Способ очистки отходящих дымовых газов от токсичных оксидов

Изобретение относится к области комплексной очистки различных газообразных выбросов промышленных производств и может быть использовано, в частности, для полного улавливания токсичных газов, таких как NO_x, SO₂, CO из дымовых газов топливосжигающих установок и газовых выбросов технологических агрегатов. Способ включат прокачку потока очищаемых газов через емкость, заполненную реакционной жидкостью, последующее ее отстаивание, отделение продуктов реакции в виде отстоя и утилизацию последних. В качестве реакционной жидкости используют трифторуксусную кислоту, насыщенную кислородом. В процессе очистки осуществляют постоянный контроль состава очищенных газов. При фиксировании проскока загрязнителей поток очищаемых газов направляют во вторую емкость, заполненную новой порцией трифторуксусной кислоты, насыщенной кислородом. Отработанную трифторуксусную кислоту регенерируют путем ее насыщения кислородом и направляют в рецикл. Изобретение позволяет осуществлять очистку отходящих газов от указанных газовых загрязнителей с эффективностью, близкой к 100%.

 

Изобретение относится к области комплексной очистки различных газообразных выбросов промышленных производств и может быть использовано, в частности, для полного улавливания токсичных газов, таких как NO_x, SO₂, CO из дымовых газов топливосжигающих установок и газовых выбросов технологических агрегатов.

Известны способы удаления оксидов серы, азота, углерода из отходящих дымовых газов путем введения их в контакт с окислителями в присутствии катализатора, либо путем использования основных реагентов (RU: №2149679, 1995; №2100058, 1995; №2089287, 1995; RU: №2211728, 2001; №2041737, 1995; ЕР №0393515, 1990, SU №521925, 1989; RU: №2199389, 2001; №2043146, 1995; №2080177, 1997; US №05155077, 1992; ЕР №0687495, 1995).

Основной недостаток указанных способов заключается в том, что они не являются комплексными, то есть их использование не приводит к эффективной очистке отходящих газов от смеси загрязнителей.

Недостатками указанных способов являются также недостаточно высокая степень очистки отходящих газов, высокие эксплуатационные затраты при их реализации, а также возможность их реализации только при высоких концентрациях загрязнителей в отходящих газах.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ комплексной очистки отходящих газов от токсичных кислых оксидов с последующей их утилизацией в народном хозяйстве, описанный в опубликованной заявке на изобретение RU №93019150, кл. B 01 D 53/92, бюлл. изобр. №8, 1996.

Сущность данного способа заключается в следующем. Через емкость, заполненную водой с поддерживаемой температурой в интервале 4-10°С, прокачивают отходящие газы. В результате реакции взаимодействия газов с водой образуются растворы кислот, например, угольной, сернистой, азотной и др. Образовавшиеся растворы сливают в специальные емкости для длительного отстоя. В результате длительного отстоя происходит расслоение жидкости. Выгрузку отстоя осуществляют послойно, выделенные соединения-загрязнители направляют на утилизацию.

Недостатками данного способа являются малая степень очистки отходящих газов от токсичных примесей, в частности, низших оксидов серы, азота, углерода.

Задачей изобретения является создание способа комплексной очистки отходящих газов от примесей токсичных газов низших оксидов азота, серы, углерода, а также от любых их смесей, обеспечивающего полное улавливание указанных примесей и низкие эксплуатационные затраты.

Поставленная задача решается тем, что в способе очистки отходящих дымовых газов от токсичных оксидов, включающем прокачку потока очищаемых газов через емкость, заполненную реакционной жидкостью, отстаивание, отделение продуктов реакции в виде отстоя и утилизацию последних, согласно изобретению, в качестве реакционной жидкости используют трифторуксусную кислоту, насыщенную кислородом, причем в процессе очистки осуществляют постоянный контроль состава очищенных газов, и при фиксировании проскока загрязнителей поток очищаемых газов направляют во вторую емкость, заполненную трифторуксусной кислотой, насыщенной кислородом, а отработанную трифторуксусную кислоту регенерируют путем насыщения кислородом и направляют в рецикл.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Поток отходящих газов, содержащий в своем составе низшие оксиды серы, азота, углерода, в любом их сочетании и соотношении (далее - загрязнители), прокачивают через емкость, заполненную трифторуксусной кислотой (далее - ТФК), насыщенной кислородом (далее - ТФК-О₂) с поддерживаемыми технологически обусловленными температурой (-10)-25°С и давлением Р≥10 атм.

Результатом предварительного насыщения ТФК кислородом является образование сильного окислителя. Соответственно, при прокачивании отходящих газов, загрязняющие их токсичные низшие оксиды серы, азота, углерода мгновенно окисляются в пероксосоединения с последующей перегруппировкой и образованием олигомеров оксидов этих же элементов, но более высокой валентности.

Насыщение ТФК кислородом осуществляют любым известным способом, в том числе и прокачкой через ее объем воздуха или газообразного кислорода. Время, температура и давление, при которых осуществляют процесс насыщения кислоты кислородом, определяют концентрацию поглощенного кислорода и, соответственно, концентрацию образовавшегося окислителя. Мольные отношения ТФК:O₂ для указанных выше условий насыщения лежат в интервале, равном 1:15÷1:5.

При прокачке отходящих газов загрязнители - низшие оксиды серы, азота и углерода, окисляются и оседают в виде нерастворимых в ТФК гелей, а очищенный газовый поток выводят в атмосферу. На выходе потока очищенных газов осуществляют постоянный контроль (любым известным способом) содержания в них указанных загрязнителей. После фиксирования сигнала о проскоке загрязнителя поток отходящих газов, подаваемых на очистку, направляют во вторую емкость, заполненную новой порцией ТФК-O₂, а отработанную ТФК направляют на регенерацию, заключающуюся в принудительном насыщении ТФК новой порцией кислорода. После регенерации ТФК-О₂ направляют в рецикл.

Продукты реакции, представляющие собой, как отмечалось выше, олигомеры высших оксидов серы, азота, углерода, отделяют от отработанной ТФК при значительном накоплении их, увеличении их концентрации и используют по своему назначению в химической промышленности, например, в производстве удобрений или производстве кислот.

Заявленный способ позволяет осуществлять очистку отходящих газов от указанных газовых загрязнителей с эффективностью, близкой к 100%.

Лабораторные эксперименты показали, что если через объем ТФК-O₂ барботировать ток чистого загрязнителя, например, диоксида серы или диоксида азота, или же смесь воздуха с указанными загрязнителями при любой их концентрации в воздухе и при любом соотношении в смеси самих загрязнителей, фиксируют проскок загрязнителя только в случае полного исчерпания кислорода в ТФК. Именно это и является сигналом к прекращению подачи очищаемых газов в данную емкость и перевод тока отходящих газов во вторую емкость, заполненную новой порцией ТФК-O₂.

В случае использования регенерированной ТФК-O₂ при значительном увеличении концентрации продуктов окисления в реакционной смеси, которое приводит к их оседанию, проводится удаление гелеобразной массы.

Такие параметры процесса, как температура и давление, определяют только содержание кислорода в ТФК и, соответственно, количество окислителя в реакционной среде, не оказывая существенного влияния на скорость реакции окисления.

Заявленный способ позволяет полностью очищать отходящие газы не только от токсичных низших оксидов серы, азота и углерода, но и других способных к окислению газообразных примесей.

Приведенный ниже пример по доочистке отходящих газов процесса Клауса иллюстрирует уникальность заявленного способа очистки отходящих газов по достигаемому эффекту.

Пример.

Состав отходящих газов установки Клауса, об.%:

- сероводород 1-2

- диоксид серы до 1

- следовые количества серооксида углерода, оксида углерода, углекислоты, водяных паров и азот.

Эксперимент по окислению отходящих газов процессов Клауса проводился в лабораторных условиях при температуре 20°С и атмосферном давлении. ТФК предварительно насыщали кислородом воздуха в течение 30 мин. Объем кислоты составлял 30 мл. Смоделированные газы с установки Клауса барботировали через ТФК-О₂ в течение 30 мин со скоростью 20 мл/мин. На выходе из системы состав газа на содержание окисляемых вредных соединений исследовался с помощью газоанализатора. Сернистые соединения были обнаружены на выходе из реакционной емкости только на 30-ой минуте. Как только это было определено, подача газов была переключена на вторую емкость. ТФК первой емкости подвергалась регенерации кислородом воздуха в течение часа до достижения постоянного содержания кислорода в реакционной жидкости. После десятикратного цикла пропускания очищаемых газов через реактор были отделены продукты окисления в виде серной, азотной и углекислоты.

Способ очистки отходящих дымовых газов от токсичных оксидов, включающий прокачку потока очищаемых газов через емкость, заполненную реакционной жидкостью, последующее ее отстаивание, отделение продуктов реакции в виде отстоя и утилизацию последних, отличающийся тем, что в качестве реакционной жидкости используют трифторуксусную кислоту, насыщенную кислородом, причем в процессе очистки осуществляют постоянный контроль состава очищенных газов и при фиксировании проскока загрязнителей поток очищаемых газов направляют во вторую емкость, заполненную новой порцией трифторуксусной кислоты, насыщенной кислородом, а отработанную трифторуксусную кислоту регенерируют путем ее насыщения кислородом и направляют в рецикл.