Аміачно-сульфатний спосіб очищення газів

Аміачно-сульфатний спосіб очищення газів різного походження, що включає послідовне використання технологій кондиціонування їх водою, 3 чний рівень концентрації в повітрі - 1мг/м3, по H2SO4); - необхідність використання додаткових технологій та технологічних ліній для очищення сорбенту від баласту. Крім того, рівень очищення потоків димових газів від окисів азоту, по цьому способу, дуже малий - на практиці уловлюється тільки NO2 (~2% від всієї кількості окисів азоту). Відомий спосіб комплексного очищення газів в якому, як сировина для приготування рідкого сорбенту, також використовується газоподібний аміак - [патент України №21848 А., Бюл. №2 від 30.04.1998 p.]. По цьому способу немає необхідності в попередньому очищенні потоку димових газів в електрофільтрі. В першому, по руху газу від котельного агрегату, тепломасообмінному скрубері [патент України №69527А., Бюл. №9 від 15.09.2004 р.] його кондиціонують водою, яка впорскується через його форсунки для зрошення потоку димових газів - очищають одночасно від усіх твердих включень, краплин або туману рідин, газів, що розчинюються у воді, охолоджують, зволожують (або підсушують). Потік димового газу після першого тепломасообмінного скрубера направляють по з'єднуючому газоходу в такий же, як і перший, другий тепломасообмінний скрубер. По цьому способу, за рахунок реагування аміаку з окисами азоту (NOx), сірки (SOx) та водою, потік димового газу денітрифікують та десульфурізують і в газо-газових, і в газорідинних фазах. Спосіб використано в тепломасообмінному скрубері, який був споруджений за котельним агрегатом ГМ-50 в котельній Горлівського коксохімічного заводу. Очищувався потік димового газу від спалювання коксового газу, який не був очищений від включень газоподібного аміаку. Потужність потоку димового газу дорівнювала ~5000м3 за годину, ступінь (глибина) очищення від SOx~90%, від NOx~60%. Як напівфабрикат, одержували рідкі суміші амонійних солей, які, після додаткового оброблення, використовувались для приготування рідких комплексних добрив. Недоліками способу є: - не циклічність технологічного процесу; - необхідність виконувати роботи з газоподібним аміаком; - необхідність постійного наповнення сховищ аміаку великими зовнішніми поставками. Відомий спосіб одержання газоподібного (вільного) аміаку шляхом дегазації водних розчинів його летючих ((NH4)2СО3, NH4HCO3 та ін.) та нелетючих ((NH4)2SO4, (NH4)2SO3, NH4HSO3 та ін.) сполук. В установках по цьому способу водні розчини летючих та не летючих сполук аміаку нагрівають до 100-105°С. При цих температурах летючі сполуки самостійно розкладаються з виділенням вільного аміаку: (NH4)2CO3→СО2+Н2О+↑2NH3, (1) NH4HCO3→СО2+Н2О+↑NH3 (2) Із нелетючих сполук аміаку вільний аміак дегазують за допомогою вапняного молока - водного розчину вапна (Са(ОН)2). При цьому реалізуються основні технологічні реакції: (NH4)2SO4+Са(ОН)2=CaSO4+2Н2О+ ↑2NH3 (3) 46191 4 (NH4)2SO3+Са(ОН)2=CaSO3+2Н2О+↑2NH3 (4) NH4HSO3+Са(ОН)2=CaSO3+2Н2О+↑NH3 (5) Витрати негашеного вапна (з вмістом діючого лугу 70-80%) залежать від співвідношення в оброблюваних розчинах летючих та нелетючих сполук аміаку і знаходяться в інтервалі 0,5-2,5кг на 1кг 100%-го аміаку. Як вихідний продукт технології дегазації аміаку, отримують водно-гіпсову емульсію - суміші води, кальцію сульфату та сульфіту (останній на повітрі окислюється до сульфату). Втрати аміаку з водно-гіпсовою емульсією після аміачно-вапнякової колони (реактора) досягають 50г/м3. [Гомельский А.З. Аппаратчики коксохимических производств. - Металлургиздат, 1953. С.65, 90-101.] Задачею корисної моделі є підвищення екологічності та економічності способу комплексного очищення газів по патенту України № 21848 А. Поставлена задача досягається аміачносульфатним способом очищення газів різного походження в якому послідовно реалізуються технології кондиціонування їх водою, денітрифікації газоподібним аміаком і десульфурізації водними розчинами амонійних сполук, причому і основний, і додатковий аміак для денітрифікації та десульфурізації газів отримують у внутрішньому регенераційному технологічному контурі шляхом дегазації водних розчинів його летючих та не летючих сполук. Сутність аміачно-сульфатного способу очищення газів пояснюється наведеною нижче принциповою технологічною схемою очищення газів (стор.9), що виходять з котельного агрегату в якому спалюється тверде органічне паливо - кам'яне вугілля. Спонуканий димососом потік димових газів від котельного агрегату направляється по його газоходу в ЦТМС-кондиціонер - циклонний тепломасообмінний скрубер по патенту України №34511 [бюл. №15 від 11.08.2008]. В ЦТМС-кондиціонері його кондиціонують освітленою (відстояною) на сховищі золи водою, яка впорскується через його форсунки для зрошення потоку димових газів. Водно-золову пульпу після ЦТМС-кондиціонера відводять на сховище золи для освітлення води. По з'єднуючому газоходу потік димового газу направляють в такий же, як і ЦТМС-кондиціонер, ЦТМСабсорбер заповнений, до заданого рівня, водними розчинами сполук аміаку. В ЦТМС-абсорбері цей потік зрошують рециркулюючими водними розчинами сполук аміаку, що впорскуються через свої форсунки для зрошення потоку димових газів. Водні розчини сполук аміаку одержують в ємності, яка має пристрій для розмішування (мішалку). В цю ємність подають освітлену на сховищі золи воду і (із бункера-сховища) амонію сульфат - побічний продукт виробництва коксу із кам'яного вугілля. Газоподібний аміак одержують в аміачновапняному реакторі. В нього, по спеціальному трубопроводу, із рециркуляційного контуру ЦТМСабсорбера подають частину первинного водного розчину амонію сульфату. В реакторі ця частина первинного водного розчину амонію сульфату змішується з вапняним молоком та паром від котельного агрегату. Отримана в реакторі паро 5 аміачна суміш по трубопроводу паро-аміачної суміші надходить на розташований в газоході, який з'єднує два послідовно розташованих ЦТМС, пристрій для її рівномірного розподілення по потоку димових газів - здійснюються денітрифікація потоку димових газів в газовій фазі. Збитковий газоподібний аміак абсорбується рециркулюючим в ЦТМС - абсорбері водним розчином амонію сульфату. Одночасно, водний розчин амонію сульфату абсорбує з потоку димових газів і окиси - сірки, азоту, вуглецю, другі забруднювачі. В рециркуляційному контурі ЦТМС - абсорбера утворюються суміші нелетючих та летючих сполук аміаку - водні розчини амонію сульфату, сульфіту, гідросульфіту, карбонату ((NH4)2СO3), гідрокарбонату (NH4HCO3), та ін. Як варіант, паро-аміачну суміш із реактора спочатку направляють на теплообмінник (на приведеній схемі умовно не показаний) для підігрівання очищеного димового газу теплом конденсації водяних парів паро-аміачної суміші. Конденсат направляють в ЦТМС-абсорбер, повертають в реактор, використовують в своєму виробництві та ін. Вологий газоподібний аміак направляють в згаданий пристрій для його рівномірного розподілення по потоку димових газів - реалізується наведена вище технологія денітрифікації та десульфурізації потоку димового газу. На вузол приготування вапняного молока насосом подають освітлену на сховищі золи воду та, спеціальним живильним пристроєм, вапно із бункера його зберігання. На аміачно-вапновий реактор подають водний розчин вапна - вапняне молоко із вузла його приготування. Водно-гіпсову емульсію, що виходить із реактора, направляють на блок гідроциклонів (або центрифуг) для виділення нерозчинних у воді твердих включень кальцію сульфату, сульфіту та ін. Воду, після гідроциклонів, відводять в проміжну ємність рециркуляційного контуру аміачно-вапнового реактора. В цю ємність направляють, також, дренажі рециркуляційних контурів, додаткову освітлену воду та ін. Воду з проміжної ємності направляють на вузол приготування вапняного молока - технологічний контур замикається. Основний вихідний продукт одночасних денітрифікації та десульфурізації димових газів газоподібним аміаком - волога суміш кальцію сульфату та сульфіту з домішками пиле-золових частинок. Робота аміачно-сульфатного способу очищення газів пояснюється приведеною на кресленні принциповою технологічною схемою. На ЦТМС-кондиціонер 1 насосом 2 подають освітлену на сховищі золи (умовно не показане) воду для зрошення потоку димового газу. По газоходу 3 від котельного агрегату (умовно не показаний) в ЦТМС-кондиціонер 1 надходить потік димового газу для кондиціонування. Потік димового газу кондиціонують краплинами води, що утворюються форсунками для її розпилювання - очищують від твердих включень, крапель або туману рідин, розчинних в воді забруднюючих газів, охолоджують та зволожують (або підсушують). Коагульовані краплинами води тверді забруднювачі димових газів (суміш пилу та золових частинок) 46191 6 містять в собі ряд цінних, для очищення димових газів, елементів - окиси кальцію, магнію та інш. Теплом димових газів вода, що зрошує їх в ЦТМСкондиціонері 1, підігрівається. Добре розчинні в теплій воді сірки трьохокис (SO3) та азоту двохокис (NO2) утворюють відповідні кислоти - сірчану та азотну. SO3+H2O=H2SO4, (6) 6NO2+2Н2О=4HNO3+2NO, (7) Останні вступають в реакції зі згаданими окисами та утворюють погано розчинні в воді сполуки, наприклад, кальцію сульфату (гіпсу) та кальцію нітрату (кальцієва селітра): (8) H2SO4+СаО+Н2О=↓CaSO4+2Н2О, 2HNO3+СаО+Н2О=↓Ca(NO3)2+2Н2О, (9) Вода, що зрошує потік димового газу в ЦТМСкондиціонері 1, частково абсорбує вуглецю двохокис. Як результат, з кальцію та магнію окисами утворюються гідрокарбонати Са(НСО3)2, Mg(HCO3)2. Цією ж водою із потоку димових газів абсорбується і сірки двохокис, утворюючи сірчисту кислоту. Вступаючи в реакції з гідрокарбонатами, сірчиста кислота утворює погано розчинні в воді їх сульфіти та вільну вугільну кислоту: H2SO3+Са(НСО3)2=↓CaSO3+2Н2О+2СО2, (10) H2SO3+Mg(HCO3)= ↓MgSO3+2Н2О+2СО2, (11) 2 При температурі води, що зрошує потік димових газів в ЦТМС-кондиціонері 1, ~50°С, начальній карбонатній жорсткості ~4,5мг-екв/л та вмісту в димових газах ~0,25% SO2 (вагових), загальна розчинність сірки двохокису сягає значення ~0,48кг/м3. Для того, щоб зв'язати всі абсорбовані в ЦТМС-кондиціонері 1 забруднювачі димових газів (SO3, SO2, NO2 та інш.), необхідних мікроелементів, які знаходяться в пило-золових частинках димових газів, недостатньо. Крім того, воднозолова пульпа, що відводиться з ЦТМСкондиціонера 1 насосом 4, має в собі і другі уловлені забруднювачі - хлориди, солі важких металів і т.п. Тому, цю водно-золову пульпу доцільно додатково нейтралізувати - наприклад, змішати з водою багерних насосів, якими на сховище золи направляються золо-шлакові продукти від спалювання твердого палива. Цим використовується додатковий ресурс для нейтралізації кислотних компонентів (за рахунок лужних компонентів золо-шлаків) - поліпшуються умови для відстоювання пульпи, забезпечується умови надійного постачання відстояної води для забезпечення безперебійної роботи газоочисної установки, в якій реалізується аміачно-сульфатний спосіб очищення газів. Освітлену на сховищі золи воду насосом 2 подають в ємність 5, яка має пристрій для розмішування вмісту (мішалку). Одночасно, живильним пристроєм 6 із бункера 7 в ємність 5 подають сполуки аміаку, наприклад, кристалічний амонію сульфат. Водним розчином амонію сульфату із ємності 5 насосом 8 наповнюють, до заданого рівня, ЦТМС-абсорбер 9. Насосом 10 рециркуляційного контуру ЦТМС-абсорбера 9 уже накопичений водний розчин амонію сульфату подають на форсунки для його розпилення (умовно не показані) та зрошують потік димового газу, який очищують. Частину водного розчину амонію сульфату із рецирку 7 ляційного контуру ЦТМС-абсорбера 9 по трубопроводу 11 відводять в аміачно-вапновий реактор 12. Одночасно, із вузла приготування вапняного молока 13 насосом 14 по трубопроводу вапняного молока 15 на аміачно-вапняний реактор 12 подають його необхідну кількість і, по паропроводу 16, пар від котельного агрегату. Водні розчини кальцію окису та відведеного із рециркуляційного технологічного контуру ЦТМС-абсорбера 9 амонію сульфату реагують з виділенням вільного аміаку та утворенням кальцію сульфату і сульфіту. Парова фаза з вмістом вільного аміаку із реактора 12 по трубопроводу паро-аміачної суміші 17 надходить на розташований в газопроводі 18, який з'єднує два ЦТМС, пристрій для її рівномірного розподілення по потоку димових газів. Денітрифікація потоку димових газів здійснюється газоподібним аміаком і в з'єднуючому газоході 18, і в ЦТМС-абсорбері 9: 4NH3+2NO2+О2=↑3N2+6Н2О, (12) 4NH3+4NO+О2=↑4N2+6Н2О, (13) Із приведених реакцій видно, що процеси денітрифікації потоку димових газів проходять за умов технологічних втрат аміаку. Крім того, при реалізації способу є і другі постійні втрати аміаку - з водно-гіпсовою емульсією, що виводиться із технологічного циклу, з сорбентом, що протікає, та інш. Всі втрати аміаку компенсують за рахунок постійного поповнення рециркуляційного контуру ЦТМСабсорбера 9 додатковою кількістю водних розчинів сполук аміаку (амонію сульфату, сульфіту, гідросульфіту, їх сумішами та інш.) із ємності 5. Якщо початковим рециркулюючим сорбентом ЦТМС-абсорбера 9 є водний розчин тільки амонію сульфату, то він збагачується, в першу чергу, нелетучими сполуками аміаку - із потоку димових газів абсорбується сірки двохокис та вільний аміак: SO2+2NH3+Н2О=(NH4)2SO3, (14) SO2+(NH4)2SO3+Н2О=2NH4HSO3, (15) Початковим рециркулюючим водним розчином амонію сульфату рециркуляційного контуру ЦТМС - абсорбера 9 із потоку димових газів додатково абсорбується також і кисень, який окислює амонію сульфіт до амонію сульфату: (NH4)2SO3+0,5О2=(NH4)2SO4, (16) В другу чергу (по кількості), водні розчини амонію сульфату абсорбують із потоку димових газів вуглецю двохокис утворюючи вільну вугільну кислоту. Остання з газоподібним аміаком утворює його летючі сполуки: СО2+Н2О+2NH3→(NH4)2CO3, (17) CO2+H2O+NH3→NH4HCO3, (18) Сполуки по реакціям (14-18), разом з початковим водним розчином амонію сульфату, продовжують надходити по трубопроводу 11 в реактор 12. В реактор 12 від котельного агрегату по трубопроводу 16 продовжує надходити пар (підтримується заданий рівень температур) та вапняне молоко. Цим забезпечуються умови для безперервної дегазації аміаку по реакціям (1-5). Паро-аміачна суміш надходить в розташований в газопроводі, який з'єднує два ЦТМС, пристрій для її рівномірного розподілення по потоку димових газів - концентрації та співвідношення аміачних сполук в рециркуляційному технологічному контурі 46191 8 ЦТМС-абсорбера 9 змінюються та досягають заданих робочих значень. Кондиційований, денітрифікований та десульфурізований (очищений від твердих та газоподібних забруднювачів) потік димового газу димососом 19 відводять в атмосферу. Воду, що містить кальцію сульфат-сульфітні включення (водно-гіпсова емульсія), із реактора 12 насосом 20 через охолоджувач 21 подають на пристрої для видалення твердих включень 22 - на гідроциклони або центрифуги. Виділену тверду фазу відправляють в її приймач 23, а очищену воду - в проміжну ємність води 24 рециркуляційного контуру аміачно-вапняного реактора 12. Із проміжної ємності води 24 насосом 25 її подають в вузол приготування вапняного молока 13 - цей технологічний контур замикається. Видалена із рециркуляційного контуру реактора 12 волога суміш кальцію сульфату та сульфіту вміщує в собі воду рециркуляційного контуру (10-15% по масі). Зменшення води рециркуляційного контуру аміачно-вапняного реактора 12 поповнюють освітленою водою від насоса 2. На вузол приготування вапняного молока 13 живильним пристроєм 26 із бункера вапна 27 постійно подають його необхідну кількість. Кінцевий продукт одночасної денітрифікації та десульфурізації потоку димових газів аміаком використовують як напівфабрикат або доопрацьовують до товарного продукту - напівводяного гіпсу (на приведеній принципіальній технологічній схемі аміачно-сульфатного способу очищення газів відповідні технологічні лінії не показані - вони вже розроблені та широко використовуються в промисловості). На приведеній принциповій технологічній схемі аміачно-сульфатного способу очищення газів показано, як рециркуляційний технологічний контур ЦТМС - абсорбера 9 та рециркуляційний технологічний контур аміачно-вапнового реактора 12 утворюють внутрішній рециркуляційний контур 28 аміачно-сульфатного способу очищення газів. Таким чином, аміачно-сульфатний спосіб комплексного очищення потоків газів складається із чотирьох основних технологій та реалізуючих їх чотирьох технологічних контурів: - ЦТМС-кондиціонера - для здійснення процесів кондиціонування газів, які, в подальшому, очищаються від окисів азоту (NOx) та сірки (SOx): (1, 2, 3, 4); - ЦТМС-абсорбера - для відновлення азоту окисів NOx до N2, часткового їх уловлювання із димових газів та, практично повного, уловлювання із них сірки окисів SOx: (5, 6, 7, 8, 9, 10); - реактора аміачно-вапнового - для виробництва із уловлених забруднювачів напівфабрикатів із яких, в подальшому, виробляють товарну продукцію: (12, 13, 14, 15, 16, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27); - регенераційного 28 - для безперервного отримання та використання газоподібного аміаку: (9, 10, 11, 12, 17, 18). Аміачно-сульфатний спосіб очищення газів може мати додаткові технології та технологічні контури для їх реалізації - підігрівання очищеного потоку газу теплом конденсації парової фази паро 9 46191 аміачної суміші, доопрацювання одержаних сумішей кальцію сульфату і сульфіту до двох водного гіпсу (CaSO4*2H2O) та його подальше доопрацювання до товарного напівводяного гіпсу (CaSO4*0,5H2O), виробництва мінеральних добрив та інш. Основним витратним продуктом для очистки газів аміачно-сульфатним способом є вода оборотного технологічного контуру. Основним витратним продуктом для одержання газоподібного аміаку для цілей денітрифікації та десульфурізації газів аміачно-сульфатним способом є амонію сульфат. Основними витратними продуктами для здійснення процесів дегазації амонійних сполук в аміачно-сульфатному способі очищення газів є кальцію оксид та водяний пар. Основним товарним продуктом денітрифікації та десульфурізації газів аміачно-сульфатним способом є кальцію сульфат. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 10 Таким чином, при реалізації аміачносульфатного способу очищення газів: - забезпечується екологічність установки очищення газів виконується при їх тиску нижчому, чим атмосферний, відсутні роботи з токсичними продуктами (NH3, SOx, NOx та інш.); - забезпечуються умови для комплексного очищення газів при використані нетоксичних та широко вживаних в промисловості витратних продуктів - води, вапна, амонію сульфату; - вихідними товарними продуктами є нетоксичні гіпс, мінеральні добрива та інш. - забезпечується рентабельність установки шляхом спрощення технології, зменшення капітальних, експлуатаційних витрат та екологічних платежів, отримання доходів за рахунок продажу технологічних відходів як товарних напівфабрикатів і/або товарної продукції. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601