Спосіб захисту повітряного басейну від сірчистих сполук

Реферат: UA 100295 U UA 100295 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до захисту повітряного басейну від сірчистих сполук, зокрема до способів очищення відпрацьованих газів СЕУ. Відомий спосіб захисту повітряного басейну від сірчистих сполук, що містяться у відпрацьованих газах суднових енергетичних установок (ВГ СЕУ), згідно з яким в особливих зонах контролю за викидами сірчистих сполук у повітряний басейн (SECA) проводиться заміна високосірчистого важкого палива на низькосірчисте суднове дизельне паливо: - вміст сірчаних сполук у судновому рідкому паливі не повинен перевищувати 4,5 % мас., а для районів контролю SECA не повинен перевищувати 1 % мас.; - викид оксидів сірки з судна не повинен перевищувати 6 г/(кВтгодину), якщо це не забезпечується технічними характеристиками суднових енергетичних установок або суднового палива, то на судні повинна застосовуватися система очищення відпрацьованих газів СЕУ від сірчистого ангідриду. Конвенція МАРПОЛ 73/78 Міжнародної Морської Організації містить Додаток VI, в якому викладені "Правила запобігання забруднення атмосфери з суден" і "Технічний Кодекс з контролю викидів окислів азоту і сірки з суднових двигунів". Додаток VI Конвенції МАРПОЛ 73/78 набула чинності 19 травня 2005 року та в даний час є обов'язковим для виконання на всіх суднах валовою місткістю 400 і більше, що здійснюють міжнародні рейси, а також для стаціонарних і плавучих бурових і видобувних платформ, встановлених за кордоном територіальних вод прибережних держав. Надалі передбачаються більш жорсткі вимоги до вмісту сіркоз'єднань в судновому паливі в усьому світі поза особливих зон контролю: 4,5 % мас. до 01.01.2012 р.; 3,5 % мас. з 01.01.2012 р.; 0,5 % мас. з 01.01.2020 р.; Вміст сіркоз'єднань в судновому паливі в зоні контролю не повинен перевищувати: 1,0 % мас. з 01.06.2010 р.; 0,1 % мас. з 01.01.2015 р. Район контролю викидів сіркоз'єднань включає Балтійське і Північне моря, Англійський канал. З 03 грудня 2012 р. до району контролю викидів сіркоз'єднань приєдналася Північноамериканська 200-мильна зона біля узбережжя США і Канади - 0,1 % мас. З 01.01.2015 р. до зони контролю приєднається район Карибського моря: США, Пуерто-Ріко, Віргінські острови. Низькосірчисте дизельне паливо (0,1 %, 1,0 % мас.) набагато дорожче звичайного важкого дизельного палива (3,5 %; 4,5 % мас.), оскільки його виробництво обумовлено значними енергоматеріальними витратами, додатковими стадіями гідрокаталітичного риформінгу і відновлення викидів сіркоз'єднань в сірководень, знесірчування і фракціонування дизельного палива. В результаті гідрокаталітичної обробки дизельного палива (3,5 %; 4,5 % мас.) і фракціонування з рідкого дизельного палива сірчисті сполуки переходять в газоподібну фазу у вигляді сірководню. Виникає наступна проблема - що робити з газоподібним сірководнем: викидати в атмосферу - небезпечно і дорого, спалювати сірководень з подальшим викидом продуктів його згоряння в атмосферу - небезпечно і дорого. Виникає проблема порівняння величини запобігання шкоди повітряному басейну за рахунок заміни високосірчистого палива (4,5 % мас.) на низькосірчисте дизельне паливо (0,1 % мас.) з матеріальними витратами на закупівлю низькосірчистого суднового легкого палива взамін високосірчистого важкого дизельного палива. В результаті проведених розрахунків було встановлено, що матеріальні витрати на придбання низькосірчистого дизельного палива набагато перевищують величину запобігання шкоди повітряному басейну від відпрацьованих газів суднової енергетичної установки, що містить сірчані сполуки. Найбільш близьким до пропонованої корисної моделі є спосіб очищення компанії Wartsila ВГ СЕУ від "кислих" компонентів, заснований на принципі абсорбції в скруберних установках прісною водою (Леонов В.Е., Соляков О.В., Химич П.Г., Ходаковский В.Ф. Обеспечение экологической безопасности судоходства, Монография/ Под. редакцией д.т.н., проф. В.Е. Леонова - ИЦ ХДМА, 2014-188 с. - С. 116, рис. 3.15 - прототип). Однак цим способом очистити ВГ СЕУ від сірчаних сполук неможливо з наступних причин: 1. Сажа, що міститься в ВГ СЕУ, забиває скруберну установку аж до припинення процесу очищення. 2. Низька абсорбційна здатність прісної води відносно сірчистих сполук, що містяться у ВГ СЕУ. 1 UA 100295 U 5 10 15 20 25 30 35 40 3. Великі габаритні розміри скруберної установки очищення ВГ СЕУ не дозволяють її розмістити безпосередньо на борту судна. Задачею корисної моделі є створення ефективного і екологічно безпечного захисту повітряного басейну від сірчистих сполук, що містяться у ВГ СЕУ, за рахунок нових технологічних рішень. Поставлена задача вирішується тим, що в способі захисту повітряного басейну від сірчистих сполук, які містяться у відпрацьованих газах суднових енергетичних установок, який включає перебункеровку суднових енергетичних установок з високосірчистого важкого дизельного палива на низькосірчисте легке дизельне паливо, очищення від відпрацьованих газів суднових енергетичних установок (ВГ СЕУ) в скруберах прісною рідкою водою, як паливо для суднових енергетичних установок використовують високосірчисте важке дизельне паливо, а відпрацьовані гази суднових енергетичних установок піддають ефективному комплексному очищенню безпосередньо на борту судна, а саме, попередньо кількісно видаляють з відпрацьованих газів суднових енергетичних установок високомолекулярні вуглецевмісні з'єднання - сажу, сірчисті сполуки у вигляді сірчистого ангідриду, який міститься в відпрацьованих газах суднових енергетичних установок, піддають гетерогенно-каталітичному окисленню сірчистого ангідриду до сірчаного ангідриду, проводять утилізацію надлишкового тепла відпрацьованих газів суднових енергетичних установок з виробленням теплоносіїв: гаряча вода, пара, нагріте повітря, електроенергія, після охолодження відпрацьованих газів суднових енергетичних установок, які містять в них сірчаний ангідрид абсорбують хімічно очищеною водою з отриманням моногідрату сірчаної кислоти, а очищені від сірчистих сполук відпрацьовані гази випускають в атмосферу. Відпрацьовані гази суднових енергетичних установок попередньо кількісно очищають від сажі, ступінь очищення α=99,99 %, при -1 температурі 350-400 °C, WHSV=0,525 год. . Очищені від сажі відпрацьовані гази суднових енергетичних установок піддають селективному каталітичному окисленню сірчистого ангідриду до сірчаного ангідриду при температурі 300350 °C, тиску 0,15-0,5 Мпа, часу контакту =0,050,5 с. Після стадії каталітичного окислення сірчистого ангідриду проводять утилізацію надлишкової теплоти ВГ СЕУ при температурі 260325 °C, тиску 0,12-0,45 Мпа, в котлі-утилізаторі отримують пару (тиск 0,4-0,75 Мпа, температура 120200 °C) для перетворення його енергії в електричну, для технологічних і побутових цілей на судні. Після утилізації надлишкової теплоти ВГ СЕУ і охолодження останнього сірчаний ангідрид абсорбують в контактних апаратах хімічно очищеною водою при температурі 2030 °C, тиску 0,11-0,4 Мпа, часу контакту =0,050,5 с. Як товарну продукцію отримують сажу. Як товарну продукцію отримують моногідрат сірчаної кислоти концентрації в межах 3595 % мас. H2SO4. Спосіб проводять наступним чином. Очищують відпрацьовані гази СЕУ від SOx безпосередньо на борту судна до прийнятого викиду SOx в атмосферу. Використовують на морському транспорті важке високосірчисте паливо -4,5 % мас. Процес очищення відпрацьованого газу суднової енергетичної установки від сірчистого ангідриду протікає в три стадії з отриманням як кінцевого продукту очищення сірчаної кислоти за рівняннями: 1. ВГ СЕУС + електро фільтр t=350 ВГ СЕУОС 400oC сажа 2. SO2Г + 0,5O2Г 3. SO Г P 3 + H2O ХОВ [K]БАВ t=300-350oC абсорбція t=20-30oC 45 SO3Г + Q2 H2SO4P , С ОС де: 1. ВГ СЕУ і ВГ СЕУ - ВГ СЕУ, відповідно, містить сажу і очищений від сажі. Між 2-ю і 3-ю стадіями можна здійснювати утилізацію теплоти ВГ СЕУ з отриманням пари (Р = 0,4-0,75 МПа, t=120200 °C) з подальшим використанням його для вироблення електроенергії, для технологічних суднових цілей та обігріву побутових і службових приміщень. Спосіб здійснюють за допомогою комплексної інтегрованої установки, яка показана на кресленні, що складається з турбокомпресора 1, з'єднаного трубопроводом 2 з 2 UA 100295 U 5 10 15 20 25 електрофільтром 3, в якому ВГ СЕУ очищується від сажі з високим ступенем очищення 99,99 %, далі очищений від сажі ВГ СЕУ надходить по трубопроводу 4, що з'єднує з каталітичним реакторним апаратом поличного типу 5, де при температурі 300-350 °C сірчистий ангідрид окислюється в сірчаний ангідрид - стадія 2, котрий після каталітичного реакторного апарата 5 надходить в трубопровід 6, надлишкова теплота ВГ СЕУ утилізується в котліутилізаторі 7 - варіант "а", в якому хімічно очищена вода - ХОВ - перетворюється в пару - П тиск 0,40,75 МПа, температура 120200 °C - для перетворення його енергії в електричну та теплову енергію, технологічних і побутових цілей на судні, далі сірчаний ангідрид сумісно з ВГ СЕУ надходить по трубопроводах 8, 9 в контактний апарат 10, в якому протікає абсорбція сірчаного ангідриду - стадія 3 - хімічно очищеною водою при температурі 2030 °C, тиску 0,110,4 МПа, часу контакту 0,05-0,5 с на контактних приладах 11, для рівномірного розподілуабсорбенту - ХОВ - на перерізі контактного апарату, використовують зрошувальний прилад 12, подача абсорбенту ХОВ - здійснюється насосом 13, а циркуляція ХОВ з сірчаною кислотою з метою підвищення її концентрації по трубопроводу 14 здійснюється насосом 15, по досягненні заданої концентрації сірчаної кислоти в межах 35-95 % мас. відкривається вентиль 16 і по трубопроводу 17 продукційна сірчана кислота поступає до збірника 18 для передачі споживачу, як альтернативний варіант розглянутий - варіант "в" - без утилізації надлишкової теплоти ВГ СЕУ, в цьому випадку ВГ СЕУ разом з сірчаним ангідридом при температурі 260325 °C надходить через вентиль 19 по трубопроводу 20 в холодильник - конденсатор 21, де охолоджується морською водою - ОМВ, нагріта морська вода BOMB - викидається за борт, а охолоджений потік ВГ СЕУ разом з сірчаним ангідридом через вентиль 22 по трубопроводу 23 направляється в трубопровід 9 і далі процес поглинання сірчаного ангідриду здійснюється аналогічно вище описаному процесу. Запропонований спосіб захисту повітряного басейну від сірчистих сполук дозволяє в процесі комплексного очищення ВГ СЕУ високотоксичні з'єднання перетворювати в цільову товарну продукцію високого ґатунку і низької ціни в порівнянні з ринковою: - вуглецева сажа, - моногідрат (МНГ) сірчаної кислоти, концентрація якої може змінюватися в широкому діапазоні - 35-95 % мас. - на вимогу споживача. 30 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 50 55 1. Спосіб захисту повітряного басейну від сірчистих сполук, які містяться у відпрацьованих газах суднових енергетичних установок, який включає перебункеровку суднових енергетичних установок з високосірчистого важкого дизельного палива на низькосірчисте легке дизельне паливо, очищення від відпрацьованих газів суднових енергетичних установок (ВГ СЕУ) в скруберах прісною рідкою водою, який відрізняється тим, що як паливо для суднових енергетичних установок використовують високосірчисте важке дизельне паливо, а відпрацьовані гази суднових енергетичних установок піддають ефективному комплексному очищенню безпосередньо на борту судна, а саме, попередньо кількісно видаляють з відпрацьованих газів суднових енергетичних установок високомолекулярні вуглецевмісні з'єднання - сажу, сірчисті сполуки у вигляді сірчистого ангідриду, який міститься в відпрацьованих газах суднових енергетичних установок, піддають гетерогенно-каталітичному окисленню сірчистого ангідриду до сірчаного ангідриду, проводять утилізацію надлишкового тепла відпрацьованих газів суднових енергетичних установок з виробленням теплоносіїв: гаряча вода, пара, нагріте повітря, електроенергія, після охолодження відпрацьованих газів суднових енергетичних установок, які містять в них, сірчаний ангідрид абсорбують хімічно очищеною водою з отриманням моногідрату сірчаної кислоти, а очищені від сірчистих сполук відпрацьовані гази випускають в атмосферу. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що відпрацьовані гази суднових енергетичних установок попередньо кількісно очищають від сажі ступінь очищення =99,99 %, при -1 температурі 350-400 °C, WHSV=0,525 год. . 3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що очищені від сажі відпрацьовані гази суднових енергетичних установок піддають селективному каталітичному окисленню сірчистого ангідриду до сірчаного ангідриду при температурі 300350 °C, тиску 0,15-0,5 Мпа, часу контакту =0,050,5 с. 4. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що після стадії каталітичного окислення сірчистого ангідриду проводять утилізацію надлишкової теплоти ВГ СЕУ при температурі 260325 °C, тиску 0,12-0,45 Мпа, в котлі-утилізаторі отримують пару (тиск 0,4-0,75 Мпа, температура 3 UA 100295 U 5 120200 °C) для перетворення його енергії в електричну, технологічних і побутових цілей на судні. 5. Спосіб за п. 4, який відрізняється тим, що після утилізації надлишкової теплоти ВГ СЕУ і охолодження останнього, сірчаний ангідрид абсорбують в контактних апаратах хімічно очищеною водою при температурі 2030 °C, тиску 0,11-0,4 Мпа, часу контакту =0,050,5 с. 6. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що як товарну продукцію отримують сажу. 7. Спосіб за п. 5, який відрізняється тим, що як товарну продукцію отримують моногідрат сірчаної кислоти концентрацією в межах 35-95 % мас. H2SO4. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4