UA61885C2 - System and method for the reduction of no2 in flue gas in collector - Google Patents

Description

Опис винаходу

Винахід стосується систем по очищенню топочних газів. Зокрема, винахід відноситься до газоочищувальних 2 башт мокрого типу для видалення небажаних забруднювачів повітря (наприклад; мікрочастинок; газів, які призводять до кислотного дощу; органічних токсинів; запахів и т.п.) з потоку топочних газів, виробленого промисловими, адміністративними, та санітарними (ПАС) бойлерами, особливо для очищення від окислів азоту (МОХ).

Поштовхом до розробки економічно ефективної технології по зменшенню МО, емісій від всіх стаціонарних 70 джерел згоряння сприяло затвердження Американським Конгресом в 1990 році поправки до Закону про Чисте

Повітря (ЗЧП). Недавня публікація (ЕРА-453/К-94-022), Агенства по Захисту Навколишнього Середовища (АЗНС) чітко обумовлює, що новий розклад по зменшенню МО, відноситься до ПАС бойлерів (з розміром тепловіддачі від 0,4 до 1500МВІш/г), особливо до тіш, емісія яких перевищує 25 тон МО , на рік. Така річна емісія МО Х виробляється топками, які працюють на рідкому паливі з виробництвом в 5ММУУ, або газовими топками з 12 виробництвом в ТОММУ.

Існує багато способів зменшення МО , емісій з існуючих бойлерів. Звичайно найбільш простими та економічними є модифікації процесу горіння. Типові приклади: а) перехід до палива а низьким вмістом М; б) зменшення подачі повітря; в) зниження температури горіння шляхом впорскування води або пару, г) зменшення часу знаходження в зоні горіння: д) рециркуляція та вторинне згоряння всіх або частини топочних газів, є) встановлення: вторинної камери згоряння; ж) заміна камери згоряння на нову, с низьким МО у викидом. Ревла технологій по зменшенню викиду МОХ вміщують в собі ту чи іншу форму обробки топочних газів. Три основні підгрупи: а) реакція з вибірковим каталізаторним розкладом (ВКР) або з вибірковим не каталізаторним розкладом (ВНКР) між МО, та аміаком (сечовиною) до Мо; б) мокра очистка газового потоку за участю окислювача (для перетворення МО в розчинний МО 5) або з застосуванням МО-специфічного абсорбента; в) с 22 утворення короткочасних, але високо реактивник вільних радикалів за допомогою електричного розряду. Го)

З технологій по переобладнанню, популярних в наш час серед власників ПАС бойлерів в розумінні зниження

МО, потрійна модифікація; яка складається з переходу до природного газу, встановлення нової камери горіння з низьким МО,, виробництвом та рециркуляції топочних газів для вторинного горіння; вважається найкращим варіантом. Тому вибірковий каталізаторний розклад (ВКР) є єдиною технологією по обробці топочних газів, яка о користується успіхом, незважаючи на високу встановочну вартість ВКР технологія в наш час визнається і с промисловістю, і АЗНС як Найкраща Існуюча Технологія (НІТ), тому, що вона здатна знизити МО , емісію бойлерів з газовими та масляними камерами горіння на 80965. со

Стимульований МН», не каталізаторний розклад МО, (ВНКР) приходить на зміну ВКР при згорянні вугілля «-- або палива з високим вмістом сірки. Головна перевага ВНКР перед ВКР полягає в тому, що він в два рази 325 фінансово ефективніший, хоч рідко досягає зниження МО , більше як на бО9Уо. Головним його недоліком є о необхідність високої температури топочних газів, в основному вищої за 800"С. Алє більшість ПАС бойлерів в наш час обладнана економайзерами, які знижують температуру топочних газів до З00"С або нижче.

В наш час в значній частині досліджень зостосовуються електричні розряди всередені топочних газів, « наприклад: пульсуючий коронний розряд, діелектричний бар'єрний розряд, тліючий розряд постійного струму, З 50 електронний промінь і т.д. Метою є виробництво короткочасно існуючих вільних радикалів, які спонтанно с реагують з молекулами МО, розкладаючи більшість з них до М» і при. цьому не розкладаючи молекули СО» до з» СО. Висока встановча вартість разом з очікуваною високою вартістю по догляду та утриманню є головною перешкодою для комерційного застосування цих технологій. Друга проблема є в тому, що електричній розряд призводить до утворення ОН радикалів (разом з 0. Н, О 3), які реагують з СО та Мо, виробляючи МО, що призводить до підвищення, а не зниження МО,. б Головним недоліком всіх вище перерахованих способів та систем по зниженню МО, емісій є те, що вони - вимагають або одноразових, або постійних безповоротних капіталовкладень. Тобто є вимога в більш економічних методах та системах по зниженню МО, емісій. бо Утворення кисневих радикалів (О або О 3) у процесі окислення жовтого фосфору (Р /) відоме на протязі о 20 багатьох років (Тай О Раїт, Ріозрпогив Ргорегіевз ої (пе ЕіІетепі апа оте ої їз Сотрошпаз. Теппеззее МайПеу

Аційпогйу, ММівоп Юат, АіІарбата, Спет Епо Керогі 5, 1950. ОК Мап УУагег. Ріпозрпогиз апа йв Сотроипаз сл Іпіегесіепсе, Мему Хогк 1958). Введення Р; в розпилений потік мокрого скруббера з метою окислення МО до МО» в потоку топочних газів від бойлера було запропоновано 5.05. Спапо і .С. (іш (Майшге, 343:151-3. 1990).

Виходячи з результатів лабораторних досліджень, автори (5.05. Спапд апа О.К. ее, Епмігоптепіа! Ргод, 99 11:66-73, 1992) вказують на економічну доцільність зниження МО у, емісії за допомогою Ру індуктованого

ГФ) перетворення МО в МО» в мокрому скруббері, особливо якщо вартість можна повернути маркетінгом фосфатів, юю виловлених скрубберною рідиною. Але перехід вказаних лабораторних досліджень в промисловість неможливий без подолання багаточисленних серйозних інженерних проблем, Р; є високо реактивна субстанція. Поводження з нею, а також її зберігання завжди вимагають герметичності, тобто ізоляції від повітря, що являє собою 60 інженерну проблему при обробці потоку відносно великої кількості газів. Більш того, для формування рідина/рідина емульсії між Р; і водою температура розбризканого потоку ніколи не повинна бути нижчою за 4556.

Місцезнаходження Р/ МО взаємодії в потоці скруббера, запропоноване Чанг та співавторами, створює в5 труднощі для повної ізоляції всіх небажаних продуктів реакції, наприклад озону та окислів фосфору. Більш того, Р//МО взаємодія в рідинно-газовому середовищі мокрого скруббера створює труднощі по досягненню оптимального молярного Р/М співвідношення, необхідного для досягнення економічної ефективності. Інші проблеми з запропонованим введенням Р; в рідкий потік мокрого скруббера є в тому, що резервуар на дні скруббера не може утримувати надлишок Р», якщо цей резервуар потрібно чистити та фільтрувати, і що ефективність реакції між кисневими радикалами та МО молекулами залежить від часу знаходження реактивів у зрошувальній башті. І останнє: реакції між Р; та МО вірогідно проходять в випарювальній фазі. Звідки, введення фосфору в рідкий потік скруббера буде небажаним з багатьох причин.

Ці проблеми можна перемогти за допомогою метода та системи (у відповідності з винаходом), де Р./МО взаємодія проходить в колекторі топочних газів до мокрого скруббера і незалежно від решти ступенів мокрої 7/0 очистки, Цей перенос місця реакції та її відокремлення дають змогу: а) максималізувати безпеку по відношенню до зберігання та поводження з Р у; б) оптимізувати Р./МО взаємодію в випарювальній фазі; в) затримання всіх небезпечних побічних продуктів. Більш того, метод та система (у відповідності з винаходом) передбачають надалі економічний контроль забруднення повітря шляхом комбінації мокрої очистки з вторинним використанням тепла газів, які викидаються. Тобто, очиснайсистема (у відповідності з винаходом) поєднує стимульоване 7/5 озоном окислення МО до МО» з мокрою очисткою та відновленням тепла. Кінцевим результатом є виняткова модифікаційна система захисту навколишнього середовища, яка здатна видалити більше 8095 МО, газів, коло 9595 505, 9995 частинок і яка, якщо потрібно, також дозволяє відновлення та утілізацію енергії.

Предметом цього винаходу є забезпечення системи зниження МО , емісій та метода, який перемагає вищезгадані технологічні та економічні проблеми.

Другим предметом даного винаходу є забезпечення системи зниження МО , емісій і метода, який поєднує це зниження з утилізацією тепла, що викидається.

Крім того, наступним предметом винаходу є повний контроль за забрудненням навколишнього середовища та система по використанню тепла, що викидається, яка дозволяє безперервне видалення 50 , та частинок, а також дає можливість повернення відповідних капіталовкладень. сч

Отже (у відповідності з винаходом), система для зниження вмісту МО, в топочних газах повинна складатися з: установки для приготування Р у; в водній рідина/рідина емульсії: застосування для впорскування дозованої і) кількості емульсії в дрібно розпиленому вигляді в топочні гази; засобу для видалення МО » та окислів фосфору з топочних газів. Установка для видалення знаходиться в певному місці, за рухом потоку, після установки по впорскуванню. Таким чином фосфорно прискорене окислення МО в топочних газах, яке стимулюється ю зо Ввпорскуванням емульсії, в основному завершується ще до видалення МО».

Основним засобом для видалення є газоочисна башта мокрого тилу, а основним засобом для впорскування - со розпилювальна форсунка, яка знаходиться в потоку топочних газів в певному місці до скрубберної башти, так со щоби фосфорно прискорене окислення МО в топочних газах, стимульоване впорскуванням емульсії, було в основному завершено до контакту між топочними газами та водним розчином скрубберної рідини в башті. --

Бажано, щоб установка для приготування Р ; в водній емульсії включала в себе водяну баню з підігрівом «о для розтоплення твердого фосфору, який зберігається в контейнері. Контейнер повинен бути повністю занурений в воду, щоб виключити контакт між фосфором і повітрям. Далі, в установку входить: емульсійний танк, герметично ізольований від навколишнього середовища; засіб доставки розтопленого фосфору з контейнера в. емульсійний танк; пристосування для підмішування розтопленого фосфору до води в емульсійному танку в « певному співвідношенні. В найкращому варіанті бажано, щоб система додатково мала установку для з с промивання розтопленого Р. розчином двохромової кислоти для видалення слідів забруднення.

Й Бажано також, щоб очисна башта включала в себе відстойник для збору використаної скрубберної рідини та и?» сітку для кондиціонування скрубберної рідини і відбору теплової енергії, перейнятою цією рідиною від топочних газів.

Слідуючий аспект винаходу дає нам спосіб по зниженню змісту МО, в топочних газах, який складається з б слідуючих ступенів: - приготування Ру у водній рщина/рідина емульсії; - - впорскування дозованої кількості емульсії в дрібно розпиленому вигляді в топочні гази в певному місці;

Го! - видалення МО, з топочних газів далі за течією і на відстані від певного місця. Цю відстань вибираємо 5о таким чином, щоб фосфорно прискорене окислення МО у топочних газах, стимульоване шляхом впорскування бо емульсії, в значній мірі було закінчено до видалення МО». сп Бажано, щоб топочні гази вступали в контакт з водним розчином скрубберної рідини для видалення МО » та окислів фосфору. Емульсія переважно готується шляхом нагрівання твердого Р ); у водяній бані, щоб не допустити контакту між фосфором та повітрям, та підмішування розрідженого Р ); до води в заданому в співвідношенні в атмосфері Мо.

Слідуючий аспект винаходу забезпечує апарат для зниження вмісту МО / в топочних газах, яка має в собі: (Ф, очисну башту мокрого тилу, обладнану камерою по обробці топочних газів; вхідний отвір для введення потоку ка топочних газів в очисну камеру, зрошувальну камеру для впорскування скрубберної рідини в потік топочних газів в очисній камері; відстойник для збору використаної скрубберної рідини та витяжний пристрій для оброблених бо топочних газів. Апарат для впорскування фосфорної емульсії включає в себе установку для приготування Р у в водній рідина/рідина емульсії та пристрій для впорскування дозованої кількості емульсії в дрібно розпиленому вигляді в топочні гази до попадання їх в очисну башту. Пристрій для впорскування повинен знаходитися в заданному місці перед вхідним отвором для димових газів, щоб прискорене фосфором окислення МО в топочних газах в значній мірі було завершено до того, як вони вступлять в контакт з скрубберною рідиною в башті. 65 Інші аспекти та переваги винаходу ми побачимо на прикладі наступного детального опису бажаного варіанту

Зноски зроблені до креслень, деп

Фіг.1 є схемою бажаного варіанта установки по зниженню МО, емісій у відповідності з винаходом,

Фіг2 є скелетною схемою, яка ілюструє взаємодію компонентів, вказаних на фіг.1 з доданням всього додаткового обладнання, яке здійснює нагляд та контроль за основними змінними з метою досягнення максимальної ефективності безпеки та утримання,

Фіг.3 є збільшенням деталі А в фіг.1,

Фіг.4 є збільшенням деталі Б в фіг.1.

У запропонованому варіанті, схематично проілюстрованому на фіг.1. установка (відповідно винаходу) включає в себе систему 10 для збереження та впорскування фосфору та систему 50 для мокрої очистки і 7/0 Вторинного використання тепла, яке викидається Система для збереження та впорскування фосфору складається з станцій А і Б для збереження та емульгації і установки В для впорскування фосфорної емульсії, яка буде більш детально описана нижче з зносками до малюнків З и 4 відповідно. Установка 50 з мокрої очистки та вторинного використання тепла, яке викидається, має мокру скрубберну башту 52 та сітку 54 для кондиціонування скрубберної рідини та відновлення тепла. У запропонованому процесі (у відповідності з /5 винаходом), який проілюстрований в блок-схемі на фіг.2, Р; у водній рідина/рідина емульсії впорскується в потік топочних газів за допомогою ін'єкційної установки В. Впорскування здійснюється до входу в мокру скрубберну башту 52, і точне місце впорскування вибираємо таким чином, щоб фосфорно прискорене окислення

МО в топочних газах в основному було закінчено до того, ж вони вступлять в контакт з скрубберкою рідиною.

Відстань від місця впорскування до скрубберної башти 52 розраховуємо, виходячи з швидкості потоку топочних 2о газів в місці впорскування та часу, потрібного для окислення відповідної кількості МО. присутньої в топочних газах. Цей час може бути визначений з даних, які є у відповідній літературі.

Скрубберна башта 52 відбирає від топочних газів розчинні у воді гази (в тому числі кислотні гази та гази, які призводять до парникового ефекту), частинки та функціонує як безпосередній газ до рідини, теплообмінник.

Бажано, щоб основною скрубберною рідиною була хімічно оброблена та рН збалансована вода, яка подається в с башту 52 згори через розпилювальні форсунки 58. Скрубберна рідина потім рухається до низу башти 52 по сконструйованому внутрішньому руслу 60 (СійвзсР, Сапада), яке має велику поверхню для ефективної і) теплопередачі та пересування маси. Скрубберна рідина збирається у відстойнику 62 в основі башти 52. Гарячі топочні гази направляємо в башту 52 над відстійником через вхідний отвір 72. Вони рухаються вгору назустріч потоку скрубберної рідини, який рухається вниз. Температуру рідини підбираємо таким чином, щоб дозволити ю

Зо Конденсацію водяних парів. В свою чергу це дозволяє передачу латентного та фізичного тепла від топочних газів до скрубберної рідини. Підігріту скрубберну рідину перекачуємо з відстійника 62 до теплообмінника 64 со (Міхоп-Місаго. Межм/тагкеї, Опіагіо). В процесі проходження рідини через теплообмінник вона охолоджується со перед рециркуляцією назад до розпилювальних форсунків 58 нагорі башти 52. В той самий час охолоджуюча рідина, циркулююча через теплообмінник 64, підігрівається в тій самій мірі, як скрубберна рідина --

Зв охолоджується. Підігріту охолоджуючу рідину можна потім використовувати для опалення котельної або інших «о будинків, для приготування гарячої сіткової води і т.п. Надлишок енергії в охолоджуючий рідині, не використаний для опалення котельної та в процесі очистки, наприклад, для підігріву фосфору, як буде детально описано нижче, можна реалізувати промисловим підприємствам або власникам-споживачам З часом це дозволяє повернення всіх або в крайньому випадку значної частини видатків по придбанню і оперуванню « скрубберною установкою. Звідси, аспект поновлення тепла (відповідно винаходу) створює значну економічну -птв) с перевагу системи перед загальноприйнятними методами очистки топочних газів, і особливо перед системами по зниженню МО, які не дозволяють амортизацію видатків по придбанню, встановленню та утриманню шляхом з продажу відновленої енергії. Витяжний вентилятор 68 з перемінною швидкістю, який знаходиться на витяжній трубі 70 з башта 52. автоматично контролюється дія регулювання потоку через башту, відповідно підтримуючи статичний тиск та потрібні параметри функціонування бойлера. б Скрубберна башта 52 звичайно встановлюється на невеликій відстані від існуючої димової труби, щоб топочні гази могли бути найбільш зручним та економічним способом перенаправлені від основи труби (не - показаної) до вхідного отвору башти 72. Скрубберна башта 52 розрахована на одержання повного об'єму

Го! витяжного потоку, вилучення максимальної кількості фізичного та латентного тепла в процесі охолодження газів, бажано до 38"С і на утримання частинок, ЗО» та МО». Ефективність теплообміну та транспортування залежить со від розміру поверхні контакту в скрубберній башті між газами та рідиною, температурних градієнтів зустрічних сп потоків (один зменшується догори для газів, другий збільшується донизу для рідини), вибору і підтримання співвідношення рідини до газу; вибору та підтримання кінцевої витяжної температури; вибору буфера, вибраного для регулювання рН та температури скрубберної рідини. Оптимізації регулювання викиду в атмосферу Забруднюючих речовин та процесу поновлення тепла досягаємо за допомогою системи нагляду та регулювання, котра включає в себе: датчики тиску та температури 74, 76; рН датчик 78 (Вазе Сопігоіз, Мем/тагкеї, Опіагіо);

Ф) витяжний вентилятор 68; циркуляційний насос 81 (Ритр Тесп, Іпс.. Міззіззацда, Опіагіо) в лінії скрубберної ка рідини 54; центральний контроллер 82 і регулювальний насос буферної рідини 84. Датчики 74, 76 і 78 електрично підключені за допомогою відповідних провідників 74а, 7ба і 7ва до контроллера 82 для сигналізації бо стану відповідної перемінної. Контроллер 82 в свою чергу електрично з'єднаний з витяжним вентилятором 68, циркуляційним насосом 81 і регулювальним насосом 84. за допомогою відповідних провідників бба, 81а, 84а, для регулювання потоку топочних газів, пропускної можливості сітки 54 по кондиціонуванню скрубберної рідини та поновленню тепла, яке викидається, температури і рН скрубберної рідини яка подасться розпилювальними форсунками 58, відповідно до параметрів, закладених в контроллер. Регулювання виробництва сітки 54 може б5 також здійснюватися за допомогою електричного модулюючого вентиля 75 (Вазе Сопігоїв, Мереап, Опіагіо), з'єднаного з контроллером за допомогою провідника 7ба. Багатоступеневі теплообмінники 64 (не показані)

можуть бути змонтовані в поєднанні з установкою по постачанню скрубберної рідини (не проілюстровано) таким чином, щоб завжди мати з розпорядженні акумулятор тепла достатньої ємкості для передачі енергії, яка акумулюється в скрубберній рідині. Далі, для оптимізації видалення частинок та розчинних компонентів з 0 Топочних газів, температура та кількість скрубберної рідини, яку впорскують в топочні гази, регулюються таким чином, щоб кінцева температура на витяжці була нижче точки роси (нижче 50"С). Це дозволяє виловити з топочних газів два види тепла: латентне та фізичне. Відстойник 62 при скрубберній башті приймає розпилену рідину та водяні пари, які конденсуються з топочних газів. Рідина у відстойнику 62 також містить в собі всі виловлені частинки та розчинені гази, які були перетворені в кислоти, а потім нейтралізовані буфером в 7/0 скрубберній рідині. Відстойник забезпечується обробленою перед там водою 86 і бажано, щоб він був обладнаний стандартним автоматичним шаровим поплавковим клапаном 88 для контролю різня рідини. Але через конденсацію водяних парів, присутніх в потоку топочних газів, у відстойнику звичайно є надлишок води порівняно з вимогами для рециркуляції скрубберної рідини. В основному саме тому деяку кількість рідини зливають або постійно, або періодично в дренаж через дренажні клапани 90. В запропонованому варіанті це /5 Можна здійснити або до, або після очистки і/або фільтрації скрубберної рідини за допомогою фільтра 92 (ЕМСО

Ргосезз Едиіртепі Міззіззацда, Опіагіод Лужинна буферна рідина, яка регулює рН скрубберної рідини, подається в лінію скрубберної рідини 54 з танка для зберігання буферної рідини 98 регуляційним насосом 84, який електрично з'єднаний з центральним контроллером 82 провідником 84а. Танк для збереження 98 обладнаний змішуючим пристроєм 100 для постійного або періодичного перемішування буферної рідини 2о залежно від тої буферної рідини, яка використовується. Найкращими буферними інгридієнтами є Ма» СО»з і/або

Мансо», які зберігаються у водному розчині в танку для збереження буферної рідини. Оброблена перед тим вода може бути підведена до танку буферної рідини 98 по трубопроводу обробленої води 94, обладнаному клапаном 96 На літі очисної рідини 54 передбачений байпас 102, котрий дозволяє ремонт і обслуговування фільтра 92 та регуляцію подачі скрубберної рідини. сч

Скрубберні башти мокрого типу такої принципіальної конструкції та функціонування використовуються для очистки топочних газів від різноманітних котельних (Тіїзоприга Оівігісї Метогіа! Нозрійа). Тізаприге ОМ, і)

ОКамжа Сіміс Нозріїаі, Ойатша. ОМ Саітеаи Земжаде Тгеаїтепі Ріапі, Саїтеаий, РО) з виробництвом від 20 до бОМВіш/г. Всі вони відновлюють та утилізують тепло, яке викидається В розумінні охорони навколишнього середовища ш очисні системи видаляють більш 9595 частинок і практично всі ЗО, гази, але лише до 5095 МО, ю зо газів. Даний винахід дозволяє покращити щ характеристики шляхом додання установки по збереженню та впорскуванню фосфора. со

МО, газ складається з М»О, МО та МО». Затримання останніх скруббером залежить ви їх розчинності в воді со та наскільки легко вони трансформуються (за допомогою хімічних реакцій) в видній фазі МО с найменше, я МО» - найбільше розчинні з трьох газів, які складають МО,. При температурі газів в коллекторі ЗО0"С та вище М»О -- з5 спонтанно перетворюється в Мо на самому початку процеса і тому майже не доходить до скруббера. При (9 температурі З00"С МО, майже на 9095 складається з МО. Але до скруббера МО може бути в межах 50-6090 внаслідок повільного, але спонтанного окислення його до МО». 2МОж05-52МО» (І)

Ступінь перетворення залежить від вмісту О 25, вільного радикалу О, вмісту СО, температури та довжини « колектора між бойлером та скрубберною баштою 52. шщ с Після попадання МО 5 в розчин він відносно легко паралізується, формуючи нітріт та нітрітні іони, як й вказано в реакції (ІІ), но 2М05-Н»О-иМО2-МОзн2Н (І) особливо при наявності буфера, призначеного для видалення Н " іонів Невелика кількість МО, розчиненого 79 в скруббершйи рідині, може реагувати з МО» утворюючи нітріти та нітрати як показано нижче

Ф МОЖЗМО 25-- »М2Оз-М2О (І) - МоОз-НьО-»2М0о2Н" (ее) М2О;НьО-иМО2МОз2Н со 50 Теоретичні розрахунки показують, що до 9095 всього МО, можна видалити мокрою очисткою, якщо він весь буде поступати в скрубберну башту в вигляді МО». Чанг та Лі (1992) вже продемонстрували що окислення МО до сл МО» всередині скруббера прискорюється при наявності Р у в області реакції Нижче приводимо ланцюг реакцій, які передбачаються:

Р.-О02-»2РО)кО" (Ма) 59 РаОпО2-иРаОпи то" (Мб)

ГФ) 2МОоЖО"О03)-52МО»тО»5 (ІМв) де Н може приймати значення від 1 до 9. Передбачається, що ці реакції протікають головним чином в паровій о фазі. Тому додача Р. в потік скрубберної рідини в башті, як пропорють Чанг з співавтором, є недоліком. Для максимального збільшення ефективності цих реакцій (у відповідності з даним винаходом) місце їх протікання 60 перенесено в колектор перед скруббером, де існуюча температура гарантує відносно високий тиск парів Р/. В температурному інтервалі від точки плавлення (44"С) до кипіння (280"С) парціальний тиск парів Р. збільшується експоненційно від 0,000233 до 1,0 атмосфери. Температура в колекторі до скруббера звичайно є в інтервалі від 480 до 180"С. При температурах вище 2807"С тетраедр Р. перетворюється в менш реактивний червоний (аморфний) фосфор. Тому оптимальний діапазон температур для ланцюгових реакцій (ІМ) є між 1807С і 28070. бо Ділянки системи (10) для обробки та впорскування фосфору запроектовані для збереження. розплавлення,

розбавлення, емульгування, доставки в колектор та розпилення водної Р /, рідина/рідина емульсії Ці ділянки схематично представлені як апаратні вузли А, Б та В на фіг.1. Збільшене зображення вузлів А та Б представлене на фіг.З і 4 відповідно

Білий фосфор є у вільному продажі (Вгапаеїв, Вайітоге. МО) в 250кг запломбованих металевих бочках 12 (див. Фіг.3), які містять по 200кг твердого фосфору 14 під 20кг товщею води 16 (густина твердого фосфору Р у дорівнює 1.828г/см7). З метою уникнення виробничих травм перед тим, як зняти резьбову наповнюючу пробку з металевої бочки 12 для підключення трубопроводів, які підключають вузли А і Б, бочка повинна бути повністю занурена в водяну баню 18. Крім гарантії відсутності контакту між фосфором та повітрям (при підключенні 70 трубопроводів), водяна баня 18 також служить для підігріву Р 4 вище точки плавлення; (44.17С). З цією метою водяна баня 18 утримується яри постійній температурі 50-557С. Гаряча вода з температурою 55"7С подасться в бак 22 з одної сторони знизу, Через впускний клапан 19 і відводиться з протилежної сторони через випускний клапан 20, розташований біля верхнього краю бака. Ввід та вивід з водяної бані бажано приварити до баку 22 під таким кутом, щоб забезпечити циркуляцію в водяній бані 18. Насос (не показаний) гарантує необхідне 75 постачання підігрітої Води. Водяна баня 18 може бути виготовлена досить великою, щоб вмістити декілька металевих бочок 12, число яких буде залежати від кількості споживання Р 4. Енергія для підігріву водяної бані 18 поступає від теплообмінника, запитуємого паром або вбудованого в газообмінну сітку 54 (див фіг.1).

Якщо необхідно, розплавлений Р. бажано промивати розчином двухромової кислоти для видалення домішків (Аз та масла). Цей розчин подається через трубу миючого розчину 24 та чотирьохходовий клапан 26. Рідкий Ру подається з визначеною швидкістю з бочки 12 в емульгуючий вузел Б за допомогою передаточної труби 27, чотирьохходового клапану 26 та стояка 29 шляхом витиснення його водою, яка накачується в бочку об'ємним регулювальним насосом 28 (Ритр Тесп Іпс, Міззіззацда, Опіаго) та трьохходовим клапанам З0 для забезпечення емульгуючого вузла визначеною постійною кількістю Р.

Гаряча промивочна вода подається до бочки 12, стояка 29. передаючої труби 27,3-х та 4-х ходових клапанів Га

ЗО та 26 через трубопроводи промивочної води 32 для вимивання з системи затверділого Рі. Якщо маємо другу трубопроводну систему, то переключення на інший бак 12 може бути виконано скоро та ефективно і)

Збільшене зображення герметичного емульгаційного вузла 5 маємо на фіг.4. Рідкий Р. і вода закачуються в емульгаційний бак 34 з визначеними постійними швидкостями, розрахованими на одержання та підтримання постійної Р./вода швидкості розбавлення (наприклад коло 1:100 при швидкості МО , емісії З00 частинок в ю хвилину), і емульгуються в ньому за допомогою стандартного змішувача 32 Не обігріта передаточна труба 27 (див фіг.3) від водяної бані 18 (»50"С) до емульгаційного баку 34 (2707) теплоізольована для того, щоб не со допустити її охолодження нижче температури затвердіння Рі (4572). Передаточна труба 27 підведена до ее) емульгаційного баку таким чином, що вшивний кінець Р. 36 розташований безпосередньо над перемішуючою лопастю 37 змішувача 38 для того, щоб не допустити остання тяжкого, який не змішується, фосфору та гарантії -- негайного емульгування цих двох рідин. Бажано температуру емульсії 39 підтримувати на рівні 707 шляхом Ге) стандартного зануреного обігрівача 35. Р/у/водна емульсія 39 транспортується з наперед визначеною швидкістю шляхом стандартного регулюючого насоса 40 (Ритр Теспі Іпс, Міззіззацда, Опіагіо) до розпилювальної форсунки 41, яка розташована в потоку топочних газів всередині заборного колектора 51, проведеного до мокрої « скрубберної башти 52 (див. мал.1). Емульсія миттєво розпилюється форсункою 41 в мікрокраплі ( «бОум діаметром) за допомогою стиснутого повітря (або пару), яке підведено до цієї ж форсунки 41, допомагаючи цим - с виносу мікрокрапель в потік топочних газів. Стиснуте повітря виробляється стандартним повітряним ц компресором (не показаним) відповідно специфікації виробника форсунки. Вибір розпилювальної форсунки 41 ,» залежить від бажаної геометрії штоку (кутової відстані, широти, профілю розрізу) Форсунки з кількома розпилювальними отворами є у вільному продажі (ТигробЗотс Іпс., УУайепоо, Опіагіо) Вони виробляють різноманітний профіль потоку (круглий, квадратний, прямокутний), з любим комплектом розмірів. Таким чином (є) профіль потоку можна точно підібрати до розмірів любого газового коллектора. При виборі розпилювальної -з форсунки треба взяти до уваги слідуючі перемінні: а) бажані витрату та температуру Р//водної емульсії 39; б) швидкість та температуру потоку топочних газів в колекторі 51, які визначаються датчиками швидкості та (ее) температури 44 і 45; в) тиск стиснутого повітря (чи пару), підведених до форсунки 41, г) кількість, розмір, форму і групировку отворів в форсунці. бо Виробництво регулюючого насосу 40 безпосередньо на виході з нього контролюється центральним сл контроллером 82 шляхом провідника 40а для підтримання відповідного співвідношення між швидкостями рідини, яка поступає в емульгадціний бак 34 і витікає-з нього. Особливо необхідно уникати утворення негативного тиску в емульгаційному баку 34. бо це сприяє попаданню повітря в випадку неполадок з обладнанням (наприклад, течія в насосних та клапанних потовщеннях). Як охоронний засіб частина емульвдвйного баку безпосередньо над емульсією 39 заповнена азотом (М2) при невеликому надллшховому тиску. Стандартний модулюючий

ІФ) клапан 45 встановлений на лінії між емульгаційним баком 34 та Мо баком 43 і запрограмований на відкривання, іме) якщо тиск падає до нуля, і на закривання, при досяганні невеликого надлишкового тиску.

Виходячи з вищеописаних ланцюгових реакцій (ІМ), ясно, що тетраедр молекули Р ; має потенціал до 60 утворення 10 кисневих радикалів, які в свою чергу мають потенціал до окислення 10 молекул МО. Таким чином, найкраще Р/М молярне співвідношення можна очікувати як 0,4. Такого теоретично оптимального співвідношення можна досягнути, якщо півперіод життя (Її 4/5) О радикала (О" або О3) є таким, що він існує достатньо довго, щоб встигнули зштовхнутися з молекулою МО/ Значення Її 4,5 приведені нижче на таблиці 2. ілюструють залежність живучості озону від його температури та концентрації (Кік Оїптег, "Епсусіоредіа ої Спетіса! 65 ТесппоЇодаду", доп УМіеу 5 5опв, 2па ей, Мої. 14; 410-416.1967).

Таблиця 2

Некаталізаторне термічне розкрадання озону в О 3402 сумішах

Початкова концентрація озону

О3/02 95 по вазі 2 1 0.5 01

Температура Півперіод життя (І4/2) озону "о Кк сек. 150 1,40 105 210 420 2100 200 0,030 2,25 45 9,0 45 150 0,00133 01 0,20 0,40 2 (не) -150КХо по вазі). де К є складна функція температури та декомлозіційної постійної (к) Оз до О5

Приклад.

Система (відповідно винаходу) може бути використана для бойлера з виробництвом 100Мвіш/г, який викидає потік топочних газів в розмірі 21000фут/Мвіч з температурою 2002С. Цей потік топочних газів містить 495 О» та 300 частинок (ррт) за милион МО,, (9095 у вигляді МО). З цієї інформації можна одержати загальний об'єм лотоку 58З3футЗ/сек., який містить МО кількістю 0,1бфут З/сек (Е.О, Егієдпсп 8. А.С.8. Наудеа "А Сотризвіїоп

Напароок", Мої. 2, Міпез Вгапспй Моподгарі 879, іпїоптайоп Сапада, ОМамжа, 1973). Відповідно реакції ІМ в, яка приводиться вищє, вміст озону (об'ємний потік), створеного в потоці топочних газів, повинен бути в крайньому випадку рівний вмісту МО (об'ємний потік). Використовуючи коефіцієнт перерахунку 0.73.моль/футЗ при 2002. потрібний вміст озону (і МО) виходить рівним 0.115моль/сек. Використовуючи Р/М молекулярне співвідношення 0.4 виходить, що Р повинен впорскувзтися в потік толочних газів з швидкістю 0.Обмоль/сек. сч

Фосфорна емульсія 39 впорскується форсункою 41 (190 Р //водна емульсія) і розпилюється стисненим повітрям, створюючи потік, рівний 2Офут З/хв. при манометричному тиску бОфунт/дюйм? (ТигроЗотс пс о твігисійопв). Впорскнутий дрібнорозпилений об'єм, приблизно різний 12футз/сек., створює біля 295 збільшення в потоці топочних газів. Водяні пари складають більшу частину нового об'ємного потоку. Після впорскування

Ра/водної емульсії вміст Оо в топочному газі (об'ємний потік) буде (0,04)(583)фут/сек. Оскільки вміст озону ЩО дорівнює 0,16фут/сек., відношення О 3/О5 (вагове) приблизно дорівнює 1,095. При такому О3/О5 відношенні со півперіод життя озону (14775) при 2007С повинен бути 4,5сек. відповідно таблиці 2. При швидкості потоку в колекторі 51, яка дорівнює ЗОфут/сек. та 15фут/сек в скрубберній башті 52 (основаній на геометрії) і якщо (ее)

Р//водна емульсія 39 впорскується на відстані приблизно 20 футів до вхідного отвору 72 при довжині робочої «- зони скрубберної башти 52 біля 25 футів, загальний час перебування, протягом якого протікають Р 4/05/О53/МО реакції (ІМ), буде 1Зсек (коло 0,7сек в колекторі 51 та 1,бсек в башті 52) (Се)

Відповідно до пробних експериментів, проведених Чанг і Лі (1992), до 5096 МО, було абсорбовано як МО 2 при часі контакту між МО і Ру (тільки в скрубберній камері), який складав приблизно 1,2сек. Без сумніву, швидкісні обмеження в ланцюгових реакціях (ІМа-в) в їх експериментах треба розглядати з позиції відносно « низької рідина/газ площі поверхні стикання та відносно низького парціального тиску Р 4, якого досягають яри 400 ВС. т с У запропонованому варіанті (відповідно винаходу) утворення микрокралель допомагає збільшити площу ч рідина/газ поверхні стикання. Також, оскільки температура в міст розпилення буде коло 200"С, можна очікувати -» досягнення набагато вищого парціального тиску Р ; для взаємодії з ОО» та створення озону (ІМ.а, ІМ.6б) Тому ланцюгові реакції (ІМ) повинні закінчитися набагато раніше, ніж спостерігали Чанг і Лі (1992). В бажаному варіанті винаходу реакція між Р. і МО» завершиться приблизно на протязі 1сек., тобто до того, як топочний газ (22) вступить в контакт з скрубберною рідиною. За цей час можна очікувати деякого розкладення О з відповідно до - простого рівняння експонентного затухання (О 3з)/(Оз)о-ехр(і-К)О. Використовуючи це рівняння і яри півлеріоді життя 4,Б5сек., взятому з таблиці 2 (при 200"), можна вирахувати, що тільки коло 1495 О з розпадуться на (ее) протязі першої секунди до його взаємодії з МО. Отже, більша частина МО в топочних газах буде перетворена в со 50 МО» до попадання цих газів в скрубберну башту 52, тобто до вступу їх в контакт з буферною рідиною, яка рухається вниз по арматурі башти. сл Коли скрубберна башта 52 розрахована на утілізацію до 9095 теплових відходів від топ очних - газів, вона має достатню пропускну можливість скрубберної рідини, щоб виловити більш розчинні гази (МО», ЗО») і органічні речовини, особливо коли паливом є природний газ. Супроводжуюча абсорбція Р.О: скрубберною баштою 52, гідроліз його в фосфорну кислоту та її нейтралізація буфером, циркулюючим в скрубберній рідині, не о повинні вшивати значних відхилень від стандартних оперативних та проектувальних принципів загальноприйнятних мокрих сікрубберів. ко Найкращим захистом від надмірного викиду Оз і Р/.Охо в атмосферу є дбайливий підбір кількості впорскуваного Р. до вмісту МО. Рівень озону постійно контролюється за допомогою озонового датчика 46. 60 розміщеного на витяжці 70 з скрубберної башти 52. МО, 0», СО і МО» постійно контролюються газовим датчиком 47. розміщеним безпосередньо близько перед місцем впорскування Ру. Сигнали від цих датчиків направляються в центральний контроллер 82 шляхом електричних провідників 4ба і 47а. Контроллер 82 в свою Чергу керує модуляційними устріями (регулюючім насосом 40, повітряним компресором) в системі впорскування Р у в відповідно наперед підібраному співвідношенню Ру до МО, яке зберігається в пам'яті контроллера. 65 Зміст озону витяжній трубі 70 є хорошим індикатором надлишку Р, а отже і Р.О.0, тому що час існування Оз значно зростає з зниженням його концентрації та з зниженням температури (таблиця 2). Вміст Р.5О:0 в витяжній трубі 70 буде менший, ніж надлишок Р.О309, визначений за допомогою стехіометрії (ІМ), оскільки розчинність

Р.аО:о краща, ніж розчинність Оз. Звідси швидкість абсорбції Р.О:о в скрубберній рідині пороняно з Оз, буде вища.

Реакція Ма демонструє гідроліз останнього (решта подібні) окисла фосфору після його абсорбції в рідкій фазі.

РаОчо-6НьО- »4НЗРО, (Ма)

Оскільки скрубберна рідина вмішуватиме алкалоїдний буфер, більша частина НзРОуд буде в формі НоРОх.

Наперед підібрана кількість вапна, яке зберігається в хімічному танку (не показаному), буде додана в 48 до 70 скрубберної рідини в освітлюючому фільтрі 92 для вибіркового видалення з розчину Н 2РО4 як дуже погано розчинний фосфат кальцію (Мб). 2Н»РО«нЗСас(нь-»СахРОД)»т2НьО2ОН (Мб)

Фосфат кальцію може бути реалізований, наприклад підприємствам, які виробляють добрива, що буде сприяти дальшому поверненню виробничих втрат.

Зміни та модифікації в конкретно описаних конструктивних рішеннях можуть бути здійснені без відступу від сфери винаходу, навмисно обмеженої тільки сферою вищевикладених стверджень.

Claims (15)

Формула винаходу

1. Спосіб зменшення вмісту МО» в топкових газах в колекторі, при якому готують водну емульсію рідкого Ру з заданим співвідношенням Р //вода, дрібно розпилюють дозовану кількість водної емульсії рідкого Р; в топкових газах в місці впорскування, при цьому розташування місця впорскування вибирають за умови встановлення температури топкових газів після впорскування дозованої кількості водної емульсії рідкого Р; в є інтервалі від 180 "С до 280 "С для початку процесу окислення Р ; та МО в паровій фазі топкових газів, та о видаляють МО» з топкових газів, який відрізняється тим, що МО» видаляють з топкових газів шляхом обробки топкових газів в ступені мокрої очистки в місці, розташованому на заданій відстані від місця впорскування, причому відстань задають такою, щоб забезпечити розділення процесу окислення Р у і МО в часі і просторі від ступеня мокрої очистки. ІФ)

2. Спосіб згідно з п. 1, який відрізняється тим, що при приготуванні водної емульсії рідкого Р. нагрівають со твердий Ру в водяній бані для уникнення контакту фосфору з повітрям до температури, що перевищує точку плавлення фосфору і є нижчою за 2802С, та підмішують розплавлений Р; до води в заданому співвідношеннів 09 атмосфері Мо. «-

З. Спосіб згідно з п. 1, який відрізняється тим, що водну емульсію рідкого Р. розпилюють у вигляді мікрокрапель, середній діаметр яких не перевищує 60 мкм в потоці, профіль якого підбирають за умови (Се) зменшення до мінімуму контакту Р. зі стінками колектора.

4. Спосіб згідно з п. 1, який відрізняється тим, що дозовану кількість водної емульсії рідкого Рі та вибране співвідношення Р //вода підбирають за умови зрівнювання об'ємного потоку Оз в топкових газах, створеного « окисленням Ру в пароподібній фазі, щонайменше, з об'ємним потоком МО в топкових газах.

5. Спосіб згідно з п. 4, який відрізняється тим, що співвідношення Ру/вода встановлюють рівним 1/100. -

с 6. Спосіб згідно з п. 1, який відрізняється тим, що задану відстань встановлюють рівною, щонайменше, ч відстані, яку топкові гази проходять за час, що дорівнює півперіоду існування О 3 при температурі топкових газів -» в місці впорскування.

7. Спосіб згідно з п. 1, який відрізняється тим, що розташування місця впорскування вибирають за умови встановлення температури топкових газів після впорскування водної емульсії рідкого Р; не вище 200 76. (о)

8. Апарат для зменшення вмісту МО 5 в топкових газах в колекторі, який містить засоби для приготування - водної емульсії рідкого Ру, із заданим співвідношенням Р л/вода, засоби для дрібного розпилення дозованої кількості цієї емульсії в колекторі топкових газів в місці впорскування, засоби для регулювання температури (ее) топкових газів на початку колектора, розташовані безпосередньо біля місця впорскування, для встановлення со 50 температури топкових газів після впорскування дозованої кількості водної емульсії рідкого Р у; в інтервалі від 180 "С до 280 "С і здійснення початку окислення Р а і МО в паровій фазі топкових газів, який відрізняється тим, сл що містить засоби мокрої очистки для видалення МО 25 з топкових газів, з'єднані з колектором і віддалені по довжині колектора на задану відстань від місця впорскування, для забезпечення розділення процесу окислення Ра і МО в часі і просторі від ступеня мокрої очистки.

9. Апарат за п. 8, який відрізняється тим, що засіб мокрої очистки для видалення МО о» виконаний у вигляді о скруберної башти мокрого типу, засіб для дрібного розпилення виконаний у вигляді розпилювальної форсунки, розташованої в колекторі топкових газів, для забезпечення розпилення водної емульсії рідкого Р у у вигляді ко мікрокрапель з середнім діаметром, що не перевищує 60 мкм, та забезпечення профілю потоку з мінімальним контактом Р, зі стінками колектора. бо

10. Апарат за п. 8, який відрізняється тим, що додатково включає засоби контролю для вимірювання температури і вмісту МО в топкових газах в місці впорскування, засоби для приготування водної емульсії рідкого Ру, що містять засоби управління змішуванням для підтримання співвідношення Р //вода, центральний контролер для автоматичного управління засобами управління змішуванням і засобами для дрібного розпилення для оптимізації співвідношення Р //вода та дозованої кількості водної емульсії рідкого Р. відповідно температурі 65 і вмісту МО, заміряних засобами контролю.

11. Апарат за п. 10, який відрізняється тим, що додатково включає засоби для спостереження за витяжною магістраллю для виявлення вмісту Р ) і Оз в топкових газах на витяжці з скрубера, причому ці засоби з'єднані з центральним контролером для автоматичного регулювання співвідношення Р у/вода і/або відміряної кількості у випадку виявлення Р. і/або О»з у витяжній трубі.

12. Апарат за п. 8, який відрізняється тим, що засоби для приготування водної емульсії рідкого Р / містять водяну баню з підігрівом для розплавлення твердого фосфору, розміщеного в контейнері, повністю зануреного в воду для уникнення контакту між фосфором і повітрям, емульсійний бак, захищений від навколишнього середовища, засоби для доставки розплавленого фосфору з контейнера в емульсійний бак та засоби для підмішування розплавленого фосфору до води в заданому співвідношенні в емульсійному баці. 70

13. Апарат за п. 12, який відрізняється тим, що засоби для приготування водної емульсії рідкого Р у містять засоби для промивки розплавленого фосфору Р. розчином двохромової кислоти для видалення слідів домішок.

14. Апарат за п. 9, який відрізняється тим, що скруберна башта містить відстійник для збору відпрацьованої скруберної рідини та контур для кондиціонування скруберної рідини та відновлення з неї теплової енергії, абсорбованої цією рідиною з топкових газів і випареної водної фази водної емульсії рідкого Ру.

15. Апарат за п. 14, який відрізняється тим, що скруберна башта містить камеру для обробки топкових газів, вхідний отвір для введення топкових газів в камеру обробки, зрошувальний пристрій для введення скруберної рідини в потік топкових газів в камері обробки, відстійник для збору відпрацьованої скруберної рідини, контур для рекондиціонування скруберної рідини, рециркуляції її в скруберну башту та теплообміну шляхом відводу від скруберної рідини теплової енергії, абсорбованої цією рідиною з топкових газів. с щі 6) ів) (ее) (ее) «- (Се) -

с . и? (о) - (ее) (ее) сл іме) 60 б5