Спосіб очищення газових викидів виробництв і пристрій для його здійснення

Реферат: Винаходи належать до способів та пристроїв очищення газових викидів виробництв і можуть бути використані для хімічної промисловості, зокрема при виробництві добрів, для металургії, зокрема при виробництві чавуну, сталі, сплаві, та в електроенергетиці. Спосіб очищення газових викидів виробництв, за яким абсорбцію та подібні процеси здійснюють шляхом контакту рідини із газом або парою, де процеси здійснюють всередині трубок довільного перерізу, в яких протікає газ або пара зі швидкістю, що дозволяє захоплювати рідину по стінці трубки силою тертя у напрямку руху газу або пари, при цьому, шляхом застосування вихрових труб, додатково турбулізують газову суміш при очищенні газу від газоподібних, твердих та рідких домішок для створення, паралельним вихором протилежного напрямку до вихору основного потоку газу, дрібнодисперсної туманоподібної суміші. Пристрій для очищення газових викидів виробництв включає корпус, в якому зона контактування газу із рідиною виконана у вигляді щонайменше однієї вихрової труби із розташованими в ній лопатевим завихрювачем і турбулізатором, корпус оснащений патрубками подачі неочищеної газової суміші і зрошувального розчину або води, патрубками відводу очищеного газу і забрудненої зрошувальної рідини, лопаті завихрювача встановлені під кутом, який забезпечує оптимальний режим взаємодії потоків, а турбулізатор виконаний у вигляді кільцевої шайби, при цьому UA 101766 C2 (12) UA 101766 C2 співвідношення площ перерізу вихрової труби і турбулізатора складає 1:0,8+0,05, і турбулізатор встановлений на відстані 3-5 діаметрів від завихрювача, патрубки подачі зрошувального розчину та відводу очищеного газу розташовані у верхній частині корпусу, а патрубки подачі неочищеної газової суміші і забрудненої зрошувальної рідини - у нижній частині корпусу. У кожній вихровій трубі послідовно розташовані: завихрювач, турбулізатор, у вигляді кільцевої шайби, а верхня частина кожної вихрової труби у поперечному перерізі є багатокутником. Винахід забезпечує вищий рівень очищення газових викидів, зниження викидів в атмосферу шкідливих речовин та підвищення ефективності виробництв. UA 101766 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до хімічної промисловості, зокрема, до способів очищання відхідних газів і пристроїв для здійснення цих способів, що застосовуються при виробництві добрив, які містять сечовину або її сполуки, а також у металургії, зокрема, при виробництві чавуну, сталі та сплавів, в електроенергетиці - у роботі теплових електростанцій. Досі актуальні проблеми очищення газових викидів різних типів виробництв від, як правило, шкідливих, забруднюючих довкілля, речовин - твердих, газоподібних та рідких. З іншої сторони, технологічна втрата цих речовин призводить до зниження ефективності виробничого процесу. Викиди від дії теплових електростанцій, виробництво сталі, сплавів, продукції підприємств хімічної промисловості, складають основну загрозу навколишньому природному середовищу, викидаючи у середньому, в промислових районах України, до 60 % забруднюючих та шкідливих речовин [9]· Очищення газових викидів знешкоджує вплив на довкілля, і дозволяє вилучені відходи знову використовувати у виробництві як сировину, або як готовий продукт. Використання для очищення газових викидів одних лише електрофільтрів, підвищує енерговитрати виробництва. Крім того, традиційні фільтри малоефективні, а відомі хімічні очищувачі складні і потребують застосування додаткових технологічних процесів. Для очищення газових викидів застосовують різноманітні технічні рішення, жодне з яких не забезпечує можливий рівень очищення (Див. посилання на літературу). Найближчим за суттю до технічного рішення, що заявляється, - прототипом, є спосіб ректифікації, абсорбції та подібних процесів, за яким абсорбцію здійснюють шляхом контакту (взаємодії) рідини із газом або парою, де процеси здійснюються всередині трубок довільного перерізу, в яких протікає газ або пара зі швидкістю, що дозволяє захоплювати рідину по стінці трубки силою тертя у напрямку руху газу або пари (Спосіб ректифікації, абсорбції і подібних процесів. Авторське свідоцтво на винахід СРСР №118487, заявка №1195-47/36710/23 від 23.05.1947 г. [1]). Спосіб ґрунтується на використанні сил тертя, що виникають на поверхні розділу фаз при їх відносному русі, і передбачає рух рідини у тонкому шарі, що захоплюється тертям швидкорухомого газу. За відомим способом, при виробництві карбаміду, ступінь очищення газових викидів обмежується 92-94 %, що призводить, з однієї сторони, до надлишкових витрат виробничої сировини, а з іншої, що найбільш суттєво, - до забруднення навколишнього середовища. Про таке, зокрема, свідчать відомості про застосування подібного способу очищення відхідних газів за технічним рішенням, на яке було видане авторське свідоцтво СРСР №1824746 А1 від 27.07.1995 р. [2]. Для здійснення подібного способу, відоме використання пристрою для очищення та утилізації шкідливих викидів у виробництві мінеральних добрив, що включає корпус, у якому зона контактування (взаємодії) газу із рідиною виконана у вигляді вихрової труби, із розташованими в ній - лопатевим завихрювачем і турбулізатором, корпус оснащений патрубками подачі неочищеної газової суміші і зрошувального розчину або води, патрубками відводу очищеного газу і забрудненої зрошувальної рідини, де лопаті завіхрювача встановлені під кутом, який забезпечує оптимальний режим взаємодії потоків, а турбулізатор виконаний у вигляді кільцевої шайби, при цьому співвідношення площ перерізу вихрової труби і турбулізатора складає 1:0,8+0,05, і турбулізатор встановлений на відстані 3-5 діаметрів від завихрювача, патрубки подачі зрошувального розчину та відводу очищеного газу розташовані у верхній частині корпусу, а патрубки подачі неочищеної газової суміші і забрудненої зрошувальної рідини - у нижній частині корпусу (Деклараційний патент України на винахід UA 40449 А від 16.07.2001 р.)[3]. Наведене відоме технічне рішення є найближчим за суттю пристроєм для здійснення способу, що заявляється, - прототипом пристрою. Використання відомого пристрою, що виконаний як вихрова труба круглого перерізу, здійснюється переважно у пакеті таких пристроїв, а оскільки між круглими трубами пакету залишаються проміжки, то пакет, у значній своїй частині, містить неробочі ділянки, що для забезпечення корисної дії пристроїв потребує суттєвого збільшення розмірів пакета. Вказані проміжки, задля запобігання витокам газу поза пристроями пакету, потребують додаткової герметизації, що збільшує матеріаломісткість і вагу конструкції. В основу винаходу, що заявляється, поставлена задача створення способу очищення газових викидів виробництв і пристрою для його здійснення, які б не мали наведених недоліків. Поставлена задача вирішується створенням способу очищення газових викидів виробництв, за яким абсорбцію та подібні процеси здійснюють шляхом контакту рідини із газом або парою, де процеси відбуваються всередині трубок довільного перерізу, в яких протікає газ або пара зі 1 UA 101766 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 швидкістю, що дозволяє захоплювати рідину по стінці трубки силою тертя у напрямку руху газу або пари, який відрізняється тим, що, шляхом застосування вихрових труб, додатково турбулізують газову суміш при очищенні газу від газоподібних, твердих та рідких домішок для створення, паралельним вихором протилежного напрямку до вихору основного потоку газу, дрібнодисперсної туманоподібної суміші. Спосіб ректифікації, абсорбції та подібних процесів, шляхом контакту рідини із газом або парою, де процеси здійснюються всередині трубок довільного перерізу, в яких протікає газ або пара зі швидкістю, що дозволяє захоплювати рідину по стінці трубки силою тертя у напрямку руху газу або пари. Використанням технічного рішення, що заявляється, досягається вищий ступінь очищення газових викидів. Так, при застосуванні способу у хімічній промисловості, рівень очищення газових викидів становить близько 99,9 %, що, крім іншого, забезпечує додаткову економію, за рахунок використання як сировини, вилучених із газових викидів, домішок. При цьому, застосування способу, що заявляється, не потребує додаткових енерговитрат і будь-якого додаткового устаткування. Спосіб, що заявляється, здійснюють за допомогою пристрою для очищення газових викидів виробництв, що включає корпус, в якому зона контактування газу із рідиною виконана у вигляді щонайменше однієї вихрової труби, із розташованими в ній: лопатевим завихрювачем і турбулізатором, корпус оснащений патрубками подачі неочищеної газової суміші і зрошувального розчину або води, патрубками відводу очищеного газу і забрудненої зрошувальної рідини, де лопаті завихрювача встановлені під кутом, який забезпечує оптимальний режим взаємодії потоків, а турбулізатор виконаний у вигляді кільцевої шайби, при цьому співвідношення площ перерізу вихрової труби і турбулізатора складає 1:0,8+0,05, і турбулізатор встановлений на відстані 3-5 діаметрів від завихрювача, патрубки подачі зрошувального розчину та відводу очищеного газу розташовані у верхній частині корпусу, а патрубки подачі неочищеної газової суміші і забрудненої зрошувальної рідини - у нижній частині корпусу, який відрізняється тим, що кожній вихровій трубі, послідовно, розташовані: завихрювач, турбулізатор у вигляді кільцевої шайби, а верхня частина кожної вихрової труби у поперечному перерізі є багатокутником. У другому варіанті пристрою для очищення газових викидів виробництв, наведений вище пристрій відрізняється тим, що вихрові труби об'єднані в пакет, що має стільникову конструкцію із самоущільненням окремих шестигранних вихрових труб по зовнішній поверхні. Діаметри вихрової труби Φ1 і отвору турбулізатора Ф2 (Див. на фіг. 1) вибирають із забезпеченням співвідношення площ перерізу циліндричної частини вихрової труби і турбулізатора як 1:0,8+0,05. Як і у відомих технічних рішеннях, турбулізатор встановлений на відстані 3-5 діаметрів Φ1 від завихрювача. Розмір же шестикутника верхньої частини вихрової труби становить S1 = Ф1. Спосіб очищення газових викидів виробництв і пристрій для його здійснення пояснюється схематичними зображеннями на фігурах 1-3, де на фіг. 1, стрілками показано, що газоповітряну суміш подають у нижню ємність (1), яка розташована під пакетом вихрових труб (2), а із верхньої ємності (3) пристрою подають зрошувальну рідину, яка далі стікає у плівковому режимі назустріч газоповітряному потоку по стінках вихрової труби. Газоповітряна суміш на початку вихрової труби, у завихрювачі (4), при вертикальному підйомі, отримує напрямок кругового переміщення. При проходженні газоповітряної суміші через турбулізатор (5), потік газовоповітряної суміші турбулентно переміщується назустріч потоку стікання зрошувальної рідини по циліндричній стінці верхньої частини (6). На схематичному зображені (фіг. 2) показано, що переміщення вихрового потоку (А) вздовж вихрової труби, при його круговому русі, створює у застійних зонах - кутах багатокутника, вихори (Б), напрям дії яких протилежний основному напрямку кругового переміщення газоповітряної суміші, що створює її додаткову турбулізацію. Турбулізований потік газоповітряної суміші, при сполученні із, стікаючою по стінках вихрової труби, зрошувальною рідиною, утворює туманоподібну суміш. На фіг. 3 показане схематичне зображення можливого варіанту стільникового пакету вихрових труб із мінімальними габаритами і самоущільненням окремих труб по зовнішніх поверхнях. Порівняно з відомими технічними рішеннями, при застосуванні способу очищення газових викидів виробництв і пристрою для його здійснення, досягається більша дисперсизація потоку зрошувальної рідини для підвищення рівня абсорбції домішок у газоповітряній суміші із різного розміру краплями рідини (турбулізація в турбулізаторі і додаткова турбулізація у застійних зонах граней вихрової труби створюють краплі різного розміру), більш ефективне поглинання 2 UA 101766 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 забруднюючих часток із газових викидів, і/або активізація хімічних реакцій по вилученню речовин із газової суміші - для їх подальшої утилізації після вилучення із, збираної у нижній частині пристрою, зрошувальної рідини. Процес очищення в окремій вихровій трубі регулюють шляхом дозування визначених кількостей зрошувальної рідини і газоповітряної суміші. Фігури креслення: Фіг. 1. Схематичне зображення пакету вихрових труб у повздовжньому перерізі. Фіг. 2. Схематичне зображення вихрової труби у поперечному перерізі. Фіг. 3. Схематичне зображення стільникового пакету вихрових труб. 1 - нижня ємність; 2 - вихрова труба в пакеті вихрових труб; 3 - верхня ємність; 4 завихрювач; 5 - турбулізатор; 6 - верхня частина вихрової труби. Спосіб очищення газових викидів виробництв і пристрій для його здійснення можуть використовуватися на виробництвах для зниженням викидів в атмосферу шкідливих речовин, збільшення ефективності теплових електростанцій [10], а також підвищення ефективності виробництв у хімічній та металургійній галузях промисловості, за рахунок підвищення ефективності виробництв, завдяки збиранню із газових викидів (у виробництві мінеральних добрив - до 99,9 %) сировини. Обладнання для виготовлення пристрою для очищення газових викидів може бути виготовлене на будь-якому виробництві, пристосованому для виконання робіт по виготовленню металоконструкцій, із застосуванням стандартних деталей і механізмів. Джерела інформації: 1. Способ ректификации, абсорбции и подобных процес сов. Авторское свидетельство на изобретение СССР № 118487, заявка от 23.05.1947 г. №1195-47/36710/23 в Министерство химической промышленности СССР. Публ. "Бюллетень изобретений", №6, 1959. 2. Способ очистки отходящих газов. Авторское свидетельство на изобретение СССР №1824746 А1 от 22.11.1990 г. Публ. 27.07.1995, Бюл. №21 3. Пристрій для очищення та утилізації шкідливих викидів у виробництві мінеральних добрив. Деклараційний патент України на винахід №40449 А. Публ. 16.07.2001. Бюл. 6. 4. Спосіб очищення шкідливих викидів у виробництві мінеральних добрив. Деклараційний патент України на винахід №41522 А. Публ. 17.09.2001 р. Бюл. №8. 5. Спосіб очищення вентиляційного потоку від шкідливих викидів у виробництві карбаміду. Деклараційний патент України на винахід №53828. Публ. 17.02.2003, Бюл. №2. 6. Пристрій для очищення повітря від шкідливих викидів у виробництві карбаміду. Деклараційний патент України на винахід №58709 А. Публ. 15.08.2003. Бюл. №8. 7. Спосіб очищення газових викидів виробництва карбаміду від забруднюючих речовин. Патент України на корисну модель №25443. Публ. 10.08.2007, Бюл. №12. 8. Устройство для очистки и утилизации вредных выбросов в производстве минеральных удобрений. Патент Российской Федерации на полезную модель №19367 U1. Публ. 27.08.2001. 9. Куличенко И.И., Левенко А.С., Шапарь А.Г., Павлов В.А., Переметник Н.Н., Колотенко В.П., Квитка С.А., Задорский В.М., Волошин В.И. Долина Л.Ф. Экология мегаполиса. Экологические аспекты промышленного развития Днепропетровска. - Д.: ИМА-пресс, 2002.368 с. 10. Кукушкин В.И. Действительность и возможная перспектива. К утилизации отходов Приднепровской ТЭС / Экополис, №1 (18), 2009.-33 с. 45 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 50 55 60 1. Спосіб очищення газових викидів виробництв, за яким абсорбцію та подібні процеси здійснюють шляхом контакту рідини із газом або парою, де процеси здійснюють всередині трубок довільного перерізу, в яких протікає газ або пара зі швидкістю, що дозволяє захоплювати рідину по стінці трубки силою тертя у напрямку руху газу або пари, який відрізняється тим, що, шляхом застосування вихрових труб, додатково турбулізують газову суміш при очищенні газу від газоподібних, твердих та рідких домішок для створення, паралельним вихором протилежного напрямку до вихору основного потоку газу, дрібнодисперсної туманоподібної суміші. 2. Пристрій для очищення газових викидів виробництв, що включає корпус, в якому зона контактування газу із рідиною виконана у вигляді щонайменше однієї вихрової труби, із розташованими в ній лопатевим завихрювачем і турбулізатором, при цьому корпус оснащений патрубками подачі неочищеної газової суміші і зрошувального розчину або води, патрубками відводу очищеного газу і забрудненої зрошувальної рідини, де лопаті завихрювача встановлені 3 UA 101766 C2 5 10 під кутом, який забезпечує оптимальний режим взаємодії потоків, а турбулізатор виконаний у вигляді кільцевої шайби, при цьому співвідношення площ перерізу вихрової труби і турбулізатора складає 1:0,8+0,05, і турбулізатор встановлений на відстані 3-5 діаметрів від завихрювача, патрубки подачі зрошувального розчину та відводу очищеного газу розташовані у верхній частині корпусу, а патрубки подачі неочищеної газової суміші і забрудненої зрошувальної рідини - у нижній частині корпусу, який відрізняється тим, що у кожній вихровій трубі послідовно розташовані: завихрювач, турбулізатор у вигляді кільцевої шайби, а верхня частина кожної вихрової труби у поперечному перерізі є багатокутником. 3. Пристрій для очищення газових викидів виробництв за пунктом 2, який відрізняється тим, що вихрові труби об'єднані в пакет, який має стільникову конструкцію із самоущільненням окремих шестигранних вихрових труб по зовнішній поверхні. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4