PL249292B1 - Sposób oczyszczania gazu w skruberze kaustycznym oraz skruber kaustyczny - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób oczyszczania gazu w skruberze kaustycznym przeznaczony do oczyszczania biogazów oraz gazów ze zgazowania czy pirolizy zawierających H2S oraz zanieczyszczenia organiczne, w którym przez umieszczone w skruberze kaustycznym (1) złoże (2) przepuszcza się oczyszczany gaz (3), a w przeciwprądzie oczyszczającą oczyszczany gaz (3), ciecz kaustyczną (4), który charakteryzuje się tym, że w górnej części skrubera kaustycznego (1), powyżej złoża (2), wytwarza się bańki, których błonę stanowi oczyszczająca oczyszczany gaz (3) ciecz kaustyczna (4), a wnętrze gaz. Zgłoszenie obejmuje też skruber kaustyczny utworzony z kolumny procesowej (1a), we wnętrzu której umiejscowione jest złoże (2) oraz przez którą przepuszczany jest oczyszczany gaz (3) oraz w przeciwprądzie oczyszczająca oczyszczany gaz (3) ciecz kaustyczna, który charakteryzuje się tym, że ciecz kaustyczna (4) ma postać baniek, których błonę stanowi oczyszczająca oczyszczany gaz (3) ciecz kaustyczna (4), a wnętrze gaz, przy czym złoże (2) składa się z ułożonych w stos modułów, z których każdy ma postać wypełnionego wypełnieniem kosza, który w kolumnie procesowej (1a) osadzony jest na półce (1d) w postaci ramy zamocowanej w kolumnie procesowej (1a) i do którego dostęp umożliwiają osadzone w bocznej ścianie kolumny procesowej (1a) drzwi.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób oczyszczania gazu w skruberze kaustycznym oraz skruber kaustyczny, przeznaczone do oczyszczania biogazów oraz gazów ze zgazowania czy pirolizy zawierających H2S oraz zanieczyszczenia organiczne. Z amerykańskiego dokumentu patentowego US20130092627 znane jest urządzenie do oczyszczania biogazu oraz gazu wysypiskowego, w skład którego wchodzi wertykalna kolumna, przez którą przepływa strumień oczyszczanego gazu oraz w przeciwprądzie roztwór kaustyczny wymywający zanieczyszczenia o odczynie kwaśnym.

Z amerykańskiego dokumentu patentowego US009636629 znany jest skruber kaustyczny ze zintegrowanym monitoringiem do kontroli stężenia zasady w cieczy kaustycznej w postaci czujnika spektrometru, pracującego w zakresie absorpcji fal o długości pomiędzy 1000 a 2000 nm.

Z amerykańskiego dokumentu patentowego US008722954 znane jest wykorzystanie rozpuszczalnika do minimalizacji zjawiska powstawania w skruberze osadów w procesie oczyszczania strumienia węglowodorów zawierającego olefiny, zanieczyszczenia o odczynie kwaśnym oraz związki tlenowe, które mogą formować polimerowe depozyty w środowisku zasadowym.

Z amerykańskiego dokumentu patentowego US008690993 znany jest skruber kaustyczny do oczyszczania biogazu oraz gazu wysypiskowego wyposażony w zbiornik do neutralizacji odcieku.

Ze zgłoszenia międzynarodowego WO2023/049027 znany jest skruber kaustyczny do usuwania z gazu pirolitycznego dwutlenku węgla, związków siarki (na przykład H2S) oraz fluorowców i związków zawierających te pierwiastki (na przykład HCl).

Z polskiego opisu wynalazku PL220545 znany jest sposób usuwania odorów, których nośnikami są związki tłuszczowe. Rozwiązanie wykorzystuje złoże fluidalne usytuowane w części roboczej odwróconego stożka, nad którym znajdują się głowice rozpylające ciecz kontaktową. Fazę stałą wypełnienia złoża stanowią kulki ze spienionego polipropylenu o średnicy powyżej 30 mm.

Z koreańskiego dokumentu patentowego KR101923567 znany jest także hybrydowy skruber wykorzystujący zawierające ozon mikrobąbelki o średnicy do 5 mikrometrów służące do oczyszczania gazów z odorów.

Wadą znanych rozwiązań jest stosunkowo wysokie zużycie wody na potrzeby cieczy kontaktowej (roztworu kaustycznego), stanowi to istotny problem środowiskowy. Dodatkowo wadą znanych rozwiązań jest brak możliwości ingerencji w geometrię skrubera w zależności od strumienia oczyszczanego gazu, w celu optymalizacji spadków ciśnienia na wypełnieniu kolumny skrubera.

Tak więc. celem według wynalazku jest rozwiązanie pozbawione powyższych wad.

Sposób oczyszczania gazu w skruberze kaustycznym, w którym przez umieszczone w skruberze kaustycznym złoże przepuszcza się oczyszczany gaz a w przeciwprądzie oczyszczającą oczyszczany gaz ciecz kaustyczną, według wynalazku charakteryzuje się tym, iż w górnej części skrubera kaustycznego, powyżej złoża, wytwarza się bańki, których błonę stanowi oczyszczająca oczyszczany gaz ciecz kaustyczna a wnętrze gaz.

Korzystnie, bańki stanowią bańki mydlane.

Korzystnie, złoże stanowią tworzące stos moduły, z których każdy ma postać wypełnionego wypełnieniem kosza, który osadza się we wnętrzu kolumny procesowej skrubera kaustycznego na umiejscowionych w niej półkach i do którego dostęp umożliwiają wbudowane w boczną powierzchnię kolumny procesowej drzwi.

Skruber kaustyczny utworzony z kolumny procesowej, we wnętrzu której umiejscowione jest złoże oraz przez którą przepuszczany jest oczyszczany gaz i w przeciwprądzie oczyszczająca oczyszczany gaz ciecz kaustyczna, według wynalazku charakteryzuje się tym, iż ciecz kaustyczna ma postać baniek, których błonę stanowi oczyszczająca oczyszczany gaz ciecz kaustyczna a wnętrze gaz, przy czym złoże składa się z ułożonych w stos modułów, z których każdy ma postać wypełnionego wypełnieniem kosza, który w kolumnie procesowej osadzony jest na półce w postaci ramy zamocowanej w kolumnie procesowej i do którego dostęp umożliwiają osadzone w bocznej ścianie kolumny procesowej drzwi.

W rozwiązaniu według wynalazku stosuje się w przestrzeni skrubera kaustycznego roztwór kaustyczny w postaci baniek, zamiast jak dotychczas rozpylania go w formie kropel. W odróżnieniu od mikrobąbelków stosowanych w rozwiązaniu KR101923567 rozwiązanie według wynalazku dąży do możliwie jak największych baniek, gdyż wraz ze wzrostem wielkości bańki rośnie stosunek jej powierzchni do masy cieczy kaustycznej wykorzystanej do stworzenia bańki. Daje to sumarycznie istotny wzrost powierzchni czynnej kontaktu pomiędzy cieczą kaustyczną a oczyszczanym gazem, jeszcze powyżej przestrzenią fazy stałej wypełnienia złoża.

Przedmiot wynalazku został bliżej objaśniony w oparciu o rysunek, na którym fig. 1 przedstawia skruber w przekroju wzdłużnym, a fig. 2 skruber w widoku aksonometrycznym z wyprowadzonym z jego wnętrza złożem.

Sposób oczyszczania gazu w skruberze kaustycznym w przykładzie realizacji według wynalazku polega na tym, iż przez umiejscowione w skruberze kaustycznym 1, w jego kolumnie procesowej 1a, złoże 2 przepuszcza się oczyszczany gaz 3 i w przeciwprądzie ciecz kaustyczną 4. Oczyszczany gaz 3 do skrubera kaustycznego 1 wprowadza się przez kanał dolotowy 5, który do skrubera kaustycznego 1 przyłączony jest poprzez przyłącze kołnierzowe 1b umiejscowione w dolnej połowie skrubera kaustycznego 1. Umiejscowione w skruberze kaustycznym 1 złoże 2 składa się z kilku modułów 2a. Każdy moduł 2a ma postać kosza z perforowanej blachy lub siatki ze stali nierdzewnej o średnicy oczka co najmniej dwukrotnie mniejszej od średnicy elementu wypełniającego. Element wypełniający przykładowo mogą stanowić pierścienie Rashiga czy pierścienie Białeckiego. Każdy moduł 2a jest osadzany na półce 1d w postaci ramy zamocowanej przy ścianach bocznych skrubera kaustycznego 1. W bocznej ścianie skrubera kaustycznego 1 umiejscowione są drzwi 1c, za którymi we wnętrzu skrubera kaustycznego 1 znajduje się złoże 2. Drzwi 1c zamocowane są za pomocą zawiasów i wyposażone są w obwodowe uszczelnienie. W trakcie pracy skrubera kaustycznego 1 drzwi 1c są zamknięte. Modułowy system złoża 2 pozwala na regulację spadku ciśnienia na złożu 2, poprzez regulację sumarycznej wysokości złoża 2. Modułowy system złoża 2 jest istotny w przypadku zgazowania, gdyż skład gazu pochodzącego z procesu zgazowania oraz jego strumień zależy od stosowanego paliwa stałego oraz współczynnika ekwiwalencji, czyli stosunku rzeczywistej ilości utleniacza w stosunku do ilości wynikającej ze stechiometrii. Stąd zmiana paliwa stałego, na przykład zmiana rodzaju biomasy, może powodować istotne pod względem ilościowym zmiany w zakresie strumienia objętości gazu przepływającego przez złoże 2 skrubera kaustycznego 1. W takim przypadku zbyt wysokie złoże 2 powodować może utratę ciągu, a tym samym istotne pogorszenie warunków procesu zgazowania w gazogeneratorze. W górnej części skrubera kaustycznego 1, powyżej złoża 2, wytwarza się mydlane bańki, których błonę stanowi oczyszczająca oczyszczany gaz 3 ciecz kaustyczna 4, a wnętrze gaz. Mydlane bańki tworzone są w dyszach stanowiących zakończenie wprowadzonych do wnętrza skrubera kaustycznego 1 lanc 1f, do których doprowadzany jest, zawierający surfaktant roztwór kaustyczny oraz strumień oczyszczonego gazu lub dwutlenku węgla, który służy jako wypełnienie baniek. W rozwiązaniu według wynalazku wytwarza się bańki o średnicy w zakresie od 5 mm do 150 mm. Lance 1f można wsuwać bądź wysuwać poprzez otwory w górnej pokrywie 1e skrubera kaustycznego 1, co pozwala umieścić je ponad złożem 2 i pozostawić optymalną wolną przestrzeń, w której bańki pozostają w kontakcie z oczyszczanym gazem 3 dopóki nie pękną. Pękające bańki rozpadają się na mikrokropelki, które dalej reagują z oczyszczanym gazem 3. Mikrokropelki łączą się ze sobą w mechanizmie koagulacji, a dodatkowo na ich powierzchni kondensuje się para wodna, którą zawiera oczyszczany gaz 3. Oczyszczany gaz 3 wyprowadzony jest ze skrubera kaustycznego 1 kanałem wylotowym 1g, w którym znajduje się krata 1h uniemożliwiająca wydostawanie się na zewnątrz skrubera kaustycznego 1 baniek, bańki pękają na kracie 1h. Korzystnym jest podłączenie do wyjścia ze skrubera kaustycznego 1 cyklonu, który pozwoli wychwycić mikrokropelki porywane przez strumień gazu, tym samym usuwając z oczyszczanego gazu 3 wilgoć. Większe krople, powstałe z połączenia mikrokropel, opadają w przeciwprądzie w stosunku do baniek i oczyszczanego gazu 3 a następnie spływają po wypełnieniu złoża 2, zapewniając czas reakcji pomiędzy cieczą kaustyczną 4 a oczyszczanym gazem 3. Ze skrubera kaustycznego 1 odciek grawitacyjnie odprowadzany jest poprzez kanał odpływowy 1j umiejscowiony w dolnym leju 1i skrubera kaustycznego 1. W celu minimalizacji negatywnego oddziaływania skrubera kaustycznego 1 na środowisko do tworzenia baniek wykorzystywany jest biodegradowalny surfaktant, w ilości pomiędzy 20 a 130 ml na litr cieczy kaustycznej 4. Korzystnie jako surfaktant stosuje się gliceryny, na przykład glicerynę odpadową po produkcji biodiesla w ilościach wynoszących pomiędzy 10 a 50 ml na litr cieczy kontaktowej.

Skruber kaustyczny w przykładzie wykonania według wynalazku utworzony jest z kolumny procesowej 1a, we wnętrzu której umiejscowione jest złoże 2 oraz przez którą przepuszczany jest, przechodzący przez złoże 2 oczyszczany gaz 3 i w przeciwprądzie oczyszczająca oczyszczany gaz 3 ciecz kaustyczna 4. Ciecz kaustyczna 4 ma postać baniek, których błonę stanowi oczyszczająca oczyszczany gaz 3 ciecz kaustyczna 4 a wnętrze gaz. W dolnej połowie kolumny procesowej 1a umiejscowione jest przyłącze kołnierzowe 1 b, do którego przyłączony jest kanał dolotowy 5 doprowadzający do kolumny procesowej 1a oczyszczany gaz 3. Na jednej ze ścian bocznych kolumny procesowej 1a poprzez zawiasy zamontowane są drzwi 1c, za którymi we wnętrzu kolumny procesowej 1a umiejscowione jest złoże 2. Złoże 2 utworzone jest z ułożonych w stos modułów 2a, z których każdy ma postać kosza z perforowanej blachy lub siatki ze stali nierdzewnej o średnicy oczka co najmniej dwukrotnie mniejszej od średnicy elementu wypełniającego. Element wypełniający przykładowo mogą stanowić pierścienie Rashiga czy pierścienie Białeckiego. Za drzwiami 1c we wnętrzu kolumny procesowej 1a każdy tworzący złoże 2 moduł 2a osadzany jest na półce 1d w postaci ramy zamocowanej przy ścianach bocznych kolumny procesowej 1a. W pokrywie 1e kolumny procesowej 1a zamontowane są zakończone dyszami lance 1f. Zakończone dyszami lance 1f służą do wprowadzania do wnętrza kolumny procesowej 1a roztworu kaustycznego oraz do wytwarzania mydlanych baniek. Zakończone dyszami lance 1f w pokrywie 1e zamontowane są przestawnie w ten sposób, iż można regulować długość ich wprowadzenia do kolumny procesowej 1a. Kolumna procesowa 1a w górnej części zakończona jest kanałem wylotowym 1g oczyszczanego gazu 3, w którym zamontowana jest krata 1h blokująca wydostawanie się na zewnątrz baniek, bańki pękają na kracie 1h. W spodzie kolumna procesowa 1a zakończona jest lejem 1i, w którym umiejscowiony jest. kanał odpływowy 1j do odprowadzania odcieku - zanieczyszczonej cieczy kaustycznej.

Claims (4)

1. Sposób oczyszczania gazu w skruberze kaustycznym, w którym przez umieszczone w skruberze kaustycznym złoże przepuszcza się oczyszczany gaz a w przeciwprądzie oczyszczającą oczyszczany gaz ciecz kaustyczną, znamienny tym, że w górnej części skrubera kaustycznego (1), powyżej złoża (2), wytwarza się bańki, których błonę stanowi oczyszczająca oczyszczany gaz (3) ciecz kaustyczna (4) a wnętrze gaz.

2. Sposób według zastrz. 1 znamienny tym, że bańki stanowią bańki mydlane.

3. Sposób według zastrz. 1 znamienny tym, że złoże (2) stanowią tworzące stos moduły (2a), z których każdy ma postać wypełnionego wypełnieniem kosza, który osadza się we wnętrzu kolumny procesowej (1a) skrubera kaustycznego (1) na umiejscowionych w niej półkach (1d) i do którego dostęp umożliwiają wbudowane w boczną powierzchnię kolumny procesowej (1a) drzwi (1c).

4. Skruber kaustyczny utworzony z kolumny procesowej, we wnętrzu której umiejscowione jest złoże oraz przez którą przepuszczany jest oczyszczany gaz oraz w przeciwprądzie oczyszczająca oczyszczany gaz ciecz kaustyczna, znamienny tym, że ciecz kaustyczna (4) ma postać baniek, których błonę stanowi oczyszczająca oczyszczany gaz (3) ciecz kaustyczna (4) a wnętrze gaz, przy czym złoże (2) składa się z ułożonych w stos modułów (2a), z których każdy ma postać wypełnionego wypełnieniem kosza, który w kolumnie procesowej (1a) osadzony jest na półce (1 d) w postaci ramy zamocowanej w kolumnie procesowej (1a) i do którego dostęp umożliwiają osadzone w bocznej ścianie kolumny procesowej (1a) drzwi (1c).