RU2537858C2

RU2537858C2 - Complex method and device for cleaning and utilisation of flue gases with conversion of carbon dioxide to oxygen

Info

Publication number: RU2537858C2
Application number: RU2013107089/05A
Authority: RU
Inventors: Владимир Сергеевич Ежов
Priority date: 2013-02-18
Filing date: 2013-02-18
Publication date: 2015-01-10
Also published as: RU2013107089A

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: invention relates to heat-power engineering and can be used in processes of cleaning and utilisation of flue gases of heat and power plants of thermal power plants (TPP) for reduction of greenhouse effect of the environment. A complex method for cleaning and utilisation of flue gases with conversion of carbon dioxide to oxygen involves the following: cooling of flue gases to the temperature below due point, cleaning from larger part of nitrogen oxides in presence of ozone owing to acid formation at condensation of water vapours and absorption by a condensate that is cleaned from acidic components with an anionite, cleaning from carbon dioxide by absorption with a solution of mono-ethanolamine (MEA); heating of the MEA solution saturated with carbon dioxide at excess pressure, its throttling to atmospheric pressure, release of gaseous carbon dioxide that is partially removed from a cycle, and partially enters to an oxytank, where carbon dioxide is converted to oxygen and organic mass at interaction with water and chloroplasts as a result of a photosynthesis.

EFFECT: invention allows increasing ecological and economic efficiency of a process of cleaning and utilisation of flue gases of heat and power plants.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в процессах очистки и утилизации дымовых газов теплоэнергетических установок ТЭС для снижения парникового эффекта окружающей атмосферы.The invention relates to a power system and can be used in the processes of cleaning and utilization of flue gases from thermal power plants of thermal power plants to reduce the greenhouse effect of the surrounding atmosphere.

Известен способ очистки дымовых газов от оксидов азота и оксидов серы, включающий в себя охлаждение дымовых газов до температуры ниже температуры точки росы, конденсацию водяных паров в трубчатом теплообменнике, насыщение рециркуляционного конденсата озоном и кислородом воздуха, окисление и абсорбцию оксидов азота и оксидов серы насыщенным конденсатом с образованием кислого конденсата, стекающего в поддон, после чего очищенные дымовые газы выводятся в атмосферу, отвод части кислого конденсата из поддона в анионитовый фильтр для очистки от кислотных компонентов, которые выводят в процессе регенерации анионитового фильтра в виде солевого раствора NaNO₃.A known method of purification of flue gases from nitrogen oxides and sulfur oxides, including cooling the flue gas to a temperature below the dew point temperature, condensation of water vapor in a tubular heat exchanger, saturation of the recirculation condensate with ozone and oxygen, oxidation and absorption of nitrogen oxides and sulfur oxides with saturated condensate with the formation of acid condensate flowing into the pan, after which the cleaned flue gases are discharged into the atmosphere, the part of the acid condensate is drained from the pan to the anion exchange filter for cleaning ki from acidic components, which are removed during the regeneration of the anion exchange filter in the form of a NaNO ₃ saline solution.

Устройство, в котором реализуется данный способ, содержит зону обработки в газоходе с размещенными в ней теплообменной секцией, выполненной в виде вертикального трубчатого теплообменника, абсорбционной секцией, выполненной также в виде вертикального трубчатого теплообменника с поддоном и размещенной в них коаксиально подъемной трубой эргазлифта, сепарационной секцией, выполненной в виде вертикального трубчатого теплообменника, причем поддон соединен трубопроводом с анионитовым фильтром [патент РФ №2186612, МКл.⁴ B01D 53/60, БИПМ №22, 2002].The device that implements this method contains a treatment zone in the flue with a heat exchanger section arranged in it, made in the form of a vertical tubular heat exchanger, an absorption section, also made in the form of a vertical tubular heat exchanger with a pallet and placed in them with a coaxial lifting ergazlift pipe, a separation section made in the form of a vertical tubular heat exchanger, and the pan is connected by a pipe to the anion exchange filter [RF patent No. 2186612, MKl. ⁴ B01D 53/60, BIPM No. 22, 2002].

Основные недостатки данного способа заключаются в низкой скорости охлаждения дымовых газов и абсорбции вредных примесей - оксидов азота и оксидов серы, обусловленные низкой допустимой скоростью газа при пленочной абсорбции, и невозможность их очистки от диоксида углерода, что снижает экологическую и экономическую эффективность очистки дымовых газов от вредных примесей.The main disadvantages of this method are the low cooling rate of flue gases and the absorption of harmful impurities - nitrogen oxides and sulfur oxides, due to the low permissible gas velocity during film absorption, and the inability to clean them of carbon dioxide, which reduces the environmental and economic efficiency of cleaning flue gases from harmful impurities.

Основным недостатком известного устройства является отсутствие оборудования для очистки дымовых газов от диоксида углерода, что также снижает экологическую и экономическую эффективность его работы.The main disadvantage of the known device is the lack of equipment for cleaning flue gases from carbon dioxide, which also reduces the environmental and economic efficiency of its work.

Более близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является комплексный способ для очистки дымовых газов с утилизацией тепла, вредных примесей и диоксида углерода, включающий охлаждение дымовых газов до температуры ниже точки росы с конденсацией водяных паров при дутьевым воздухом и наружным воздухом, где их очищают от большей части оксидов азота в присутствии озона за счет кислотообразования при конденсации водяных паров и абсорбции конденсатом, освобождают от диоксида углерода абсорбцией его раствором МЭА и выбрасывают в атмосферу, карбонизированный раствор нагревают за счет тепла дымовых газов до температуры насыщения при избыточном давлении, дросселируют до атмосферного давления и кипения, подают в декарбонизатор, где он делится на легколетучую фракцию, которая делится на конденсат МЭА и газообразный диоксид углерода, частично подаваемый вентилятором в поглотительную башню, он смешивается с разбрызгиваемым раствором едкого натрия с образованием углекислого натрия (Na₂ СО₃) и частично подается в чистом виде для реализации потребителям, а декарбонизированный раствор МЭА выводят из куба декарбонизатора, подогреваемого острым паром, смешивают с конденсатом из охладителя выпара и снова подают на абсорбцию, а конденсат водяных паров очищают от кислотных компонентов в анионитовом фильтре и направляют на водоподготовку, причем анионит регенерируют раствором едкого натра с получением азотнокислого натрия.Closer in technical essence to the present invention is a comprehensive method for cleaning flue gases with heat, harmful impurities and carbon dioxide, comprising cooling the flue gases to a temperature below the dew point with condensation of water vapor with blast air and outside air, where they are cleaned of more parts of nitrogen oxides in the presence of ozone due to acid formation during condensation of water vapor and absorption by condensate, are freed from carbon dioxide by absorption of it with an MEA solution and emission they are emitted into the atmosphere, the carbonated solution is heated due to the heat of the flue gases to saturation at overpressure, throttled to atmospheric pressure and boiling, fed to a decarbonizer, where it is divided into a volatile fraction, which is divided into MEA condensate and gaseous carbon dioxide, partially supplied by a fan in an absorption tower, is mixed with the spray by sodium hydroxide to form sodium carbonate (Na ₂ CO ₃₎ and partly fed in pure form for sale to customers, and dekarb the lowered MEA solution is removed from the cube of the decarbonizer, heated with hot steam, mixed with condensate from the vapor cooler and again fed to absorption, and the condensate of water vapor is purified from the acid components in the anion exchange filter and sent to water treatment, where the anion exchange resin is regenerated with sodium hydroxide solution to produce sodium nitrate .

Предлагаемый способ реализуется в устройстве, включающем газоход, соединенный последовательно с подогревателем карбонизированного раствора моноэтаноламина (МЭА) и вертикальным трубчатым теплообменником, состоящим из соединенных последовательно по газу сверху вниз трубчатыми воздухоподогревателем и конденсатором, соответственно, который соединен по конденсату с анионитовым фильтром, по газу - с карбонизатором, представляющим собой полую башню, в верхней части которого размещены диспергатор жидкости и каплеотбойник, а днище соединено трубопроводом и первым циркуляционным насосом через подогреватель карбонизированного раствора МЭА и дроссель с декарбонизатором, внутри которого помещены верхние и нижние распределители жидкости и секции, заполненные насадкой, соответственно, причем верх декарбонизатора соединен трубопроводом с охладителем выпара, который соединен через конденсатосборник и гидрозатвор с верхним распределителем жидкости, а по СО₂ - с вентилятором и поглотительной башней, внутри которой помещен диспергатор жидкости, нижний распределитель жидкости декарбонизатора соединен с дросселем, а его днище через трубопровод и второй циркуляционный насос соединено с гидрозатвором охладителя выпара и диспергатором жидкости карбонизатора [патент РФ №2371238, МКл. B01D 53/14, 53/62, 53/75, 53/56, 2003].The proposed method is implemented in a device including a gas duct connected in series with a carbonized monoethanolamine solution (MEA) heater and a vertical tubular heat exchanger, consisting of a tubular air heater and a condenser connected in series through gas from top to bottom, respectively, which is connected by condensate to an anion exchange filter, and by gas with a carbonizer, which is a hollow tower, in the upper part of which there is a liquid dispersant and a droplet eliminator, and the bottom is connected about the pipeline and the first circulation pump through the MEA carbonized solution heater and a throttle with a decarbonizer, inside which are placed the upper and lower liquid distributors and sections filled with a nozzle, respectively, the top of the decarbonizer being connected by a pipeline to the vapor cooler, which is connected through a condensate collector and a water trap to the upper distributor liquid, and for СО ₂ - with a fan and an absorption tower, inside which a liquid dispersant is placed, the lower liquid distributor the decarbonizer is connected to the throttle, and its bottom through the pipeline and the second circulation pump is connected to the vapor cooler water lock and carbonizer liquid dispersant [RF patent No. 2371238, MKl. B01D 53/14, 53/62, 53/75, 53/56, 2003].

К недостаткам известного способа относятся незначительная возможность утилизации диоксида углерода путем получения с его помощью углекислого натрия (Na₂ СО₃), обусловленная ограниченной потребностью последнего в народном хозяйстве, несоизмеримой с выбросами CO₂ и невозможность его переработки в экологически безопасные вещества, например кислород (O₂), который безвозвратно теряется при образовании CO₂, что снижает экономическую и экологическую эффективность очистки дымовых газов.The disadvantages of this method include the insignificant possibility of utilizing carbon dioxide by producing sodium carbonate (Na ₂ CO ₃ ), due to the limited need of the latter in the national economy, incommensurate with CO ₂ emissions and the inability to process it into environmentally friendly substances, for example oxygen (O ₂ ), which is irretrievably lost during the formation of CO ₂ , which reduces the economic and environmental efficiency of flue gas cleaning.

Основным недостатком известного устройства является также невозможность переработки диоксида углерода в экологически безопасные вещества (например, кислород), что снижает экономическую и экологическую эффективность очистки дымовых газов.The main disadvantage of the known device is the impossibility of processing carbon dioxide into environmentally friendly substances (for example, oxygen), which reduces the economic and environmental efficiency of flue gas treatment.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение экологической и экономической эффективности процесса очистки и утилизации дымовых газов теплоэнергетических установок.The technical result of the invention is to increase the environmental and economic efficiency of the process of cleaning and utilizing flue gases from thermal power plants.

Технический результат достигается в комплексном способе очистки и утилизации дымовых газов с конверсией диоксида углерода в кислород, включающем охлаждение дымовых газов до температуры ниже точки росы с конденсацией водяных паров в подогревателе карбонизированного раствора моноэтаноламина (МЭА), подогреваемом дымовыми газами, и теплообменнике, состоящем из воздухоподогревателя и конденсатора, охлаждаемых дутьевым воздухом и наружным воздухом, соответственно, где они очищаются от большей части оксидов азота в присутствии озона за счет кислотообразования при конденсации водяных паров и абсорбции конденсатом, освобождаются от диоксида углерода абсорбцией его раствором МЭА и сепарацией от уносимых капель в карбонизаторе и выбрасываются в атмосферу; карбонизированный раствор МЭА насосом подается в подогреватель, где нагревается за счет тепла дымовых газов до температуры насыщения при избыточном давлении, дросселируется до атмосферного давления, вскипает и поступает в среднюю часть декарбонизатора, где карбонизированный раствор МЭА делится на легколетучую фракцию, которая в результате конденсации в охладителе выпара, охлаждаемом питательной водой, делится на конденсат МЭА и газообразный диоксид углерода, а декарбонизированный раствор МЭА выводится из куба декарбонизатора, подогреваемого острым паром, смешивается с конденсатом из охладителя выпара и циркуляционным насосом снова подается на абсорбцию; конденсат водяных паров очищается от кислотных компонентов в анионитовом фильтре и направляется на водоподготовку, причем анионит регенерируется раствором едкого натрия, который в результате регенерации превращается в азотнокислый натрий; из охладителя выпара СО₂ вентилятором частично в чистом виде выводится из цикла, частично через распределитель подается в окситенк, где, в результате солнечного или искусственного облучения, происходит его взаимодействие с водой, в которой присутствуют фотосинтезирующие водоросли - хлоропласты - и происходит фотосинтез с образованием углеводов и кислорода при световой и темновой фазах фотосинтеза, при этом полученные углеводы постепенно опускаются, образуя осадок в виде водного раствора органической массы, который удаляется через патрубок удаления осадка, а кислород за счет своего удельного веса поднимается вверх, собирается в кислородной головке и выводится их аппарата.The technical result is achieved in a comprehensive method of cleaning and disposal of flue gases with the conversion of carbon dioxide to oxygen, including cooling the flue gas to a temperature below the dew point with condensation of water vapor in the heater carbonized solution of monoethanolamine (MEA), heated by flue gases, and a heat exchanger consisting of an air heater and a condenser cooled by blast air and outside air, respectively, where they are cleaned of most of the nitrogen oxides in the presence of ozone due to it develops acid during condensation of water vapor and absorption by condensate, is freed from carbon dioxide by its absorption by the MEA solution and separation from entrained droplets in the carbonizer and emitted into the atmosphere; The MEA carbonized solution is pumped to the heater, where it is heated due to the heat of the flue gases to saturation temperature at excess pressure, throttled to atmospheric pressure, boils and enters the middle part of the decarbonizer, where the MEA carbonized solution is divided into a volatile fraction, which, as a result of condensation in the cooler the vapor cooled by feed water is divided into MEA condensate and gaseous carbon dioxide, and the decarbonated MEA solution is removed from the decarbonizer cube, screamed with hot steam, mixed with condensate from the vapor cooler and again circulated by the circulation pump for absorption; water vapor condensate is purified from acid components in an anion exchange filter and sent to water treatment, moreover, anion exchange resin is regenerated with sodium hydroxide solution, which, as a result of regeneration, turns into sodium nitrate; from the evaporator cooler, the CO ₂ fan is partially withdrawn from the cycle in its pure form, partly fed into the oxytene through the distributor, where, as a result of solar or artificial irradiation, it interacts with water, in which photosynthetic algae — chloroplasts — are present and photosynthesis with the formation of carbohydrates and oxygen during the light and dark phases of photosynthesis, while the resulting carbohydrates gradually sink, forming a precipitate in the form of an aqueous solution of organic matter, which is removed through stalemate ubok remove sediment and oxygen due to its specific weight goes up, going to the head and the oxygen output of the device.

Предлагаемый способ реализуется в устройстве, включающем газоход, соединенный последовательно с подогревателем карбонизированного раствора моноэтаноламина (МЭА) и вертикальным трубчатым теплообменником, состоящим из соединенных последовательно по газу сверху - вниз трубчатыми воздухоподогревателем и конденсатором, соответственно, который соединен по конденсату с анионитовым фильтром, по газу - с карбонизатором, представляющим собой полую башню, в верхней части которого размещены диспергатор жидкости и каплеотбойник, а днище соединено трубопроводом и насосом через подогреватель карбонизированного раствора МЭА и дроссель с декарбонизатором, внутри которого помещены верхние и нижние распределители жидкости и секции, заполненные насадкой, соответственно, причем верх декарбонизатора соединен трубопроводом с охладителем выпара, который соединен через конденсатосборник и гидрозатвор с верхним распределителем жидкости, а по CO₂ - с вентилятором и окситенком, нижний распределитель жидкости декарбонизатора соединен с дросселем, его днище через трубопровод и циркуляционный насос соединено с гидрозатвором охладителя выпара и диспергатором жидкости карбонизатора; окситенк состоит из корпуса с кислородной головкой, изготовленных из светопрозрачного материала, и конусного днища, снабженных патрубками подачи диоксида углерода, выгрузки осадка и подачи подпиточной воды, соответственно, внутри которого расположен распределитель СО₂, соединенный с патрубком подачи диоксида углерода;The proposed method is implemented in a device including a gas duct connected in series with a carbonized monoethanolamine solution (MEA) heater and a vertical tubular heat exchanger, consisting of a tubular air heater and a condenser connected in series through gas from top to bottom, respectively, which is connected by gas to an anion exchange filter, by gas - with a carbonizer, which is a hollow tower, in the upper part of which there is a liquid dispersant and a droplet eliminator, and the bottom is connected but the pipeline and the pump through the MEA carbonized solution heater and a throttle with a decarbonizer, inside which are placed the upper and lower liquid distributors and sections filled with a nozzle, respectively, the top of the decarbonizer being connected by a pipeline to the vapor cooler, which is connected through a condensate collector and a water trap to the upper liquid distributor, and for CO ₂ - with a fan and oxytene, the lower decarbonizer liquid distributor is connected to the throttle, its bottom through a pipeline and circulation this pump is connected to a vapor cooler water lock and a carbonizer liquid dispersant; the oxytene consists of a body with an oxygen head made of translucent material and a conical bottom, equipped with carbon dioxide supply pipes, discharge of sediment and feed water, respectively, inside which there is a CO ₂ distributor connected to the carbon dioxide supply pipe;

В основу работы предлагаемых способа и устройства положены особенности состава дымовых газов теплоэнергетических агрегатов, основными компонентами которых, на основании опытных данных и расчета состава продуктов сгорания, являются азот (76-82)% об., диоксид углерода (7-14)% об., водяные пары (5-17)% об., концентрация которых зависит от вида топлива и способа его сжигания [Н.В. Кузнецов и др. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод). - М.: Энергия, 1973, с.15]; высокая растворимость диоксида углерода в растворе моноэтаноламина (МЭА) [Н.В. Атрощенко и др. Методы расчета по технологии связанного азота. - К.: Вища школа, 1978, с.90]; способность газов десорбироваться из абсорбента при повышении температуры и понижении давления согласно законам Генри и Дальтона [А.Н. Плановский, П.И. Николаев. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. - М.: Химия, 1972, с.289]; взаимодействие раствора едкого натрия с кислотными остатками с образованием соответствующей соли [Н.Н. Абрамов и др. Водоснабжение. - М.: Госстройизд. 1960, с.424] и способность фотосинтезирующих организмов (зеленых растений, водорослей, цианобактерий) улавливать кванты солнечного света и трансформировать их в химическую энергию в процессе фотосинтеза, заключительной стадией которого является синтез углеводов с попутным выделением кислорода из СО₂ в присутствии воды [В.П. Комов, В.Н. Шведова. Биохимия. - М.: Дрофа, 2004, с.210].The work of the proposed method and device is based on the characteristics of the composition of the flue gases of heat power units, the main components of which, based on experimental data and calculation of the composition of the products of combustion, are nitrogen (76-82)% vol., Carbon dioxide (7-14)% vol. water vapor (5-17)% vol., the concentration of which depends on the type of fuel and the method of its combustion [N.V. Kuznetsov et al. Thermal calculation of boiler units (normative method). - M .: Energy, 1973, p.15]; high solubility of carbon dioxide in a solution of monoethanolamine (MEA) [N.V. Atroshchenko et al. Calculation methods using bound nitrogen technology. - K .: Vishka school, 1978, p.90]; the ability of gases to be desorbed from the absorbent with increasing temperature and lowering pressure according to the laws of Henry and Dalton [A.N. Planovsky, P.I. Nikolaev. Processes and devices of chemical and petrochemical technology. - M .: Chemistry, 1972, p. 289]; the interaction of a solution of sodium hydroxide with acid residues with the formation of the corresponding salt [N.N. Abramov et al. Water supply. - M.: Gosstroyizd. 1960, p.424] and the ability of photosynthetic organisms (green plants, algae, cyanobacteria) to capture quanta of sunlight and transform them into chemical energy during photosynthesis, the final stage of which is the synthesis of carbohydrates with the associated release of oxygen from CO ₂ in the presence of water [B .P. Komov, V.N. Shvedova. Biochemistry. - M .: Drofa, 2004, p.210].

Устройство для очистки и утилизации дымовых газов с конверсией диоксида углерода в кислород изображено на фиг.1.A device for cleaning and disposing of flue gases with the conversion of carbon dioxide into oxygen is shown in figure 1.

Устройство содержит газоход 1, соединенный последовательно с подогревателем карбонизированного раствора МЭА 2 и теплообменником 3, состоящим из соединенных последовательно по газу сверху-вниз трубчатыми воздухоподогревателем и конденсатором, соответственно, который соединен по конденсату с анионитовым фильтром 4, по газу - с карбонизатором 5, представляющим собой полую башню, в верхней части которого размещены диспергатор жидкости 6 и каплеотбойник 7. Днище карбонизатора 5 соединено трубопроводом с насосом 8 через подогреватель 2 и дроссель 9 - с декарбонизатором 10, внутри которого помещены верхние и нижние распределители жидкости 11, 12 и верхняя и нижняя секции, заполненные насадкой 13, соответственно. Верхняя часть декарбонизатора 10 соединена трубопроводом с охладителем выпара 14, охлаждаемым подпиточной водой, который соединен через конденсатосборник 15 с гидрозатвором 16 с верхним распределителем жидкости 11, а по СO₂ - с вентилятором 17. Нижний распределитель жидкости 12 соединен с трубопроводом нагретого карбонизированного раствора МЭА через дроссель 9, а днище декарбонизатора 10 через трубопровод и циркуляционный насос 18 соединено с диспергатором жидкости 6 карбонизатора 5. Вентилятор 17 соединен с окситенком 19, состоящим из корпуса 20 и кислородной головки 21, изготовленными из светопрозрачного материала, конусного днища 22, снабженных патрубками подачи диоксида углерода, выгрузки осадка и подачи подпиточной воды 23, 24 и 25, соответственно, внутри которого расположен распределитель CO₂ 26, соединенный с патрубком подачи диоксида углерода 23.The device comprises a gas duct 1 connected in series with the MEA carbonized solution heater 2 and a heat exchanger 3, consisting of a tubular air heater and a condenser connected in series via gas from top to bottom, respectively, which is connected via condensate to the anion exchange filter 4, and via gas to a carbonizer 5, representing a hollow tower, in the upper part of which there is a liquid dispersant 6 and a drop eliminator 7. The bottom of the carbonizer 5 is connected by a pipeline to the pump 8 through a heater 2 and a dross Al 9 - with a decarbonizer 10, inside of which are placed the upper and lower liquid distributors 11, 12 and the upper and lower sections filled with nozzle 13, respectively. The upper part of the decarbonizer 10 is connected by a pipe to the evaporator cooler 14, cooled by make-up water, which is connected through a condensate collector 15 with a water trap 16 to the upper liquid distributor 11, and through СО ₂ to the fan 17. The lower liquid distributor 12 is connected to the pipeline of the heated carbonated MEA solution through the throttle 9, and the bottom of the decarbonizer 10 through the pipeline and the circulation pump 18 is connected to the liquid dispersant 6 of the carbonizer 5. The fan 17 is connected to the oxytene 19, consisting of a housing 20 and islorodnoy head 21, made of translucent material, the conical bottom 22, provided with nozzles supplying carbon dioxide discharging precipitate and make-up water supply 23, 24 and 25 respectively, inside which there is a distributor CO _{February 26} connected to pipe 23 supplying carbon dioxide.

Очистка и утилизация дымовых газов с конверсией диоксида углерода в кислород осуществляется в предлагаемом устройстве следующим образом.Cleaning and disposal of flue gases with the conversion of carbon dioxide into oxygen is carried out in the proposed device as follows.

Дымовые газы, количество которых обусловлено производительностью устройства, из транзитного газохода 1 под напором, создаваемым дымососом (на фиг. 1 не показан), омывают подогреватель карбонизированного раствора МЭА 2, где охлаждаются до температуры близкой к точке росы и поступают в трубное пространство теплообменника 3, вверху которого размещен воздухоподогреватель, охлаждаемый дутьевым воздухом, до температуры 80-85°C, а внизу конденсатор, охлаждаемый наружным воздухом, который выбрасывается в атмосферу, где происходит смешение газов с озоновоздушной смесью, охлаждение с образованием конденсата, стекающего вниз по стенкам труб, окисление оксидов азота до высших, абсорбция их конденсатом и интенсивное кислотообразование в процессе конденсации водяных паров [Производство азотной кислоты в агрегатах большой единичной мощности, под. ред. В.М. Олевского. - М.: Химия, 1985, с. 44]. Из конденсатора очищенные от оксидов азота и охлажденные до температуры 35-45°C, в интервале которой рекомендуется осуществлять абсорбцию CO₂ раствором МЭА, дымовые газы поступают в карбонизатор 5, где контактируют в противотоке с разбрызгиваемым из диспергатора 6 8-10% раствором МЭА, который поглощает диоксид углерода и карбонизированный собирается в кубе карбонизатора 5, а очищенные от диоксида углерода до концентрации 3-4% объемных (большая степень очистки экономически нецелесообразна с точки зрения себестоимости целевого продукта - CO₂) дымовые газы сепарируются от уносимых капель раствора МЭА в каплеотбойнике 7 и выбрасываются в атмосферу. Конденсат, насыщенный кислотными компонентами, из конденсатора поступает в анионитовый фильтр 4, где очищается от кислотных компонентов и направляется на водоподготовку для последующего использования. При этом регенерация анионита фильтра 4 производится раствором едкого натрия (NaOH) с получением раствора NaNO₃, который реализуется как азотное удобрение. Карбонизированный раствор МЭА из куба карбонизатора 5 насосом 8 с давлением выше атмосферного подается в подогреватель карбонизированного раствора МЭА 2, где нагревается до температуры насыщения при развиваемом давлении, поступает в дроссель 9, где его давление снижается до атмосферного, в результате чего он вскипает и в виде парожидкостной смеси через нижний распределитель жидкости 12 подается в декарбонизатор 10, работающий по принципу ректификации [А.Н. Плановский, П.И. Николаев. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. - М.: Химия, 1972, с.Flue gases, the amount of which is due to the performance of the device, from the transit gas duct 1 under the pressure generated by the smoke exhauster (not shown in Fig. 1), wash the MEA carbonized solution heater 2, where they are cooled to a temperature close to the dew point and enter the tube space of the heat exchanger 3, at the top of which there is an air heater cooled by blast air to a temperature of 80-85 ° C, and at the bottom is a condenser cooled by outside air, which is released into the atmosphere, where gas is mixed with zonovozdushnoy mixture, cooling to form the condensate flowing down at the walls of pipes, the oxidation of nitrogen oxides to higher, absorption of the condensate and an intense acid formation in the process of condensation of water vapor [Production of nitric acid in aggregates high unit capacity under. ed. V.M. Olevsky. - M.: Chemistry, 1985, p. 44]. From the condenser, purified from nitrogen oxides and cooled to a temperature of 35-45 ° C, in the range of which it is recommended to absorb CO ₂ with an MEA solution, the flue gases enter the carbonizer 5, where they are in countercurrent contact with an 8-10% MEA solution sprayed from dispersant 6, which absorbs carbon dioxide and carbonized is collected in a cube of carbonizer 5, and purified from carbon dioxide to a concentration of 3-4% by volume (a large degree of purification is not economically feasible in terms of the cost of the target product - CO ₂ ) smoke New gases are separated from the entrained droplets of the MEA solution in the drop eliminator 7 and are released into the atmosphere. The condensate, saturated with acidic components, from the condenser enters the anion exchange filter 4, where it is purified from acidic components and sent to water treatment for subsequent use. In this case, the regeneration of filter anion exchange resin 4 is carried out with a solution of sodium hydroxide (NaOH) to obtain a solution of NaNO ₃ , which is sold as nitrogen fertilizer. The carbonated MEA solution from the carbonizer cube 5 is pumped with a pump 8 with a pressure above atmospheric pressure to the heater of the carbonized MEA 2 solution, where it is heated to the saturation temperature at the developed pressure, enters the throttle 9, where its pressure decreases to atmospheric, as a result of which it boils and in the form vapor-liquid mixture through the lower liquid distributor 12 is fed into the decarbonizer 10, operating on the basis of rectification [A.N. Planovsky, P.I. Nikolaev. Processes and devices of chemical and petrochemical technology. - M.: Chemistry, 1972, p.

270]. Легкая фракция из нижнего распределителя 12 в парообразном состоянии поднимается в верхнюю секцию, заполненную насадкой 13 (например, кольцами Рашига), где в противотоке с опускающееся жидкостью обогащается CO₂, поступает в охладитель выпара 14, охлаждаемый питательной водой, в котором происходит конденсация раствора МЭА, поступающего в конденсатосборник 15 и отделение от него газообразного CO₂. Тяжелая фракция из верхнего распределителя 11 в парожидкостном состоянии опускается в нижнюю секцию, заполненную насадкой (например, кольцами Рашига) 13 декарбонизатора 10, где в противотоке с поднимающимся CO₂ обогащается раствором МЭА и поступает в куб декарбонизатора 10, который подогревается острым паром (например, паром из сепаратора непрерывной продувки), количество которого незначительно, т.к. предварительно карбонизированный раствор МЭА доводится до кипения дымовых газов при повышенном давлении в подогревателе 2, после чего декарбонизированнй раствор МЭА циркуляционным насосом 18 вновь подается на орошение в карбонизатор 5. Выделенный CO₂, из охладителя выпара 14, вентилятором 17 через распределитель 26 подается в окситенк 19, корпус 20 и головка 21 которого выполнены из светопрозрачного материала, пропускающего солнечный свет. В окситенке 19 осуществляется контактирование CO₂ с водой, в которой присутствуют фотосинтезирующие водоросли - хлоропласты (например, хлорелла, отличающаяся высокой скоростью усвоения CO₂), и в результате солнечного облучения, которое при необходимости заменяется искусственным (источники облучения на фиг. 1 не показаны), происходит фотосинтез, заключительную стадию которого можно выразить стехиометрическим уравнением реакции270]. The light fraction from the lower distributor 12 in a vaporous state rises to the upper section filled with a nozzle 13 (for example, Raschig rings), where CO ₂ is enriched in countercurrent with a dropping liquid, enters the vapor cooler 14, cooled with feed water, in which the MEA solution is condensed entering the condensate collector 15 and the separation of gaseous CO ₂ from it. The heavy fraction from the upper distributor 11 in a vapor-liquid state is lowered into the lower section filled with a nozzle (for example, Raschig rings) 13 of the decarbonizer 10, where in countercurrent with rising CO _{2 it is} enriched with an MEA solution and enters the decarbonizer 10 cube, which is heated with hot steam (for example, steam from a continuous purge separator), the amount of which is insignificant, because the pre-carbonized MEA solution is brought to a boil of flue gases at elevated pressure in the heater 2, after which the decarbonated MEA solution is circulated again to the carbonizer 5 by the circulation pump 18 for irrigation. The extracted CO ₂ from the vapor cooler 14 is fed through the distributor 26 to the oxyten 19 , the housing 20 and the head 21 of which are made of translucent material that transmits sunlight. In Oxytene 19, CO ₂ is contacted with water in which photosynthetic algae are present — chloroplasts (for example, chlorella, which has a high rate of assimilation of CO ₂ ), and as a result of solar irradiation, which if necessary is replaced by artificial (the radiation sources in Fig. 1 are not shown ), photosynthesis occurs, the final stage of which can be expressed by the stoichiometric reaction equation

При этом в окситенке 19 в верхней прозрачной зоне происходит световая фаза фотосинтеза, в нижней (конусном днище 22) - темновая (ферментативная) фаза. Полученные углеводы постепенно опускаются, образуя осадок в виде водного раствора органической массы, который удаляется через патрубок 24, а кислород за счет своего удельного веса поднимается вверх, собирается в кислородной головке 21 и выбрасывается в атмосферу или реализуется потребителю. Сырой осадок органической массы направляется на дальнейшую переработку для получения топлива из полученной биомассы или для приготовления корма для животных и далее реализуется потребителям.Moreover, the light phase of photosynthesis occurs in oxytene 19 in the upper transparent zone, and the dark (enzymatic) phase occurs in the lower (conical bottom 22). The resulting carbohydrates are gradually lowered, forming a precipitate in the form of an aqueous solution of organic matter, which is removed through the pipe 24, and oxygen due to its specific gravity rises, is collected in the oxygen head 21 and is released into the atmosphere or sold to the consumer. The raw sludge of organic matter is sent for further processing to obtain fuel from the resulting biomass or for the preparation of animal feed and then sold to consumers.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство обеспечивают повышение скорости и степени очистки дымовых газов с одновременной утилизацией вредных компонентов, водяных паров, тепла, диоксида углерода, причем последний конвертируется в кислород, снижая тем самым угрозу парникового эффекта окружающей атмосферы и, в конечном счете, увеличивая экологическую и экономическую эффективность процесса очистки дымовых газов, приближая процесс получения тепла к безотходному производству с замкнутым циклом.Thus, the proposed method and device provide an increase in the speed and degree of purification of flue gases with the simultaneous utilization of harmful components, water vapor, heat, carbon dioxide, the latter being converted into oxygen, thereby reducing the threat of the greenhouse effect of the surrounding atmosphere and, ultimately, increasing environmental and economic efficiency of the flue gas cleaning process, bringing the process of heat generation closer to non-waste production with a closed cycle.

Claims

1. An integrated method for cleaning and utilizing flue gases with the conversion of carbon dioxide into oxygen, including cooling the flue gases in a heater with a saturated solution of monoethanolamine (MEA), blast air and outdoor flue gas air to a temperature below the dew point with the formation of water vapor condensate in a vertical tubular heat exchanger where they are purified from most of the nitrogen oxides due to acid formation during condensation of water vapor, are freed from carbon oxides by absorption by a solution of MEA in the carbonizer and are separated from the entrained droplets in the droplet eliminator, and the carbonated MEA solution is heated by the heat of the flue gases to saturation temperature at excess pressure, throttled to atmospheric pressure, boils and enters the middle part of the decarbonizer, where the carbonized MEA solution is divided into a volatile fraction, which, as a result condensation in a vapor cooler cooled with feed water is divided into MEA condensate and carbon dioxide gas, and the decarbonated MEA solution is removed from the decarb cube trainer of, heated with live steam, is mixed with the condensate from the coolant vapor and a circulation pump is again supplied to the absorption, characterized in that a dedicated CO ₂ fan through the CO ₂ distributor is supplied in oksitenk where it interacts with the water in which the present photosynthetic algae - chloroplasts , and as a result of solar or artificial irradiation, photosynthesis occurs with the formation of carbohydrates and oxygen during the light and dark phases of photosynthesis, while the resulting carbohydrates gradually but they fall, forming a precipitate in the form of an aqueous solution of organic matter, which is removed through the pipe to remove sediment, and oxygen due to its specific gravity rises, is collected in the oxygen head and is removed from the apparatus.

2. A device for implementing the method according to claim 1, comprising a gas duct connected in series with a MEA carbonized solution heater and a vertical tubular heat exchanger, which is condensed with an anion exchange filter, and with a carbonizer, which is a hollow tower, in the upper part of which are placed a liquid dispersant and a droplet eliminator, and the bottom is connected by a pipeline and a pump through an MEA carbonized solution heater and a choke with a decarbonizer, inside of which there are upper and lower lower liquid distributors and sections filled with a nozzle, respectively, with the top of the decarbonizer connected by a pipe to the vapor cooler, which is connected via the MEA condensate through a condensate collector and a water trap to the upper liquid distributor, the lower liquid distributor of the decarbonizer is connected to the throttle, its bottom is connected through the pipeline and the circulation pump hydrogate with coolant vapor and liquid dispersant carbonation, wherein the vapor cooler connected by CO ₂ via a fan Sitenkov which consists of a body with oxygen-head, made of translucent material and a conical bottom provided with nozzles supplying carbon dioxide discharging precipitate and make-up water supply, respectively, within which the CO ₂ distributor is connected with a branch pipe feeding carbon dioxide.