pro statický objem, kterým proudí 1 m³ plynu obsahujícího oxid siřičitý za sekundu.
2. Způsob podle nároku 1,vyznačený tím , že statická výška vrstvy absorpční suspenze se pohybuje přibližně v rozmez! od 200 do 500 mm.
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačený tím , že vrstva absorpční suspenze proudí podél perforované desky rychlostí přibližně 10 až 50 l/s. ⁴
4. Způsob podle některého z nároků 1až 3, vyznačený tím , že absorpční vrstva obsahuje 5 až 20% hmotnosti, výhodně přibližně 10 až 15% hmotností sádrových krystalů.
5. Zařízeni pro odstraňování oxidu křemičitého z plynu, jakým je například odplyn, pomoci vodné suspenze absorbentu zvoleného z vápna a vápníku, vyznačené tím, že zahrnuje

a) vstup (1) pro plyn obsahující oxid siřičitý a výstup (2) pro plyn zbavený oxidu siřičitého,

b) perforovanou desku (3) uspořádanou mezi zmíněným vstupem (1) a výstupem (2), pro umožnění průchod plynu obsahujícího oxid siřičitý ze spoda nahoru a pro nesení proudící vrstvu absorpční suspenze mající statickou výšku přibližně alespoň 100 mm a průměrný objem přibližně 50 až 500 I, vypočteno pro m³ plynu obsahujícího oxid siřičitý, který proudí skrze vrstvu každou sekundu,

c) zásobník (5) pro absorpční suspenzi,

d) alespoň jedno přívodní potrubí (6) spojující uvedený zásobník (5) s horní stranou zmíněné perforované desky (3),

e) prostředky (8, 10, 11, 12) pro přivádění absorpční suspenze ze zásobníku (5), skrze zmíněné přívodní potrubí (6) k horní straně uvedené perforované desky (3) a podél této desky rychlostí přibližně 5 až 100 l/s, vypočteno pro statický objem, kterým proudí 1 m³ plynu obsahujícího oxid siřičitý za minutu,

f) alespoň jedno výstupní potrubí (7) spojující horní stranu perforované desky (3) a zásobník (5) pro recyklaci absorpční suspenze zpět do zásobníku (5),

g) .prostředky (9, 12) pro přivádění plynu obsahujícího oxid siřičitý,

h) prostředek (13) pro přivádění absorbentu,

i) prostředek (14) pro přivádění vody, a

j) prostředek (15) pro odebírání sádry.
6. Zařízení podle nároku 5, vyznačené tím, že prostředek e) zahrnuje vrtulové čerpadlo (8) uspořádané ve spodní části každého výstupního potrubí (7).
7. Zařízení podle nároku 5, vyznačené tím, že prostředek e) a g) zahrnují vzduch vstřikující trysky (9, 12) pro přivádění kyslíku a vytvoření mohutného čerpacího účinku.
8. Zařízení podle některého z předchozích nároků 5 až 7, v yznačené tím, že má v podstatě kruhový průřez a zahrnuje středově uspořádané přívodní potrubí (6) s kruhovým průřezem a alespoň jedno výstupní potrubí (7) uspořádané na okraji uvedeného zařízení a spojující horní stranu perforované desky (3) se zásobníkem (5).
9. Zařízení podle některého z nároků 5 až 8, vyznačené tl m ,že perforovaná deska (3) má otevřenou průchozí plochu tvořící přibližně 1 až 20 %, výhodné přibližně 1 až 10 % její plochy.
10. Zařízení podle některého z nároků 5 až 9, vyznačené t í m , že perforovaná deska (3) má otvory (19), jejichž hrany jsou na spodní straně zaobleny, přičemž toto zaobleni má poloměr zakřivení přibližně 5 až 50 mm.

Zastupuje: