RU2802622C1 - Способ очистки отходящих дымовых газов от кислых компонентов - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к комплексной очистке различных газообразных выбросов промышленных производств, в частности дымовых газов. Способ очистки дымовых газов от CO₂, CO, NO₂, SO₂ включает прокачивание потока очищаемых газов через емкость с жидкой реакционной средой, отделение и последующую утилизацию образующихся побочных продуктов. Также включает регенерацию отработанной реакционной среды путем насыщения кислородом и рециркуляцию регенерированной среды на прокачивание. В качестве реакционной среды используют 0,02-2,0 М водную суспензию фторида кальция, насыщенную кислородом. Изобретение позволяет проводить процесс очистки газов в неагрессивной среде, упростить процессы отделения и утилизации образующихся побочных продуктов. 1 пр.

Description

Изобретение относится к области комплексной очистки различных газообразных выбросов промышленных производств и может быть использовано, в частности, для улавливания токсичных газов, таких как оксиды серы, азота, углерода и диоксид углерода, из дымовых газов.

Известны способы удаления оксидов серы, азота, углерода из отходящих дымовых газов путем введения их в контакт с окислителями в присутствии катализатора, либо путем использования основных реагентов (см. RU №2149679, кл. B01D 53/34, B01D 53/50, B01D 53/74, B01D 53/78, B01D 53/80, F23J 15/00, B01J 10/00, B01F 13/02, F27B 19/00, опубл. 27.05.2000; RU №2100058, кл. B01D 53/14, B01D 53/75, B01D 53/78, опубл. 27.12.1997; RU №2089287, кл. B01J 23/78, B01J 23/86, B01D 53/78, B01J 23/86, B01J 101/64, опубл. 10.09.1997; RU №2211728, кл. B01J 23/86, B01D 53/62, B01D 53/94, опубл. 10.09.2003; RU №2041737, кл. B01J 23/86, B01D 53/56, B01D 53/62, опубл. 20.08.1995; SU №521925, кл. B01J 23/94, B01J 23/26, опубл. 25.07.1976; RU №2199389, кл. B01J 23/89, B01J 23/72, B01J 23/74, B01J 27/055, B01J 21/00, B01J 21/18, B01J 37/00, B01J 37/02, B01J 37/34, B01D 53/54, B01D 53/94, опубл. 27.02.2003; RU №2043146, кл. B01J 23/02, B01J 23/10, B01D 53/94, опубл. 10.09.1995; RU №2080177, кл. B01J 29/64, B01D 53/56, B01J 29/64, B01J 101/62, опубл. 27.05.1997; US №05155077, кл. B01J 29/06, 13.10.1992; ЕР №0687495, кл. B01D 53/94, D01J 23/89, опубл. 20.12.1995; ЕР №0393515, кл. B01D 53/36, B01J 23/86, опубл. 24.10.1990, RU №2371239, кл. B01D 53/14, B01D 53/75, C02F 11/04, опубл. 27.10.2009; RU №2102122, кл. B01D 53/56, B01D 53/50, B01D 53/75, опубл. 20.01.1998).

Известные изобретения предназначены для использования при высоких концентрациях загрязнителей в отходящих газах. Общим недостатком вышеперечисленных решений является малоэффективность очистки отходящих газов от смеси загрязнителей. Кроме того, отсутствие комплексного подхода в известных технических решениях приводит к высоким эксплуатационным затратам при их реализации.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ очистки дымовых газов, описанный в патенте RU №2504425 (кл. B01D 53/60, опубл. 20.01.2014), по которому поток отходящих дымовых газов, содержащий в составе низшие оксиды серы, азота, углерода и диоксид углерода (далее - загрязнители), прокачивают через емкость, заполненную 5,0-10,0 М водным раствором трифторуксусной кислоты (далее - ТФК), насыщенной кислородом (далее ТФК-О₂) при температуре 10-25°С и атмосферном давлении. Результатом предварительного насыщения водного раствора ТФК кислородом является образование сильного окислителя. При прокачивании отходящих газов содержащиеся в них токсичные газообразные оксиды серы, азота, углерода, превращаются в высшие олигомеры (оксиды), а затем, в результате взаимодействия последних с водой, присутствующей непосредственно в реакционной среде - водном растворе ТФК, в соответствующие кислоты. Продукты окисления подвергают разделению с отделением водного раствора ТФК и побочных продуктов окисления, преимущественно, в виде серной, азотной, щавелевой кислот без примесей, которые утилизируют по назначению.

Недостатком известного технического решения является сложность разделения полученных продуктов реакции. Поскольку растворы ТФК являются гомогенными системами для разделения полученных продуктов от поглотителя необходимо применять сложные схемы выделения из системы сорбента. Кроме того, известному способу свойственна агрессивность среды, приводящая к необходимости соблюдения мер защиты при контакте с ней и к коррозии оборудования, связанной с проблемами экологического характера.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, выражается в повышении эффективности очистки отходящих дымовых газов от кислых компонентов, а именно, CO₂, CO, NO₂, SO₂.

Технический эффект, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в упрощении отделения продуктов реакции от поглотителя и уменьшение агрессивности среды.

Для решения поставленной задачи способ очистки дымовых газов от CO₂, CO, NO₂, SO₂, включающий прокачивание потока очищаемых газов через емкость с жидкой реакционной средой, отделение и последующую утилизацию образующихся побочных продуктов, регенерацию отработанной жидкой реакционной среды путем насыщения кислородом и рециркуляцию регенерированной среды на прокачивание, характеризуется тем, что в качестве реакционной среды используют 0,02-2,0 М водную суспензию фторида кальция, насыщенную кислородом.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».

Признаки отличительной части формулы изобретения позволяет проводить процесс очистки дымовых газов в менее агрессивной среде, снизить количество стадий регенерации, упростить процессы отделения и утилизации получаемых побочных продуктов.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Поток отходящих дымовых газов, содержащий в своем составе, в том числе, низшие оксиды серы, азота, углерода и диоксид углерода в любом сочетании и соотношении (далее - загрязнители), прокачивают через емкость, заполненную 0,02-2,0 М суспензией фторида кальция (далее - CaF₂), насыщенной кислородом (далее CaF₂-О₂) при поддерживаемой технологически обусловленной температуре 10-25°С и атмосферном давлении.

Результатом предварительного насыщения водной суспензии CaF₂ кислородом является образование сильного окислителя. При прокачивании отходящих газов загрязняющие их токсичные газообразные оксиды серы, азота, углерода превращаются в высшие олигомеры (оксиды), а затем, в результате взаимодействия последних с водой, присутствующей непосредственно в реакционной среде - водном растворе CaF₂, в соответствующие кислоты. Использование гетерогенной системы, а именно, водной суспензии CaF₂, приводит к снижению количества стадий регенераций, упрощению процесса отделения побочных продуктов, и, как следствие, упрощению процесса их утилизации за счет отсутствия необходимости разделения гомогенной системы.

Насыщение 0,02-2,0 М водной суспензии CaF₂ кислородом осуществляют любым известным способом, в том числе прокачкой через ее объем воздуха или газообразного кислорода.

При прокачке отходящих дымовых газов загрязнители через стадию образования оксидов превращаются в соответствующие кислоты. При фиксировании сигнала о проскоке загрязнителя поток отходящих дымовых газов, подаваемых на очистку, направляют во вторую емкость, заполненную новой порцией 0,02-2,0 М (мегамоли) водной суспензии CaF₂-О₂. Отработанную водную суспензию CaF₂ направляют на регенерацию, заключающуюся в насыщении водной суспензии CaF₂ новой порцией кислорода. После регенерации 0,02-2,0 М водную суспензию CaF₂-О₂ направляют на рецикл. Очищенный газовый поток выводят в атмосферу.

Ниже приведен пример, иллюстрирующий описываемый способ, но не ограничивающий его применение.

Пример. Очистку отходящих дымовых газов, содержащих, в том числе, по объему 10% CO₂, 0,14% NO₂, 0,09% СО, 0,03% SO₂, проводили в лабораторных условиях при температуре 20°С и атмосферном давлении. 2,0 М водную суспензию CaF₂ предварительно насыщали кислородом воздуха в течение 30 мин. Смоделированные газы прокачивали (барботирование) через 2,0 М водную суспензию CaF₂-О₂ в течение 60 мин со скоростью 30 мл/мин. На выходе из системы состав газа на содержание окисляемых вредных соединений исследовали с помощью газоанализатора. Токсичные соединения обнаруживали на выходе из реакционной емкости на 90-й минуте. В качестве сравнения, при проведении исследования известным способом и использовании исходного дымового газа аналогичного состава, время проскока сернистых соединений составило 60 мин.

Таким образом, поглотительная способность реакционной среды возрастает в полтора раза.

В начале проскока токсичных соединений подачу газов осуществляли во вторую емкость, содержащую 2,0 М водную суспензию CaF₂-О₂. Водную суспензию CaF₂ первой емкости подвергали регенерации кислородом воздуха до достижения максимального содержания кислорода в реакционной жидкости. Регенерированную суспензию направляли на прокачивание. Для разделения продуктов реакции от CaF₂ использовали фильтрование. Таким образом, разделение основного компонента сорбционной системы происходит гораздо проще, чем в известном аналоге. В результате очистки степень очищения дымовых газов составила около 100% отн.

Claims (1)

1. Способ очистки дымовых газов от CO₂, CO, NO₂, SO₂, включающий прокачивание потока очищаемых газов через емкость с жидкой реакционной средой, отделение и последующую утилизацию образующихся побочных продуктов, регенерацию отработанной реакционной среды путем насыщения кислородом и рециркуляцию регенерированной среды на прокачивание, характеризующийся тем, что в качестве реакционной среды используют 0,02-2,0 М водную суспензию фторида кальция, насыщенную кислородом.