Способ очистки дымовых газов от газообразных серосодержащих примесей и устройство для его осуществления

 

Использование: очистка дымовых газов целлюлозно - бумажных производств от меркаптанов, сернистого ангидрида и других серосодержащих газообразных примесей. Сущность изобретения: дымовые газы пропускают через реактор, в который подают струю низкотемпературной неравновесной углеводородной плазмы. Образовавшиеся полимерные твердофазные продукты реакций отделяют. Устройство для очистки дымовых газов содержит реактор, снабженный одной или несколькими секциями плозмотронов постоянного тока, и аппарат для улавливания и сбора твердофазных продуктов реакций. Реактор выполнен охлаждаемым. Предпочтительно плазмотроны установлены под разными углами к потоку дымовых газов. Достигается полная очистка от метилмеркаптана и сернистого ангидрида. 2 с.п. ф-лы, 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к процессам очистки дымовых газов от вредных примесей и может быть использовано в разных отраслях промышленности, в частности для очистки газовых выбросов целлюлозно-бумажных (ЦБ) производств от меркаптанов и других сернистых соединений.

Известны различные способы очистки, которые можно разделить на два направления. К первому направлению относятся в основном химические способы. Они менее приемлемы, так как зачастую связаны с нарушением того основного технологического процесса, которому сопутствует образование этих примесей. Они громоздки, дороги и не всегда эффективны.

К способам второго направления относятся адсорбционные, каталитические и физические методы.

Известен способ очистки дымовых газов от NO_x и SO_х введением в них потока аргонной плазмы. Эффективная очистка достигается лишь за счет введения в поток плазмы газообразного аммиака [1] Наиболее близким к предложенному устройству является устройство для очистки дымовых газов в пламени воздушной плазменной дуги. Устройство содержит реактор, снабженный секцией дуговых плазменных горелок, и аппарат для улавливания продуктов реакций в виде скруббера [2] Этому способу присущи недостатки, заключающиеся в малой эффективности очистки и значительном энергопотреблении для создания необходимых условий для достижения нужной напряженности поля и малые объемные расходы очищаемого газа.

Целью изобретения является повышение эффективности очистки, снижение стоимости очистных процессов, увеличение объемных расходов очищаемых газов и получение в процессе очистки товарного продукта.

Это достигается за счет того, что дымовые газы пропускают через реактор, в который вводят дополнительный газ и высокоэнергетические частицы, при этом в реактор вводят поток неравновесной низкотемпературной плазмы.

Способ осуществляют следующим образом: поток дымовых газов, подлежащих очистке от вредных примесей (SO_x, меркаптанов и др.) смешивается в корпусе плазмохимического реактора со струйным потоком неравновесной низкотемпературной плазмы, создаваемым генераторами плазмы (плазмотронами). В качестве плазмообразующего используется полимеризующийся газ с участием сернистых соединений, например СН₄. Затем отделяется твердая фаза и очищенный газ выводится в атмосферу.

Механизм процесса удаления SO₂ и СН₃SH состоит в том, что при возбуждении дымовых газов при помощи плазменных струй образуется достаточное количество радикалов в возбужденном состоянии, которые сополимеризуются с помощью мономера. Этот механизм определяется структурой мономера и концентрацией возбужденных частиц и ионов.

В рассматриваемой системе присутствуют следующие активные частицы: ионы (H₂S⁺, CH₃-SH⁺ и др.), SO₂; C₂H₂; CS*₂; CS; CO. При реакции полимеризации с участием СО образуется полимер, состоящий из углерода и субокиси углерода С₃О₂. При участии СО в качестве мономера полимер включает [-C-S-] В процессах полимеризации меркаптаны (СН₃SH) являются аналогами спиртов, от которых отличаются тем, что вместо атома кислорода в радикале, связанном с алкильным радикалом, содержится атом серы. Легко отдавая атом водорода при взаимодействии с растущим полимерным радикалом, молекула становится инициатором новой полимерной цепочки. В данной химической системе (плазма и газы) серосодержащие молекулы расщепляются на радикалы, присоединяющиеся по месту двойных связей [-С, С-] в полимерных молекулах. Полимеры данного состава представляют собой порошки, применение которых крайне эффективно в разных отраслях промышленности.

На фиг. 1 представлен участок инфракрасного (ИК) спектра поглощения дымовых газов ЦБ производства до очистки; на фиг. 2 то же, после очистки; на фиг. 3 спектр ИК-поглощения твердой фазы; на фиг. 4 схема устройства.

Спектрограммы 1-3 поясняют пример осуществления очистки дымовых газов и показывают переход сернистых соединений SO₂, CH₃SH из газовой фазы в твердую в процессе очистки.

Устройство содержит секцию плазменных генераторов 1, генераторы плазмы 2, секционный охлаждаемый плазмохимический реактор 3, сборник 4 твердой фазы патрубок 5 для выхода твердой фазы и патрубок 6 для выхода очищенных газов в атмосферу. Секции генераторов плазмы, являющихся плазмотронами постоянного тока, совместно с реактором образуют плазменный фильтр, причем возможна установка секций в разных сечениях реактора и под разными углами.

Устройство работает следующим образом.

Поток дымовых газов, подлежащий очистке от вредных примесей (SO_x, меркаптанов и др.), смешивается в корпусе плазмохимического реактора 3 с потоком неравновесной низкотемпературной плазмы, создаваемым генераторами плазмы 2. При этом в зоне смешения плазмы и дымовых газов осуществляются ионно-молекулярные реакции и процессы полимеризации, конечными продуктами которых являются твердая фаза, пары воды, углекислый газ, свободный азот и водород. В скруббере осуществляется разделение потока на твердую фазу и очищенный газ, каждый из которых выводится через соответствующий канал.

П р и м е р 1. Газ, подлежащий очистке от сернистых и других соединений с концентрацией сернистого ангидрида (SO₂) ≈ 10^-2% и СН₃SH ≈ 10^-4% при давлении Р ≃ 1 атм, обрабатывали в реакторе низкотемпературной неравновесной плазмой. При этом в зоне реакции температура электронов Т_е=1 эВ, колебательная температура Т_v= 2000-3000 К, температура тяжелых частиц Т_ч=0,1 эВ, скорость потока плазмы ≃ 800-1200 м/с.

После очистки концентрации SO₂ ≃ 5 ^.10^-4% и СН₃SH ≈ 5 ^. 10^-6% П р и м е р 2. При использовании химического метода измерений исходная концентрация SO₂ от 12,0 до 18,0 мг/м³.

После указанной обработки и при измерениях с точностью до 10^-1мг/м³ ни SO₂, ни CH₃SH не обнаружены.

Формула изобретения

1. Способ очистки дымовых газов от газообразных серосодержащих примесей, включающий пропускание дымовых газов через реактор и подачу в реактор струи плазмы, отличающийся тем, что используют углеводородную низкотемпературную неравновесную плазму, после чего отделяют образовавшиеся полимерные твердофазные продукты реакций.

2. Устройство для очистки дымовых газов от газообразных серосодержащих примесей, содержащее реактор, снабженный секцией генераторов плазмы, и аппарат для улавливания продуктов реакций, отличающееся тем, что каждый генератор плазмы выполнен в виде плазмотрона постоянного тока, реактор выполнен охлаждаемым, а аппарат для улавливания продуктов реакций выполнен в виде сборника твердофазных частиц.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит одну или более секций генераторов плазмы, причем секции генераторов установлены в различных сечениях реактора под разными углами плазмотронов к потоку дымовых газов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4