PL153259B1

PL153259B1 - Sposób usuwania kwaśnych zanieczyszczeń gazowych z gazów odlotowych i urządzenie do usuwania kwaśnych zanieczyszczeń gazowych z gazów odlotowych

Info

Publication number: PL153259B1
Application number: PL26393387A
Authority: PL
Priority date: 1987-02-02
Filing date: 1987-02-02
Publication date: 1991-03-29
Also published as: PL263933A1

Description

RZECZPOSPOLITA OPIS PATENTOWY 153 259 POLSKA

URZĄD

PATENTOWY

RP

Patent dodatkowy do patentu nr--Zgłoszono: 87 02 02 (P. 263933)

Pierwszeństww--Zgłoszenie ogłoszono: 88 11 10

Opis patentowy opublikowano: 1991 09 30

Int. Cl.5 _B0i_{D 53/}i₄B01D 53/34

CZYTELNIA

OGÓLNA

Twórcy wynalazku: Jerzy Warych, Andrzej Chmielewski, Mieczysław Sowiński

Uprawniony z patentu: Instytut Chemii i Techniki Jądrowej,

Warszawa (Polska)

Sposób usuwania kwaśnych zanieczyszczeń gazowych z gazów odlotowych i urządzenie do usuwania kwaśnych zanieczyszczeń gazowych z gazów odlotowych

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do usuwania kwaśnych zanieczyszczeń gazowych ze strumienia przemysłowych gazów odlotowych. Sposób według wynalazku znajduje zastosowanie do oczyszczania gazów z kwaśnych zanieczyszczeń typu SO2, NOx metodą suchą z jednoczesną granulacją stałego produktu powstającego w procesie.

Znane metody mokre polegają na absorpcji zanieczyszczeń w roztworach alkalicznych np. zawiesinie wapna lub kamienia wapiennego. Wadą tych metod jest konieczność operowania dużym strumieniem objętości cieczy o własnościach korozyjnych oraz powstawanie dużych ilości ścieków. Powstające w procesie osady muszą być oddzielane od cieczy i tworzą trudne do składowania szlamy. Dla uzyskania około 90% skuteczności usuwania SO2 konieczne jest stosowanie znacznych nadmiarów reagentów, na przykład powyżej 1,3 wartości stechiometrycznej.

Analogiczne metody suche polegają na absorpcji SO2 w procesie suszenia rozpyłowego w obecności roztworów alkalicznych. Jako roztwory alkaliczne stosowane są roztwory Na2COe, NaOH i zawiesina CaCO3 lub Ca(OH)2. Produktem procesu są odpowiednie siarczany w postaci sproszkowanej, które mają jednak tendencje do zbrylania, pylenia, są trudne do przesyłania i składowania.

Znany sposób według polskiego opisu patentowego nr 141 220 polega na absorpcji i reakcji SO2 z zastosowaniem roztworów Ca(OH)2 lub Mg(OH)2 z jednoczesną granulacją stałego opadu w złożu fluidalnym. Sprawność usuwania SO2 wynosi około 90%.

Znane jest również urządzenie według opisu patentowego austalijskiego nr 235 861 i amerykańskiego nr 3 122594 stanowiące trójfazowy aparat fluidalny z wypełniaczem sferycznym do absorpcji zanieczyszczeń. Odpady otrzymywane są w postaci zawiesiny w cieczy i wymagają dalszego odparowania i/lub filtracji dla wydzielenia ciała stałego.

Wadą dotychczasowych sposobów jest niska skuteczność usuwania niektórych zanieczyszczeń np. NOx. Ponadto dla zapewnienia wspomnianej wcześniej skuteczności usuwania zanieczyszczeń należy stosować znacznie wyższe od stechiometrycznych ilości reagentów np. 1,2-1,5 - krotne

153 259 nadmiary. Przy stosowaniu drogich reagentów np. wapna koszty operacyjne wspomnianych sposobów są bardzo wysokie.

Niska skuteczność usuwania zanieczyszczeń w sposobach tradycyjnych wynika, m.in. z faktu, że w dużej części zanieczyszczenia występują na niskich stopniach utlenianie w postaci SO2 i NO. Tlenki te słabiej są absorbowane przez wodę czy też parę wodną.

Według wynalazku usuwanie kwaśnych zanieczyszczeń gazowych z gazów odlotowych, prowadzi się na drodze reakcji chemicznej z jednoczesną granulacją produktu w złożu fluidalnym. Sposób ten polega na tym, że gazy odlotowe doprowadzane do środkowej części reaktora fluidalnego poprzez jego złoże fluidalne tworzą mieszaninę reaktywną z doprowadzonym tu w postaci roztworu lub zawiesiny reagentem. Mieszaninę tę naświetla się wiązką elektronów umieszczoną w wylotowej przestrzeni reaktora fluidalnego, przy czym korzystnie stosuje się wiązkę elektronów o energii 200-3000 keV, a dawkę energii przekazywanej do strumienia gazu w zależności od jego stężenia i właściwości fizyko-chemicznych ustala się korzystnie w zakresie 0,5-3 Mradów, po czym, uzyskane w wyniku indukowanych radiacyjnie reakcji chemicznych, produkty wydziela się w postaci pyłu w urządzeniu odpylającym, a następnie zawraca się pył do złoża fluidalnego w celu granulacji.

Alternatywnie sposób usuwania kwaśnych zanieczyszczeń gazowych z gazów odlotowych na drodze reakcji chemicznej z jednoczesną granulacją produktu w złożu fluidajnym według wynalazku można prowadzić tak, że gazy odlotowe odpylone wstępnie^ieruje się do reaktora radiacyjnego, w którym gazy tworzą mieszaninę reaktywną z doprowadzonym tu reagentem i parą wodną bądź kropelkami wody, przy czym jako reagent stosuje się korzystnie amoniak bądź wodę amoniakalną, następnie zaś uzyskaną mieszaninę reaktywną naświetla się wiązką elektronów korzystnie o energii 300-2000 keV, przy czym dawkę energii przekazywanej do strumienia gazu w zależności od jego stężenia i właściwości fizyko-chemicznych ustala się korzystnie w zakresie 0,5-3 Mradów i kieruje do reaktora fluidalnego celem uzyskania granulatu, a resztkowe pyły wydziela się w urządzeniu odpylającym, skąd zawraca się je do granulacji w złożu fluidalnym reaktora.

W sposobie wedug wynalazku poza przestrzeniami dla procesu sorpcji i granulacji w aparacie fluidalnym stosuje się dodatkową przestrzeń reakcyjną, bądź oddzielny reaktor, w którym prowadzone jest radiacyjne wzbudzanie mieszaniny reakcyjnej. Do wzbudzenia wiązki elektronów pochodzących z elektrycznego źródła promieniowania najkorzystniejsze np. akceleratora liniowego wyposażonego w skaner to jest układ przemiatania wiązki, albo akceleratora kurtynowego z wiązką typu liniowego o szerokości do 2-3 m.

Najkorzystniejsze jest stosowanie elektronów o energii zawartej w przedziale 300-2000 keV. Dawka energii przekazana do strumienia gazu, w zależności od stężenia zanieczyszczeń kwaśnych i właściwości fizyko-chemicznych, powinna korzystnie wynosić 0,5-3 Mradów (5-30 kWs/kg).

W wyniku oddziaływania elektronów na strumień gazu przebiegają reakcje typu jonizacji, powstawania rodników, dysocjacji, rekombincji itp. Ich końcowym wynikiem mającym znaczenie dla procesu oczyszczania jest między innymi utlenianie zanieczyszczeń do SO3 i NO2. Tlenki te reagują z parą wodną, tworząc odpowiednie kwasy H2SO4 i HNO3. Kwasy te po przereagowaniu z substancją alkaliczną tworzą produkty stałe, które zawraca się do złoża fluidalnego, gdzie podlegają procesowi granulacji. Dla uzyskania wysokiej skuteczności oczyszczania korzystne jest schłodzenie i nawilżanie gazów odlotowych. Wysoka reaktywność naświetlonej mieszaniny pozwala na stosowanie, w odróżnieniu od metod stosowanych dotychczas, zbliżone do stechiometrycznych ilości reagentów. W tych warunkach SO2 jest usuwane w około 95%, a NOx w 80%.

Urządzenie według wynalazku składa się z odpylacza wstępnego połączonego z reaktorem radiacyjnym sprzężonym z akceleratorem. Reaktor radiacyjny wyposażony jest we wkładki zawirowujące oraz dyszę do wprowadzania reagenta i pary wodnej bądź też kropelek wody. Wyjściem połączony jest on z reaktorem fluidalnym. Reaktor fluidalny z sitową przegrodą, na której umieszczone jest złoże fluidalne, wyposażony jest również w dyszę doprowadzającą reagenty, a jego wyjście połączone jest z urządzeniem odpylającym. Wyjścia urządzenia odpylającego połączone są odpowiednio z kominem oczyszczonych gazów odlotowych i ze złożem fluidalnym, do którego zawracany jest wydzielony pyl w celu granulacji. Zgranulowany produkt kierowany jest do klasyfikatora ziaren, z którego drobny pył zawracany jest do złoża, zgranulowany produkt kierowany jest do wykorzystania bądź składowania.

153 259

Alternatywnie urządzenia do usuwania kwaśnych zanieczyszczeń gazowych ze strumienia przemysłowych gazów odlotowych według wynalazku ma górną część reaktora fluidalnego sprzężoną z akceleratorem i stanowi komorę reaktora radiacyjnego.

Urządzenia według wynalazku przedstawione są schematycznie na złączonych rysunkach, na których fig. 1 przedstawia urządzenie, w którym reaktor fluidalny i reaktor radiacyjny mają wspólną konstrukcję, fig. 2 - natomiast urządzenie, w którym reaktor radiacyjny sprzężony jest z reaktorem fluidalnym.

Urządzenie według wynalazku do usuwania kwaśnych zanieczyszczeń gazowych ze strumienia przemysłowych gazów odlotowych przedstawione na fig. 1 ma reaktor fluidalny 1 wyposażony w przegrodę sitową 6, na której umieszczone jest złoże fluidalne i dyszę 3 doprowadzającą reagenty, umieszczoną w środkowej części reaktora. W górnej części reaktora zainstalowany jest zespół akceleratorowy 4, którego wiązka elektronów napromienia mieszaninę reakcyjną znajdującą się w przestrzeni ponad dyszą 3. Na wyjściu reaktor 1 połączony jest z urządzeniem odpylającym 5, którego jedno wyjście połączone jest z kominem gazów odlotowych, drugie zaś wyjście połączone jest ze złożem fluidalnym, do którego to złoża dołączony jest również klasyfikator ziaren 6.

Wylotowa część reaktora fluidalnego 1 sprzężona z akceleratorem 4 może być wydzielona konstrukcyjnie stanowiąc komorę reaktora radiacyjnego.

Urządzenie do usuwania kwaśnych zanieczyszczeń gazowych ze strumienia przemysłowych gazów odlotowych przedstawione na fig. 2 zaopatrzone jest w urządzenie wstępnie odpylające 10, połączone z reaktorem radiacyjnym 9 sprzężonym z kompleksem akceleratorowym 4 i wyposażonym we wkładki zawirowujące 8 oraz dyszę 7 do wprowadzenia reagenta i pary wodnej bądź kropelek wody, oraz dołączony do reaktora 9, reaktor fluidalny 1, z sitową przegrodą 6 i dyszą 3, połączony wyjściem z urządzeniem odpylającym 5, którego jedno wyjście połączone jest z kominem gazów odlotowych, drugie zaś wyjście połączone jest ze złożem fluidalnym, do którego to złoża dołączony jest również klasyfikator ziaren 6.

Wynalazek objaśniony jest bliżej w poniższych przykładach wykonania nie ograniczających jego zakresu.

Przykład I. Gazy odlotowe zawierające zanieczyszczenia kwaśne typu SO2 i NOx oraz pyły kierowane sją do dolnej części reaktora fluidalnego 1. Poprzez sitową przegrodę 2 wpływają one do złoża fluidalnego, w którym fw sposób dynamiczny współoddziaływują na siebie z cząstkami złoża. Na skutek oddziaływań fizycznych następuje wydzielenie pyłu, natomiat na drodze oddziaływań chemicznych z reagentem podawanym w postaci roztworu wodnego poprzez dyszę 3, następuje wychwycenie zanieczyszczeń gazowych.

Jako reagent stosuje się zawiesinę wapna, kamienia wapiennego, tlenku magnezu lub innych substancji alkalicznych. W złożu fluidalnym następuje częściowe odpylenie gazu do około 70% i częściowe związanie SO2 do około 90%. Produkt stały ulega granulacji w wyniku odpowiedniego doboru natężenia przepływu cieczy, zależnego od temperatury gazów odlotowych.

Gazy odlotowe opuszczające złoże zawierające niezaabsorbowany SO2 i praktycznie całość NOx wpływają do górnej części urządzenia naświetlanej, w sposób zapewniający równomierny rozkład dawki na przekroju aparatu, wiązką elektronów pochodzącą z jednego akceleratora lub kompleksu akceleratorowego 4.

Gazy wpływające do górnej części urządzenia niosą ze sobą ciekłe, szybko odparowywujące, submikronowych rozmiarów, krople zawierające reagent oraz stałe cząstki reagenta alkalicznego porwane ze złoża fluidalnego.

W wyniku indukowanych radiacyjnie reakcji chemicznych następuje wiązanie utlenionych postaci zanieczyszczeń przez parę wodną i reagenty alkaliczne. Wypływający z aparatu strumień gazu niesie produkty reakcji, które wydzielane są w urządzeniu odpylającym 5, przy czym w urządzeniu tym jak i przewodzie doprowadzającym gaz oczyszczany następuje dalsze pochłanianie zanieczyszczeń gazowych. Pył wydzielony w urządzeniu 5, którym może być cyklon, filtr tkaninowy, czy też elektrofiltr, zawracany jest do złoża fluidalnego w celu granulacji. Zgranulowny i wysuszony produkt 'kierowany jest do klasyfikatora ziaren 6 np. przesiewacza. W urządzeniu tym oddzielony drobny pył zawraca się do złoża, a zgranulowany niepylący produkt kierowany jest do wykorzystania bądź składowania.

153 259

W niektórych przykładach wykonania reaktor radiacyjny stanowi oddzielna komora umieszczona na przewodzie łączącym aparat 1 z odpylaczem 5.

Przykład II. Pył odpylany wstępnie w urządzeniu odpylającym 10 kierowany jest do reaktora radiacyjnego 9 wyposażonego we wkładki zawirowujące 8, akcelerator 4 oraz dyszę 7 do wprowadzenia reagenta i pary wodnej bądź kropelek wody po schłodzeniu i nawilżeniu gazu. Dalszy sposób postępowania prowadzący do otrzymania granulatu przebiega podobnie jak i w przykładzie I. W aparacie fluidalnym 1 wyposażonym w dno sitowe 2 i dyszę 3, połączonym z urządzeniem odpylającym 5 i urządzeniem segregującym 6.

Takie 'wykonanie wynalazku jest szczególnie korzystne w przypadku zastosowania, jako reagenta wiążącego zanieczyszczenia kwaśne, amoniaku bądź wody amoniakalnej.

W niektórych zakładach przemysłowych występują odpadowe wody amoniakalne, które mogą znaleźć zastosowanie w procesie. W wyniku reakcji zachodzących w reaktorze 9 i złożu fluidalnym urządzenia 1, powstają granulki ciała stałego zawierającego siarczan i azotan amonowy. Stanowią one łatwy do pakowania i transportu, niezbrylający się nawóz sztuczny.

W przypadku niekorzystnej zbyt niskiej temperatury gazu wypływającego z reaktora 4 należy stosować jego rekuperacyjne dogrzewanie. Dogrzewanie to nie jest konieczne przy stosowaniu jako reagenta amoniaku, gdyż w tym przypadku podgrzanie gazu osiąga w drodze egzotermicznej reakcji chemicznej.

Przykład III. Do złoża fluidalnego doprowadza się gazy spalinowe o temperaturze 170°C, o wydajności strumienia 20000 m³/godzinę. Gazy te zawierają w % objętościowych: około 70% N2, 6% O2, 14% CO2 i około 10% pary wodnej. Zanieczyszczenia gazowe wynoszą: około 1000 ppm SO2 i 370 ppm NOx. Ponadto gaz ten niesie około 5 g/Nm3 lotnego pyłu. Złoże zraszane jest 10%c mieszaniną wody i CaO w ilości stechiometrycznej do ilości zanieczyszczeń SO2 i NOx. W wyniku reakcji absorpcji tworzą się CaSO4 i CaSC3. W wyniku suszenia stałych produktów reakcji w złożu tworzą się granule o wymiarach 0,5-2,5 mm. Do reaktora radiacyjnego znajdującego się ponad dyszą, lub na przewodzie prowadzącym do odpylacza, wpływa gaz o temperaturze około 60°C. Zawiera on: około 70% N2, 5% O2, 13% CO2, 12% pary wodnej i około 200 ppm SO2 i 370 ppm NOx. Ponadto gaz niesie 2 g/Nm3 lotnego popiołu, 1 g/Nm3 porwanego CaSO4 i CaSCh oraz 0,5 g/Nm3 CaO. W wyniku reakcji radiacyjnego następuje utlenienie SO2 do SO3 i NOx do NO2. Tlenki te tworzą z parą wodną odpowiednio kwasy H2SO4 i HNO3 szybko reagujące z CaO do CaSO4 i Ca(NC>3)2. Pył lotny i powstałe sole wapnia wychwytywane są w odpylaczu kończowym i zawracane do złoża w celu granulacji. Gazy oczyszczone o temperaturze 58°C bezpośrednio lub po podgrzaniu rekuperacyjnym do temperatury 75°C kierowane są do komina. Zawierają one: około 70% N2, 5% O2, 14% CO2 i 11% pary wodnej. Niosą one około 0,2 g/Nm3 pyłu i zawierają: około 50 ppm SO2 i 70 ppm NO2.

W wyniku procesu oczyszczania gazu powstaje około 240 kg/godz. zgranulowanego odpadu stałego zawierającego: CaSO*, Ca(NO3)2, Ca(OH)2, CaSCh i popiół lotny.

W reaktorze tym gaz jest naświetlany wiązką elektronów o energii 500 keV, moc dawki pochłoniętej wynosi 2 megarady.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób usuwania kwaśnych zanieczyszczeń gazowych z gazów odlotowych na drodze reakcji chemicznej z jednoczesną granulacją produktu w złożu fluidalnym, znamienny tym, że gazy odlotowe doprowadzane do środkowej części reaktora fluidalnego poprzez jego złoże fluidalne tworzą mieszaninę reaktywną z doprowadzonym tu w postaci roztworu lub zawiesiny reagentem, którą to mieszaninę naświetla się wiązką elektronów umieszczoną w wylotowej przestrzeni reaktora fluidalnego, przy czym korzystnie stosuje się wiązkę elektronów o energii od 200 do 3000 keV, a dawkę energii przekazywanej do strumienia gazu w zależności od jego stężenia i właściwości fizyko-chemicznych ustala się korzystnie w zakresie od 0,5 Mrada do 3 Mradów, po czym uzyskane w wyniku indukowanych radiacyjnie reakcji chemicznych produkty, wydziela się w postaci pyłu w urządzeniu odpylającym, a następnie zawraca się pył do złoża fluidalnego w celu granulacji.

153 259

2. Sposób usuwania kwaśnych zanieczyszczeń gazowych z gazów odlotowych na drodze rakcji chemicznej z jednoczesną granulacją produktu w złożu fluidalnym, znamienny tym, że gazy odlotowe odpylone wstępnie, kieruje się do reaktora radiacyjnego, w którym gazy tworzą mieszaninę reaktywną z doprowadzonym tu reagentem i parą wodną bądź kropelkami wody, przy czym jako reagent stosuje się korzystnie amoniak bądź wodę amoniakalną, następnie zaś uzyskaną mieszaninę reaktywną naświetla się wiązką elektronów korzystnie o energii od 300 keV do 2000 keV, przy czym dawkę energii przekazywanej do' strumienia gazu w zależności od jego stężenia i właściwości fizyko-chemicznych ustala się korzystnie w zakresie od 0,5 Mradów do 3 Mradów i kieruje do reaktora fluidalnego celem uzyskania granulatu, a resztkowe pyły wydziela się w urządzeniu odpylającym skąd są zawracane do granulacji w złożu fluidalnym reaktora.

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że wychodzące z reaktora radiacyjnego schłodzone gazy odlotowe dogrzewa się rekuperacyjnie.

4. Urządzenie do usuwania kwaśnych zanieczyszczeń gazowych z gazów odlotowych, znamienne tym, że zawiera reaktor fluidalny (1) wyposażony w przegrodę sitową (6), na której umieszczone jest złoże fluidalne i dyszę (3) doprowadzającą reagenty, umieszczoną w środkowej części reaktora, w górnej zaś części reaktora zainstalowany jest kompleks akceleratorowy (4), którego wiązka elektronów napromienia mieszaninę reakcyjną znajdującą się w przestrzeni ponad dyszą (3), natomiast wyjściem reaktor (1) połączony jest z urządzeniem odpylającym (5), którego jedno wyjście połączone jest z kominem gazów odlotowych, zaś drugie wyjście połączone jest ze złożem fluidalnym, do którego to złoża dołączony jest również klasyfikator ziaren (6).

5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że wylotowa część reaktora fluidalnego (1) sprzężona z akceleratorem (4) jest wydzielona konstrukcyjnie i stanowi komorę reaktora radiacyjnego.

6. Urządzenie do usuwania kwaśnych zanieczyszczeń gazowych z gazów odlotowych, znamienne tym, że zawiera urządzenie wstępnie odpylające (10) połączone z reaktorem radiacyjnym (9) sprzężonym z kompleksem akceleratorowym (4) i wyposażonym we wkładki zawirowujące (8) oraz dyszę (7) do wprowadzenia reagenta i pary wodnej bądź kropelek wody, oraz dołączony do reaktora (9), reaktor fluidalny (1) z sitową przegrodą (6) i dyszą (3) połączony wyjściem z urządzeniem odpylającym (5), którego jedno wyjście połączone jest z kominem gazów odlotowych, zaś drugie wyjście połączone jest ze złożem fluidalnym, do którego to złoża dołączony jest również klasyfikator ziaren (6).