RU2684088C1 - Способ очистки дымовых газов тепловых устройств от токсичных соединений - Google Patents

Способ очистки дымовых газов тепловых устройств от токсичных соединений Download PDF

Info

Publication number
RU2684088C1
RU2684088C1 RU2018123631A RU2018123631A RU2684088C1 RU 2684088 C1 RU2684088 C1 RU 2684088C1 RU 2018123631 A RU2018123631 A RU 2018123631A RU 2018123631 A RU2018123631 A RU 2018123631A RU 2684088 C1 RU2684088 C1 RU 2684088C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
flue gases
sludge
cleaning
toxic compounds
nepheline
Prior art date
Application number
RU2018123631A
Other languages
English (en)
Inventor
Юрий Иванович Сторожев
Александр Михайлович Погодаев
Петр Васильевич Поляков
Станислав Вячеславович Мальчик
Сергей Георгиевич Козлов
Владимир Анатольевич Афанасин
Иван Викторович Черменев
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет"
Priority to RU2018123631A priority Critical patent/RU2684088C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2684088C1 publication Critical patent/RU2684088C1/ru

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46Removing components of defined structure
    • B01D53/48Sulfur compounds

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области очистки от токсичных соединений дымовых газов тепловых устройств, работающих на сернистых видах топлива, твердыми адсорбентами, например, шламовыми отходами глиноземного производства и может быть использовано в энергетической, металлургической и других отраслях промышленности. Описан способ очистки дымовых газов тепловых установок от токсичных соединений взаимодействием нефелинового шлама глиноземного производства с дымовыми газами, отличающийся тем, что используют нефелиновый шлам крупностью 0,05-0,2 мм, который подают в поток горячих дымовых газов и выводят из потока дымовых газов вместе с золой, при этом подачу шлама поддерживают равной 1,4-2,7% вес. от расхода топлива. Технический результат состоит в том, что способ позволяет повысить эффективность очистки дымовых газов тепловых устройств. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Description

Изобретение относится к области очистки дымовых газов тепловых устройств от токсичных соединений твердыми адсорбентами и может быть использовано в энергетической, металлургической и других отраслях промышленности.
Известен способ очистки дымовых газов дизельного двигателя или отопительного котла, работающего на дизельном топливе. В качестве адсорбента вредных компонентов выхлопных газов используется гранулированная шлаковая пемза с высокопористой структурой, изготовленная из основных металлургических шлаков, состоящих из оксидов кальция, кремния, алюминия и магния. Высокая основность и пористость гранул позволяют использовать их в качестве адсорбента веществ с кислыми свойствами, к которым относятся вредные примеси, присутствующие в отработавших выхлопных газах (NOx, SOx, СО). [Туркин А.В. Исследование возможности практического применения способа очистки выхлопных газов судового двигателя адсорбцией твердым веществом в присутствии озона. Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. №3, 2014. С. 89-95].
Гранулы шлаковой пемзы диаметром 5-10 мм загружают в перфорированные контейнеры, устанавливаемые в дымовом канале перед дымовой трубой. Продукты горения заполняют пространство между гранулами шлаковой пемзы. Находящиеся в газовой смеси оксиды NO, SOx, СОх адсорбируются на поверхности пор гранул, частично реагируют с избыточным кислородом воздуха, подаваемого на процесс горения, образуя NOx, SO2, CO2. Одновременно на поверхности гранул осаждаются мелкодисперсные пылевые и сажистые частицы. Очищенные выхлопные газы при температуре 70-170°С удаляются через дымовую трубу в атмосферу. Регенерация гранул осуществляется промывкой их водой. Степень очистки дымовых газов от NOx и SO2 составляет 21 и 23%.
Недостатками рассмотренного способа являются невысокая степень очистки дымовых газов от оксидов серы и азота, высокое гидравлическое сопротивление контейнерной загрузки гранулированной пемзы - адсорбента, его невысокая поглотительная способность. При подаче в зону смешения газов и адсорбента высокореакционного окислителя - озона степень денитрификации и десульфуризации увеличивается соответственно в два и три раза. Однако использование озона в производственных условиях связано с высокой энергоемкостью его производства и нежелательно в замкнутых объектах, поскольку он имеет первый класс опасности.
Известен способ сухой сероочистки дымовых газов котельной установки в топке, газоходах и тканевом фильтре путем активации части уловленной высококальциевой золы топлива в пароструйной мельнице, подачи активированной золы в топку котла в количестве до 50% от золы уноса с последующим улавливанием золы с адсорбированным и химически связанным SO2 в тканевом фильтре [Пронин М.С. Совершенствование технологий пылеугольного сжигания канско-ачинских углей с учетом особенностей их органической и минеральной массы: Монография / М.С. Пронин. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2004, с. 160-170].
К недостаткам способа следует отнести повышение интенсивности загрязнения конвективных поверхностей нагрева, так как увеличивается концентрация золы в газах, и невысокая степень очистки дымовых газов от оксидов серы.
Известен способ очистки серосодержащих дымовых газов от оксидов серы [Патент РФ №2457892, МПК BO1D 53/48, BO1D 53/81, БИ №22, 2012]. Способ включает распыление в дымовые газы теплотехнических установок щелочного адсорбента и улавливание твердых частиц перед дымовой трубой. В качестве щелочного адсорбента используют мелкодисперсные частицы активированной негашеной извести или активированного известняка, которые распыляют в дымовые газы с температурой 500-1200°С. Соотношение количества распыляемого щелочного адсорбента и его стехиометрического количества, необходимого для хемосорбции оксидов серы составляет 1-1,4. Улавливание твердых частиц перед дымовой трубой осуществляют путем мокрой очистки дымовых газов. Степень очистки дымовых газов от оксидов серы составляет не менее 85%.
Недостатком этого способа является его технологическое усложнение путем применения перед дымовой трубой дополнительной мокрой очистки в пароэжекционной трубе Вентури. Кроме того, мокрые способы очистки ухудшают способность дымовых газов рассеиваться, в результате чего концентрация SO2 в приземном слое может быть выше допустимых норм.
Наиболее близким к заявляемому по совокупности существенных признаков является способ очистки дымовых газов электролизного производства, содержащих экологически опасные компоненты HF, SO2, СО, путем их просасывания через неподвижный слой адсорбента, установленный в дымовом канале. [Погодаев A.M., Белянин А.В., Якимов И.С., Кирко В.И. Адсорбционные и каталитические свойства нефелинового шлама. Цветные металлы. 2015, №12, с. 53-55]
В качестве адсорбента использован нефелиновый шлам, являющийся отходом глиноземного производства. Он образуется при выщелачивании из спека, полученного при спекании нефелиновой руды и известняка, алюмината натрия (NaAlO2).
Высушенный нефелиновый шлам имеет высокоразвитую поверхность, его основу (80-85%) составляет двухкальциевый силикат (Ca2SiO4). Нефелиновый шлам содержит до 3,5% оксидов железа, что с высокоразвитой поверхностью придает ему свойства катализатора. Нефелиновый шлам содержит также до 2,3% оксида натрия в виде не отмытого алюмината натрия. Выше названные химические соединения вступают в реакции с оксидом серы с образованием сульфидов и сульфатов натрия и кальция, о чем свидетельствуют отрицательные изменения стандартной энергии Гиббса (ΔG°373 k) реакций:
4SO2+8NaAlO2=Na2S+3Na2SO4+4Al2O3, ΔG°373 K=-131 кДж.
2SO2+Ca2SiO4+O2=2CaSO4+SiO2, ΔG°373 K=-672 кДж.
Таким образом, при использовании нефелинового шлама в качестве адсорбента имеют место и адсорбция, и хемосорбция, что обеспечивает ему высокую емкость, как адсорбента.
При осуществлении рассматриваемого способа очистки дымовых газов исходная концентрация фтористого водорода (HF) составляла 428 мг/м3, концентрация оксида серы (SO2) и монооксида углерода (СО) составляла соответственно 730 и 5960 мг/м3. Эффективность поглощения указанных компонентов составила 95-99%.
Недостатком рассмотренного способа является его периодичность и неприемлемость для крупномасштабного производства. При больших объемах технологических газов газоотсасывающая сеть будет иметь высокое гидравлическое сопротивление.
В основу изобретения поставлена задача разработать способ очистки дымовых газов тепловых устройств, работающих на сернистых видах топлива, от токсичных соединений путем эффективного физического и химического адсорбирования вредных составляющих.
Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что в способе очистки дымовых газов тепловых установок от токсичных соединений взаимодействием нефелинового шлама глиноземного производства с дымовыми газами используют нефелиновый шлам крупностью 0.05-0.2 мм, который подают в поток горячих дымовых газов и выводят из потока дымовых газов вместе с золой, при этом подачу шлама поддерживают равной 1,4÷2,7% вес. от расхода топлива, а также обеспечивают возможность повторной подачи шлама с уловленной золой в систему газоочистки, например, в количестве 6% от расхода топлива.
Химический состав нефелинового шлама включает следующие основные компоненты: SiO2, CaO, Al2O3, Fe2O3, Na2O, K2O, MgO. В отличие от зол тепловых станций, химический состав нефелиновых шламов практически имеет постоянный состав и содержит 55% оксида кальция -основного адсорбирующего вещества.
Эффективность адсорбирования вредных газообразных составляющих зависит от размеров частиц адсорбента. В работе [Буваков К.В. Свойства минеральных сорбентов применительно к технологиям топливосжигания. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Томский политехнический университет. 2007.] установлено, что поглощательная способность измельченных материалов, состоящих из оксидов кальция, магния, кремния, алюминия, железа изменяется обратно пропорционально в отношении к диоксиду серы и оксидам азота в зависимости от размеров частиц. Например, сорбционная способность золы, включающей аналогичные химические компоненты, уменьшается с возрастанием размера частиц от 0,05 до 0,2 мм в отношении диоксида серы и увеличивается в отношении оксидов азота при возрастании размеров частиц от 0,1 до 0,2 мм.
Это означает, что при адсорбировании золой оксидов серы и азота действуют различные механизмы сорбционного процесса. Для поглощения диоксида серы наиболее важно увеличение удельной поверхности сорбента, достигаемое уменьшением размера частиц, что свидетельствует о наличии хемосорбции. При поглощении оксидов азота, наоборот, сорбция возрастает с увеличением размеров частиц. Следовательно, процесс идет за счет физического взаимодействия в порах, чему благоприятствует увеличение крупных частиц, у которых более развита внутрипоровая структура, чем у мелких. Исходя из изложенного, оптимальными размерами частиц глиноземного шлама, включающего одинаковые с золой химические компоненты, при поглощении оксидов серы и азота следует считать диапазон от 0,05 до 0,2 мм.
Эффективность улавливания токсичных соединений дымовых газов, например SO2, пропорциональна расходу шлама. Большинство котельных и тепловых станций работают на бурых углях с содержанием серы около 0,4%. При идеальном смешении дымовых газов и шлама в горловине реактора и контакте на стенках рукавного фильтра эффективность улавливания SO2 в пределах 90-100% по стехиометрическому расчету по реакциям:
S+O2=SO2,
Ca2SiO4+2SO2=2CaSO4+SiO2
соответствует расходу шлама около 1,4% от расхода угля (таблица). Для других видов сернистого топлива и другом содержании серы расчет теоретического расхода щлама ведется аналогично по приведенным формулам.
Figure 00000001
В реальных условиях при возможном неполном смешении шлама и газа в горловине реактора и недостаточном времени контакта газа и шлама на стенках рукавного фильтра неполнота протекания процесса адсорбирования компенсируется пропорциональным увеличением расхода шлама до 2,7% от расхода угля при полноте адсорбирования равной 50%. При меньшей эффективности улавливания SO2 существенно возрастают затраты на обслуживание системы газоочистки.
Производственные испытания адсорбции токсичных газов шламом во взвешенном слое на модели рукавного фильтра в виде вращающегося барабана с пересыпающими полками и матерчатым фильтром типа ФРО на выходе из барабана подтвердили высокую эффективность улавливания SO2 и СО дымовых газов котельной установки благодаря высоким адсорбционным и каталитическим свойствам нефелинового шлама.
В случае рециркуляции уловленных в рукавном фильтре шлама-адсорбента и летучей золы расход свежего шлама уменьшится пропорционально увеличению расхода рециркулята. Наиболее рационален повторный возврат смеси уловленных в рукавном фильтре использованного шлама и летучей золы при максимальном расходе свежего шлама порядка 2,7% вес. от расхода угля.
На практике для простоты и надежности регулирования пылевозврата рециркуляцию уловленных продуктов принимают равной 50% (аналог 2). Например, при расходе угля в паровом котле 8,4 т/ч, зольности около 10%, рециркуляции 50% уловленных продуктов количество рециркулята составит около 6% от расхода угля, что при сохранении заявленного верхнего предела расхода шлама на процесс адсрбирования вредных составляющих дымовых газов позволит уменьшить расход свежего шлама в 2 раза.
При большем количестве рециркулята, т.е. более 6% от расхода угля, значительно возрастает количество уловленной золы, препятствующей контакту шлама и вредных газовых компонентов дымовых газов, что приводит к снижению эффективности газоочистки.
При меньшем количестве рециркулята, т.е. менее 6% от расхода угля, расход свежего шлама можно уменьшить, но менее, чем в 2 раза, что не оправдает затраты на организацию пылевозврата.

Claims (2)

1. Способ очистки дымовых газов тепловых установок от токсичных соединений взаимодействием нефелинового шлама глиноземного производства с дымовыми газами, отличающийся тем, что используют нефелиновый шлам крупностью 0,05-0,2 мм, который подают в поток горячих дымовых газов и выводят из потока дымовых газов вместе с золой, при этом подачу шлама поддерживают равной 1,4-2,7% вес. от расхода топлива.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что возможна повторная подача шлама с уловленной золой в систему газоочистки, например, в количестве до 6% вес. от расхода топлива.
RU2018123631A 2018-06-28 2018-06-28 Способ очистки дымовых газов тепловых устройств от токсичных соединений RU2684088C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018123631A RU2684088C1 (ru) 2018-06-28 2018-06-28 Способ очистки дымовых газов тепловых устройств от токсичных соединений

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018123631A RU2684088C1 (ru) 2018-06-28 2018-06-28 Способ очистки дымовых газов тепловых устройств от токсичных соединений

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2684088C1 true RU2684088C1 (ru) 2019-04-03

Family

ID=66089751

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018123631A RU2684088C1 (ru) 2018-06-28 2018-06-28 Способ очистки дымовых газов тепловых устройств от токсичных соединений

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2684088C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2805931C1 (ru) * 2019-11-06 2023-10-24 Чжуне Чантянь Интернэшнл Инджиниринг Ко., Лтд. Система и способ для денитрификации дымового газа с помощью монооксида углерода

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4135917A (en) * 1976-12-22 1979-01-23 Badaliants Khoren A Process for recovering gallium from alkali aluminate solutions resulting from treatment of aluminum-containing ores
US5830388A (en) * 1995-08-11 1998-11-03 American Envirocare, Inc. Coagulating and flocculating agent and method for making it
RU2620844C1 (ru) * 2016-03-25 2017-05-30 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" (СФУ) Способ утилизации шламов алюминиевого производства

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4135917A (en) * 1976-12-22 1979-01-23 Badaliants Khoren A Process for recovering gallium from alkali aluminate solutions resulting from treatment of aluminum-containing ores
US5830388A (en) * 1995-08-11 1998-11-03 American Envirocare, Inc. Coagulating and flocculating agent and method for making it
RU2620844C1 (ru) * 2016-03-25 2017-05-30 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" (СФУ) Способ утилизации шламов алюминиевого производства

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2805931C1 (ru) * 2019-11-06 2023-10-24 Чжуне Чантянь Интернэшнл Инджиниринг Ко., Лтд. Система и способ для денитрификации дымового газа с помощью монооксида углерода

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11065578B2 (en) Control of wet scrubber oxidation inhibitor and byproduct recovery
Yang et al. Removal of elemental mercury from flue gas using red mud impregnated by KBr and KI reagent
Roy et al. SO2 emission control and finding a way out to produce sulphuric acid from industrial SO2 emission
Dou et al. Research progress of hot gas filtration, desulphurization and HCl removal in coal-derived fuel gas: A review
US7722843B1 (en) System and method for sequestration and separation of mercury in combustion exhaust gas aqueous scrubber systems
CA2850142C (en) Dry sorbent injection during steady-state conditions in dry scrubber
KR102002193B1 (ko) 건식 세정 장치의 비-정상 상태 조건 하에서의 건조 흡수제의 분사방법
CN205199271U (zh) 中小型燃煤锅炉烟气除尘脱硫脱硝协同治理设备
US20110014106A1 (en) COMBUSTION FLUE GAS SOx TREATMENT VIA DRY SORBENT INJECTION
CN102114386B (zh) 一种烟气脱硫脱汞的方法
US5002741A (en) Method for SOX /NOX pollution control
UA56993C2 (ru) Способ сухого обессеривания отработанного газа
CN111773915B (zh) 一种烟气干法脱硫工艺
CN101342459A (zh) 废气脱硫回用处理方法及装置
CN103463960A (zh) 烟气脱硫净化***的脱硫净化方法
CN109908720A (zh) 一种钠盐法脱除低温烟气中重金属汞的方法
WO2005030641A1 (ja) 高賦活活性コークス粉及びその製造方法
US9597654B2 (en) Modified trass and process for its preparation
RU2684088C1 (ru) Способ очистки дымовых газов тепловых устройств от токсичных соединений
CN218741209U (zh) 一种危废活性炭热解再生烟气净化***
Uffalussy et al. Novel Capture Technologies: Non‐carbon Sorbents and Photochemical Oxidations
Gulyurtlu et al. Pollutant emissions and their control in fluidised bed combustion and gasification
CN104028101B (zh) 烟气脱硫脱汞一体化***及工艺
Nikolaeva et al. Addressing environmental issues faced by chemical companies when cleaning gas emissions from sulfur dioxide
CN213840977U (zh) 一种烟气脱硫废水与有机污染物协同处理的装置