Способ мокрой очистки газов

Изобретение относится к способам очистки газов и может быть использовано во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства для очистки газов от пыли, СО_х, NO_x, и SO_x. Способ предусматривает промывание газов тонкодиспергированным, ионизированным водяным туманом, содержащим гидроксильные радикалы, с последующей его сепарацией на стенке рабочей камеры в пленке воды. Ионизированный водяной туман получают путем разбивания струи воды лопатками рабочего колеса, имеющими окружную скорость более 90 м/сек. Воду подщелачивают. Изобретение позволяет снизить энергозатраты на очистку газов примерно до 15 кВт на 10000 м³ газа. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к способам мокрой очистки газов, применяемым во всех отраслях промышленности.

Известны методы мокрой очистки газов, в которых вода используется для отделения дисперсной или газообразной примеси от газа, при этом улавливаются аэрозоли и хорошо растворимые газы в воде. (Защита атмосферы от промышленных загрязнений. Справочник, часть 1./Под редакцией С.Калверта и Г.М.Инглунда. Москва «Металлургия», 1988 стр.216-217, стр.323-324).

В зависимости от химической природы примесей используют воду со слабощелочной или кислотной реакцией.

К недостаткам известных способов мокрой очистки газов относится отсутствие приемов по переводу воды в мелкодисперсное химически активное состояние - туман.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ очистки отходящих газов вращающихся печей цементного производства, сущность которого заключается в том, что газы пропускают через электрофильтр, через реактор нейтрализации, где происходит очистка от остаточной пыли и кислотных окислов при орошении распыленной водой через отдельный аппарат, где при промывке распыленной водой происходят охлаждение газов и конденсация паров воды (RU 2013112 С1, В 01 D 54/34, 30.05.1994).

Недостаток известного способа - громоздкая технологическая схема, предусматривающая использование дорогостоящего очистного оборудования.

Целью изобретения является снижение энергозатрат на очистку газов вследствие упрощения технологии очистки газов путем использования водяного тумана для очистки газов от загрязнений в виде СО_х, NO_x, SO_x и пыли.

Поставленная цель достигается тем, что очистка газов от пыли, CO_x, NO_x, SOx производят ионизированным тонкодиспергированным водяным туманом, который получают путем разбивания струи (капель) воды лопатками рабочего колеса, имеющему окружную скорость более 90 м/сек с дальнейшей фильтрацией газа водяным туманом и последующей его сепарацией в пленку воды на стенке рабочей камеры.

В зависимости от вида загрязнителей вместе с водой могут использоваться различные щелочные реагенты.

Чем больше энергия подведена к воде, тем меньше размер частиц и тем больше их суммарная активность и реакционная способность в единице объема.

При разбрызгивании воды частицы размером менее 1 мкм (туман) имеют отрицательный заряд вследствие ионизации воды путем разрыва линейно-цепочной структуры с образованием частиц Н₂О, Н⁺, ОН^-, НО₂ ⁺ (Дж.Кемпбел. Современная общая химия, том 2, «Мир», Москва, 1975, стр.26-28).

Кроме вышеуказанных, в воде в незначительном количестве присутствуют около 30 видов частиц, которые не влияют на свойства воды в целом.

Протон водорода H⁺ связывается молекулами воды, распределяется по объему со снижением плотности заряда и образованием гидратированных протонов типа Н₃О⁺, Н₅О₂ ⁺, H₇O₃ ⁺ и Н₉O₄ ⁺ (Дж.Кемпбел. Современная общая химия, том 1, «Мир» Москва, 1975 стр.368).

Таким образом, водяной туман представляет собой молекулы воды, гидратированные протоны и распределенные в объемы гидроксильные группы ОН^- и НО₂ ⁺.

Создавая концентрацию гидроксильных радикалов в водяном тумане порядка 1,5*10⁶ молекул/см³, обеспечивают эффективное удаление монооксида углерода

ОН+СО→CO₂+Н

путем окисления СО до СО₂.

Частицы НО₂ ⁺ взаимодействуют с NO по реакции:

NO+HO₂ ⁺→NO₂+HO⁺

NO₂+H₂O→HNO₃+HNO₂

Очистку газов от SO₂ производят водяным туманом с получением сернистой кислоты:

SO₂+H₂O→HSO₃ ^-+H⁺

HSO₃ ^-→H⁺+SO₃ ^2-

Для более глубокого улавливания из очищаемых газов SO_x воду, используемую для создания водяного тумана, подщелачивают и проводят очистку газа по известковому процессу. (Защита атмосферы от промышленных загрязнений. Справочник, часть 1./Под редакцией С.Калверта и Г.М.Инглунда. Москва «Металлургия», 1988 стр.525)

SO₂+H₂O→HSO₃ ^-+H⁺

HSO₃ ^-→H⁺+SO₃ ^2-

Ca+H₂O→Ca²⁺+2OH^-

Са²⁺+SO₃ ^2-+1/2H₂O→CaSO₄*1/2H₂O

SO₃ ^2-+1/2O₂→SO₄ ^2-

Ca²⁺+SO₄ ^2-+2H₂O→CaSO₄*2H₂O

В результате реакции химического взаимодействия получают нерастворимый полугидрат сульфита кальция и гипс.

При улавливании пыли водяной туман играет роль подвижного парообразного молекулярного сита, сепарирующегося на стенке аппарата в пленке воды вместе с захваченными частицами пыли.

Ионизированный водяной туман получают путем подачи на лопатки рабочего колеса, имеющего окружную скорость более 90 м/с, струй (капель) воды через форсунки из расчета 50÷200 г/м³ очищаемого газа.

Степень очистки газа от пыли, СО_х, NO_x, SO_x водяным туманом зависит от размеров частиц воды и их количества в единице объема в единицу времени.

Опытным путем получены следующие степени очистки газов водяным туманом, %

от пыли - 99

от CO - 87

от NO_x - 92

от SO₂ - 83

(Акты испытаний тороидального пылеуловителя в сентябре 1990 г. на заводе по им. Малышева в г.Харькове и октябре 1991 г. на Красноярском заводе «Химбытпром»).

Подщелачиванием водного раствора стабилизируют высокую степень очистки газов от СО_х, NO_x, SO_x.

Энергетические затраты на очистку газов заявленным способом составляют порядка 15 кВт на 10000 м³ очищаемого газа.

На фиг.1 и 2 показана схема устройства, реализующая способ очистки газов водяным туманом.

Устройство представляет собой тороидальную камеру 1, снабженную всасывающим патрубком 2 и выхлопным патрубком 3. Разделительная перегородка 4 делит тороидальную камеру 1 на всасывающую и нагнетательную части.

Нижняя часть тороидальной камеры 1 заканчивается емкостью для воды 5. В верхней части тороидальной камеры 1 установлено рабочее колесо 6 с лопатками 7. Рабочее колесо 6 вращается двигателем 8.

Тороидальная камера 1 снабжена форсункой 9 для подачи воды на лопатки рабочего колеса.

При вращении рабочего колеса со скоростью более 90 м/сек очищаемый газ засасывается через патрубок 2, вода, подаваемая в виде капель или струй через форсунку 9, разбивается лопатками 6 на мелкодисперсный водяной туман, который очищает газ от пыли, СО, NO_X, SO_X, сепарируется в виде водяной пленки на стенке тороидальной камеры 1 и стекает в емкость 5, откуда вода отводится на переработку.

1. Способ мокрой очистки газов, отличающийся тем, что очистку газов от пыли, СО_х, NO_x и SO_x производят ионизированным тонкодиспергированным водяным туманом, содержащим гидроксильные радикалы, который получают путем разбивания струи воды лопатками рабочего колеса, имеющими окружную скорость более 90 м/с, промывают газ водяным туманом с последующей его сепарацией на стенке рабочей камеры в пленке воды.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что воду подщелачивают.