Способ очистки дымовых газов тепловых пылеугольных электростанций от ртути
Владельцы патента RU 2540652:
Открытое акционерное общество "Всероссийский дважды ордена Трудового Красного Знамени Теплотехнический научно-исследовательский институт" (ОАО "ВТИ") (RU)
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского Российской академии наук (ИОХ РАН) (RU)
Изобретение относится к области экологии в энергетике. Способ очистки дымовых газов пылеугольных котлов тепловых электростанций от ртути, включающий введение активированного угля в качестве сорбента, отличающийся тем, что сорбент получают из щелочного древесного угля путем его обработки водяным паром при температуре не менее 800°C с последующим дроблением и отсевом на сите с размером ячейки не более 100 мкм, при этом способ осуществляют в температурном интервале 110 - 120ºC с вводом сорбента в дымовые газы непосредственно перед золоулавливающими устройствами. Технический результат - увеличение степени очистки дымовых газов от ртути.
Область использования
Изобретение относится к области экологии в энергетике и может быть использовано для очистки от ртути дымовых газов пылеугольных котлов тепловых электростанций (ТЭС). Обеспечение экологической безопасности, связанной с загрязнением атмосферы ртутьсодержащими отходами, является одной из важнейших экологических проблем современного развития теплоэнергетической промышленности. Пылеугольные ТЭС - основной источник эмиссии ртути в окружающую среду. Программой ООН по защите окружающей среды и Арктическим Советом примыкающих к Арктике стран пылеугольные ТЭС признаны главным и глобальным антропогенным источником выбросов ртути в окружающую среду. Выбросы ртути пылеугольными ТЭС составляют около 46% от общего количества глобальных антропогенных выбросов ртути и около 44% от выбросов ртути восьмью странами, входящими в Арктический Совет, при этом наибольший вклад в эти выбросы вносят США и Россия. В 2001 году 485 ТЭС, находящихся на территории РФ, израсходовали 124 млн тонн угля, что по экспертным оценкам привело к выбросам в атмосферу 8 тонн ртути и к накоплению 2 тонн ртути в отходах («Оценка выбросов ртути в РФ», АСАР, 2006).
Предшествующий уровень техники
Наиболее перспективной технологией эффективного снижения выбросов ртути в окружающую среду является инжекция сорбентов в дымовые газы на выходе из котлов. При этом ртуть сорбируется на сорбенте и затем улавливается совместно с летучей золой в золоуловителях (R.K. Srivastava, N. Hutson, B. Martin, F. Princiotta, J. Staudt. Control of Mercury Emissions from Coal-Fired Electric Utility Boilers. Environmental Science & Technology 2006, 40, (5), 1385-1393).
Наиболее близким из известных технических решений (прототипом) к заявляемому изобретению является способ очистки дымовых газов от ртути путем ввода в них сорбента в виде сухой смеси порошков активированного угля и галогенной соли (US 8409330, B01D 53/06, 02.04.2013). Недостатком данного технического решения является то, что для достижения высокой степени сорбции ртути предложена сложная по составу и относительно дорогостоящая смесь.
Раскрытие изобретения
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка относительно недорогой и эффективной технологии очистки от ртути дымовых газов пылеугольных котлов ТЭС при температурах в пределах (110…120)°C, а достигаемым техническим результатом - возможность использования дешевого однокомпонентного сорбента, обеспечивающего в сочетании с температурными и другими условиями промышленного использования достаточно высокую степень очистки дымовых газов от ртути.
Указанные задача и достигаемый технический результат согласно изобретению обеспечиваются применением активированного угля, получаемого из щелочного древесного угля путем его обработки водяным паром при температуре не менее 800°C с последующим дроблением и отсевом на сите с размером ячейки не более 100 мкм в качестве сорбента для улавливания ртути в температурном интервале (110…120)°C из дымовых газов пылеугольных котлов ТЭС с вводом сорбента в дымовые газы непосредственно перед золоулавливающими устройствами.
Практически этим условиям удовлетворяет активированный (активный) уголь, выпускаемый отечественной промышленностью под маркой ОУ-А (ГОСТ 4453-74), представляющий собой черный порошок с поглощающей поверхностью 1200 м2 в 1 г угля.
Обоснование патентоспособности
Заявляемое изобретение соответствует критерию «новизна», так как в известной научно-технической и патентной литературе отсутствует полная совокупность признаков, характеризующих предлагаемое изобретение. В указанной литературе отсутствуют, в частности, данные о возможности эффективной сорбции ртути при высоких температурах активированными углями без их специальной обработки или смешения с другими компонентами.
Заявленное изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень», так как возможность применения в определенных условиях определенным образом полученного активированного угля в чистом виде в качестве сорбента для улавливания ртути из дымовых газов при температуре более 100°C была обнаружена впервые при создании заявленного изобретения и не вытекает для специалиста в рассматриваемой области явным образом из уровня техники.
Заявленное изобретение соответствует критерию «промышленная применимость», так как может быть использовано в промышленных условиях для очистки дымовых газов от ртути.
Примеры использования
Изобретение иллюстрируется примерами использования заявленного способа для улавливания ртути при повышенных температурах на лабораторной установке и пилотной установке на базе ТЭС.
Пример 1
На лабораторной установке испытан сорбент - активированный уголь марки ОУ-А по ГОСТ 4453-74 в условиях, аналогичных применению данной технологии в реальной пылеугольной ТЭС: концентрация сорбента в газовом потоке 150 мг/м3 при общей концентрации ртути в нем 30 мкг/м3, температуре (110…120)°C и улавливании частиц сорбента с поглощенной ртутью на расстоянии не более 1 м от места его введения в газоход. Эффективность улавливания ртути активированным углем марки ОУ-А в этих условиях составила (75…80)%.
Пример 2
Для сравнения в условиях примера 1 был испытан стандартный сорбент сложного состава компании Албенарле (Albemarle), который широко используется в США на ТЭС (заявка США 2011/0162524, опубл. 7.07.2011). Эффективность улавливания ртути углем указанной компании в этих условиях также составила (75…80)%.
Таким образом, применение активированного угля марки ОУ-А в качестве сорбента для улавливания ртути из дымовых газов при ограниченных приведенной ниже формулой изобретения условиях дает неожиданные высокие результаты улавливания ртути при относительно высоких температурах без специальной его обработки и смешения с другими компонентами. Это позволяет существенно снизить стоимость процесса очистки за счет замены специальных дорогих сорбентов на дешевый отечественный активированный уголь, который можно производить в непосредственной близости от ТЭС.
Способ очистки дымовых газов пылеугольных котлов тепловых электростанций от ртути, включающий введение активированного угля в качестве сорбента, отличающийся тем, что сорбент получают из щелочного древесного угля путем его обработки водяным паром при температуре не менее 800°C с последующим дроблением и отсевом на сите с размером ячейки не более 100 мкм, при этом способ осуществляют в температурном интервале 110 - 120ºC с вводом сорбента в дымовые газы непосредственно перед золоулавливающими устройствами.
