Способ и устройство для выделения двуокиси углерода из дымовых газов

 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в процессе очистки и утилизации дымовых газов теплоэнергетических установок. Способ включает охлаждение дымовых газов до температуры ниже температуры точки росы с образованием конденсата водяных паров, который по мере накопления используется в качестве абсорбента двуокиси углерода, последующую десорбцию двуокиси углерода из абсорбента, охлаждение абсорбента за счет десорбции двуокиси углерода и испарения части абсорбента в результате создания разрежения, осушку выделившегося углекислого газа, а устройство состоит из транзитного газохода с окном в днище, к которому примыкает корпус с размещенными в нем теплообменной, абсорбционной и десорбционно-охладительной секциями, отсасывающим зонтом, соединенным с вентилятором и осушителем. Изобретение позволяет повысить эффективность выделения двуокиси углерода из дымовых газов, увеличить надежность и упростить конструкцию устройства. 2 с. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в процессах очистки и утилизации дымовых газов теплоэнергетических установок.

Известны способ и устройство для очистки газов от двуокиси углерода, включающие абсорбцию двуокиси углерода из очищаемого газа раствором моноэтаноламина в противотоке в насадочной колонне с последующим выделением двуокиси углерода из насыщенного раствора моноэтаноламина, который после регенерации вновь подается в насадочный абсорбер [1].

Недостатками известных способа и устройства являются низкая эффективность и повышенная экологическая опасность, обусловленные высоким гидравлическим сопротивлением насадочных колонн при противоточном межфазном контакте с использованием в качестве абсорбента дорогого и опасного д;дя окружающей атмосферы вещества - моноэтаноламина.

Более близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ для производства углекислого газа из выхлопных газов, включающий охлаждение выхлопных газов, абсорбцию углекислого газа в противотоке многократно циркулирующим абсорбентом, десорбцию углекислого газа из абсорбента при его подогреве и разбрызгивании, осушку и отвод готового углекислого газа к потребителю.

Устройство, реализующее известный способ, содержит корпус, внутри которого размещены теплообменник и абсорбер, размещенные вне корпуса десорбер с кипятильником в нижней части, холодильник, охлаждаемый потоком наружного воздуха, подаваемого вентилятором [2].

Основными недостатками известного способа являются отсутствие утилизации тепла отходящих газов и находящихся в них водяных паров, необходимость нагрева насыщенного абсорбента при десорбции углекислого газа и охлаждения абсорбента после десорбции, проведение межфазного контакта в процессе абсорбции в противотоке, невозможность использования в процессе выделения углекислого газа из продуктов сгорания разности плотностей азота и углекислого газа, применение в качестве абсорбента моноэтаноламина, что снижает эффективность получения углекислого газа и ухудшает санитарно-гигиенические показатели газа, выбрасываемого в атмосферу.

К недостаткам известного устройства относятся сложное аппаратурное оформление и некомпактное размещение оборудования, в результате чего снижается надежность и эффективность работы устройства.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности процесса выделения двуокиси углерода из дымовых газов с одновременной утилизацией тепла и водяных паров, а также увеличение надежности и упрощение конструкции устройства.

Технический результат достигается тем, что предлагаемый способ включает в себя охлаждение дымовых газов до температуры ниже температуры точки росы с образованием конденсата водяных паров, которые по мере накопления используют в качестве абсорбента, стекающего вниз на поверхность насадки абсорбционной секции, где он смешивается с рециркуляционным конденсатом, подаваемым на абсорбцию циркуляционным насосом через распределитель жидкости, и контактирует при этом с дымовыми газами, движущимися из транзитного газохода вниз под действием силы тяжести в прямотоке с абсорбентом на поверхности насадки в пленочном режиме, поглощая двуокись углерода, после чего насыщенный абсорбент самотеком стекает в десорбционно-охладительную секцию на поверхность насадки, где процесс десорбции двуокиси углерода из насыщенного абсорбента происходит параллельно с охлаждением регенерированного абсорбента, при этом одновременно десорбируется двуокись углерода и испаряется часть абсорбента за счет создания в десорбционно-охладительной секции разрежения, в результате отсоса вентилятором этих компонентов через отсасывающий зонт, выделившую двуокись углерода осушают и направляют потребителю, а охлажденный регенерированный абсорбент подают вновь на рециркуляцию в абсорбционную секцию.

Способ реализуется в устройстве, которое изображено на чертеже.

Устройство содержит транзитный газоход 1, в днище которого устроено окно 2, соединенный верхней кромкой бортов с окном 2 вертикальный корпус с коническим днищем 3, внутри которого сверху вниз, соответственно, размещены вертикальный кожухотрубчатый теплообменник 4, распределитель жидкости 5, абсорбционная секция 6, заполненная насадкой с большим диаметром, десорбционно-охладительная секция 7, заполненная насадкой с малым диаметром, отсасывающий зонт 8, соединенный с вентилятором 9 и осушителем 10, а коническое днище корпуса 3 соединено трубопроводом 11 через циркуляционный насос 12 с распределителем жидкости 5.

В основу предлагаемого способа положен состав дымовых газов, основными компонентами которого на основании опытных данных и расчета состава продуктов сгорания являются азот (76-82) об.%, двуокись углерода (7-14) об.%, водяные пары (5-17) об.%, концентрация которых зависит от вида топлива и способа его сжигания [3, с.15], превышение растворимости двуокиси углерода над растворимостью азота в воде приблизительно в 100 раз [4, с.316], превышение плотности двуокиси углерода над плотностью азота в 1,5 раза, что стимулирует движение молекул двуокиси углерода под действием силы тяжести вниз, а молекул азота вверх [5, с.483], способность газов десорбироваться из абсорбента при понижении давления согласно законам Генри и Дальтона [6, с.289], снижение температуры абсорбента при его частичном испарении аналогичное охлаждению воды в пароэжекторной холодильной машине [7, с.167], жесткая зависимость сопротивления насадочных аппаратов от эквивалентного диаметра насадки и скорости движения газа [8, с.491].

Предлагаемый способ выделения двуокиси углерода из дымовых газов осуществляется в предлагаемом устройстве следующим образом.

Дымовые газы, количество которых обусловлено производительностью устройства, из транзитного газохода 1 через окно 2 под действием силы тяжести поступают в трубное пространство теплообменника 4, охлаждаемого, например, дутьевым воздухом или сырой водой, где охлаждаются до температуры (60-70)^oС с образованием конденсата, стекающего вниз по стенкам труб и поступающего вместе с дымовыми газами в абсорбционную секцию, заполненную насадкой с большим эквивалентным диаметром, например кольцами Рашига размером 50х50 мм, где он смешивается с рециркуляционным охлажденным абсорбентом, образуя абсорбент, количество которого достаточно для обеспечения необходимой плотности орошения, растекается по поверхности насадки и избирательно поглощает из дымовых газов двуокись углерода, одновременно охлаждая их. При этом благодаря наличию больших пустот в насадке абсорбционной секции 6 и небольшой скорости дымовых газов не поглощенный азот за счет своей меньшей по сравнению с двуокисью углерода плотности поднимается вверх в транзитный газоход 1, освобождая место для свежих дымовых газов и таким образом на глубине H₁ абсорбционной секции 6, которую выбирают исходя из максимального насыщения абсорбента, в соответсвии с законами абсорбции газовая фаза состоит практически из одной двуокиси углерода. Далее под действием силы тяжести насыщенный абсорбент и двуокись углерода опускаются в десорбционно-охладительную секцию 7, заполненную насадкой с малым эквивалентным диаметром, например кольцами Рашига размером 10х10 мм, высоту которой Н₂ выбирают таким образом, чтобы слой насадки мог обеспечить сопотивление, достаточное для создания разрежения, необходимого для проведения процесса десорбции большей части двуокиси углерода из насыщенного абсорбента и испарения некоторой части абсорбента, сопровождаемые охлаждением абсорбента. Необходимую величину разрежения обеспечивает работа отсасывающего вентилятора 9, который через отсасывающий зонт 8 отсасывает десорбируемые двуокись углерода и пары воды из нижней части корпуса 3 и подает осушенную двуокись углерода через осушитель 10 потребителю, а регенерированный и охлажденный абсорбент по трубопроводу 11 циркуляционным насосом 12 подают в распределитель жидкости 5, где он смешивается со свежим конденсатом, после чего цикл повторяется.

Полученная двуокись углерода может быть использована, например, для восстановления углекислотного баланса в оборотной охлаждающей воде конденсаторов турбин [9, с.506] или как товарный продукт, а избыток рециркуляционного конденсата для декарбонизации в процессе подготовки воды [9,с.406].

Таким образом, предлагаемые способ и устройство обеспечивают повышение эффективности процесса выделения двуокиси углерода из дымовых газов с одновременной утилизацией тепла из водяных паров, а также увеличение надежности и упрощение конструкции устройства.

Литература 1. А.с. СССР 319548, МКл. С 01 В 31/20, 1971.

2. А.с. СССР 339500, МКл. С 01 В 31/20, 1972.

3. Н.В. Кузнецов и др. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод). - М.: Энергия, 1973, 296 с.

4. Справочник химика, т.III. - М.-Л.: Химия, 1965, 1006 с.

5. К. Неницеску. Общая химия. - М.: Мир, 1968, 816с.

6. А.Н. Плановский, П.И. Николаев. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. - М.: Химия, 1972, 496 с.

7. А.И. Азаров и др. Холодильные машины. Справочник. - М.: Легк. и пищ. пром., 1982, 220 с.

8. В.В. Кафаров. Основы массопередачи. - М.: Высш. школа, 1962, 655 с.

9. Н.Н. Абрамов и др. Водоснабжение. - М.: Госстройиздат, 1960, 580 с.

Формула изобретения

1. Способ выделения двуокиси углерода из дымовых газов, включающий охлаждение дымовых газов, абсорбцию многократно циркулирующим абсорбентом, десорбцию поглощенной двуокиси углерода из насыщенного абсорбента, охлаждение абсорбента, осушку десорбированной двуокиси углерода и подачу его потребителю, отличающийся тем, что дымовые газы охлаждают до температуры ниже температуры точки росы с образованием конденсата водяных паров, который по мере накопления используют в качестве абсорбента двуокиси углерода в процессе абсорбции, происходящей в пленочном режиме в прямотоке при движении дымовых газов сверху вниз под действием силы тяжести, процесс десорбции происходит параллельно с охлаждением абсорбента за счет создания разрежения в десорбционно-охладительной секции, при этом одновременно десорбируется двуокись углерода и испаряется часть абсорбента.

2. Устройство для выделения двуокиси углерода из дымовых газов, содержащее корпус, теплообменную, абсорбционную секции, вентилятор, осушитель, отличающееся тем, что устройство включает транзитный газоход с окном в днище, циркуляционный насос и трубопровод, причем вертикальный корпус с коническим днищем соединен верхней кромкой бортов с окном в днище транзитного газохода, внутри корпуса сверху вниз соответственно размещены вертикальный кожухотрубчатый теплообменник, распределитель жидкости, абсорбционная секция, заполненная насадкой с большим диаметром, десорбционно-охладительная секция, заполненная насадкой с меньшим диаметром, отсасывающий зонт, соединенный с вентилятором, а коническое днище корпуса соединено трубопроводом через циркуляционный насос с распределителем жидкости.

РИСУНКИ

Рисунок 1