PL185093B1

PL185093B1 - Sposób odsiarczania gazów i urządzenie odsiarczające

Info

Publication number: PL185093B1
Application number: PL97328585A
Authority: PL
Inventors: IzutsuMasahiro; IizukaYoshitaka
Original assignee: Ebara Corp
Priority date: 1996-03-01
Filing date: 1997-02-28
Publication date: 2003-02-28
Also published as: US6093288A; PL328585A1; DE69715385T2; WO1997031702A1; EP0883433A1; DE69715385D1; US6416722B1; CN1211936A; CN1090046C; BR9707759A; BG63713B1; EP0883433B1; BG102732A; JP2000506062A

Abstract

1 . Sposób odsiarczania gazów, w którym chlodzi sie i poddaje sie obróbce zawie- rajace tlenki siarki gazy o wysokiej temperaturze, polegajacy na przetwarzaniu tlenków siarki w zwiazki amonowe poprzez wtryskiwanie amonia- ku i napromienianie wiazka elektronowa, znamien- ny tym, ze chlodzi sie gazy o wysokiej temperatu- rze kontaktujac je z recyrkulujaca woda chlodzaca usuwa sie czesc recyrkulujacej wody chlodzacej, oraz wtryskuje sie usunieta wode lub usunieta wode, rozcienczona w oda do chlodnych gazów, przed, równoczesnie lub po wtrysnieciu amoniaku do chlodnych gazów, napromienia sie chlodne gazy wiazka elektronowa po wtrysnieciu usunietej wody, oraz calkowicie odparowuje sie wtrysnieta wode. 10. Urzadzenie odsiarczajace do obróbki za- wierajacych tlenki siarki gazów zawierajace wieze chlodnicza polaczona ze zbiornikiem przetwórczym, w którym umieszczone jest urzadzenie wtryskujace i akcelerator elektronów, przy czym urzadzenie wtryskujace polaczone jest ze zródlem amoniaku, znamienne tym, ze wieza chlodnicza (24) polaczo- na jest ze zbiornikiem (26) wody recyrkulacyjnej, który przez pompe (23) jest polaczony z wieza chlodnicza (24), oraz zbiornik (26) wody recyrkulacyjnej polaczony jest z urzadzeniem wtryskujacym (31). F I G. 1 PL PL PL

Description

Wynalazek dotyczy sposobu odsiarczania gazów i urządzenia odsiarczające.

Chodzi tu zwłaszcza o sposób i urządzenie do odsiarczania gazów poprzez wtryskiwanie amoniaku do zawierających tlenki siarki gazów o wysokiej temperaturze, takich jak gazy spalinowe wydalane z kotła, i napromienianie tych gazów wiązką elektronową.

W miarę rozwoju ekonomicznego potrzeba jest coraz więcej energii. Przy stałym wzroście zapotrzebowania na energię, źródła energii ciągle zależą od paliw kopalnych, takich jak węgiel i ropa naftowa. Jednakże wytwarzane podczas spalania paliw kopalnych szkodliwe produkty lub zanieczyszczenia odpowiedzialne są za zanieczyszczenie w skali globalnej. W celu zapobieżenia wydalaniu zanieczyszczeń do atmosfery oraz wstrzymania zanieczyszczenia środowiska naturalnego w skali globalnej, prowadzi się coraz intensywniejsze prace badawcze nad opracowaniem systemu obróbki gazów spalinowych do instalacji spalania paliw, takich jak elektrownie cieplne. Ciągle jest jeszcze wiele dziedzin, w jakich trzeba rozwiązywać napotkane problemy, takie jak złożone konstrukcje urządzeń wymagające dużej liczby zmiennych sterowania oraz konieczność stosowania ogromnych systemów oczyszczania ścieków wymagających złożonej technologii obróbki.

W trakcie prac mających na celu rozwiązanie tych problemów, opracowano system obróbki gazów spalinowych, w którym gazy spalinowe z instalacji do spalania paliwa, takiej jak kocioł, obrabia się za pomocą wiązki elektronowej.

W systemie tym wtryskuje się amoniak do zawierającego tlenki siarki gazu o wysokiej temperaturze, a następnie mieszankę gazów napromienia się wiązką elektronową w celu usunięcia z niej tlenków siarki w postaci proszku związków amoniaku. W tym przypadku, im niższa jest temperatura gazu, tym wyższa jest prędkość reakcji pomiędzy tlenkami siarki a amoniakiem. Wskutek tego konieczne jest chłodzenie gazów o wysokiej temperaturze do pewnego zakresu temperatur. W związku z tym, typowo, gazy chłodzi się zazwyczaj do zakresu temperatur od adiabatycznej temperatury nasycenia plus 10°C do 80°C wtryskując do nich wodę w górnej części wieży chłodniczej znajdującej się przed zbiornikiem przetwórczym, w którym wtryskuje się amoniak. Wieża chłodnicza jest urządzeniem typu całkowicie wyparnego, w którym wtryśnięta woda w całości odparowuje. Zaletą takiego systemu chłodzenia gazu jest eliminacja instalacji do oczyszczania ścieków, ponieważ nie powstają tu żadne ścieki. Ponadto regulując ilość wtryskiwanej wody można regulować temperaturę gazu wydalanego z wieży chłodniczej.

Jednakże, jeżeli stężenie tlenków siarki i/lub dawka wiązki elektronowej są stosunkowo duże, nie można pominąć wzrostu temperatury gazów w wyniku reakcji cieplnej pomiędzy tlenkami siarki a amoniakiem i/lub powstawania ciepła w wyniku napromieniania gazów wiązką elektronową. Z tego względu, dla uniknięcia spadku intensywności przebiegu reakcji w wyniku wzrostu temperatury gazów, po ich schłodzeniu w wieży chłodniczej konieczne jest wyregulowanie temperatury gazów do zakresu od 50 do 80°C, poprzez wtryśnięcie wody do zbiornika przetwórczego. Równocześnie wtryśnięta woda całkowicie odparowuje w zbiorniku przetwórczym lub w następnym etapie, a tym samym nie powstają w nich również ścieki (w niniejszym opisie, powstrzymanie wzrostu temperatury gazów w wyniku odparowania wtryśniętej wody w zbiorniku przetwórczym określa się terminem „wtórne chłodzenie gazu”, a chłodzenie gazu przed tym etapem reakcji określa się „pierwotnym chłodzeniem gazu”).

Na fig. 3 przedstawiono schematycznie typową instalację do obróbki gazów spalinowych za pomocą wiązki elektronowej. Jak na nim widać, zawierające tlenki siarki gazy spalinowe wydalane z kotła 1, będącego pewnym typem instalacji do spalania paliwa, chłodzi się w wymienniku 2 ciepła, a następnie wprowadza do wieży chłodniczej 4. Do wieży chłodniczej 4 doprowadza się za pomocą pompy 3 i wtryskuje pojedynczą dyszą 6 wodę, która całkowicie odparowuje. Wieża chłodnicza 4 jest urządzeniem z pełnym odparowaniem, w którym wtryśnięta woda całkowicie odparowuje. W wieży chłodniczej 4 schładza się gazy spalinowe do pewnego zakresu temperatur, a następnie schłodzone gazy doprowadza się do zbiornika przetwórczego 5.

Z drugiej strony, w instalacji mieszającej 10 miesza się z powietrzem amoniak doprowadzany za pomocą zespołu 9 do doprowadzania amoniaku. Mieszankę gazów i wodę doprowadzoną ze źródła wody (nie pokazanego) miesza się w komorze do mieszania gazu

185 093 z cieczą w podwójnej dyszy 11, po czym wtryskuje we wlot zbiornika przetwórczego 5. Mieszankę gazów z wodą napromienia się wiązką elektronową z akceleratora 12 elektronów.

W znanym sposobie, w którym pierwotne chłodzenie gazów przeprowadza się w wieży chłodniczej z całkowitym odparowaniem, warunkiem całkowitego odparowania wody w wieży chłodniczej jest czas przebywania w niej gazów od 10 do 30 sekund. Wiąże się z tym problem konieczności stosowania wieży chłodniczej o bardzo dużej objętości oraz wysokie koszty budowy takich wież i konieczność zajęcia przez nie dużej przestrzeni. Istnieje możliwość zmniejszenia objętości wieży chłodniczej poprzez zmniejszenie średnicy kropelek wtryskiwanej wody. Jednakże sposób ten nastręcza problemy ze względu na konieczność użycia większej energii do atomizacji wody na drobne kropelki.

W związku z tym, celem wynalazku jest rozwiązanie tych problemów, oraz zapewnienie sposobu i urządzenia do odsiarczania, które znacznie zmniejszą czas przebywania gazów w wieży chłodniczej, objętość wieży chłodniczej, koszty jej budowy oraz wielkość zajmowanego przez nią miejsca bez zwiększania zapotrzebowania na energię, z równoczesnym zachowaniem zalety znanego dotychczas sposobu, jakąjest eliminacja ścieków.

Sposób odsiarczania gazów··; w którym chłodzi się i poddaje się obróbce zawierające tlenki siarki gazy o wysokiej temperaturze, polegający na przetwarzaniu tlenków siarki w związki amonowe poprzez wtryskiwanie amoniaku i napromienianie wiązką elektronową, charakteryzuje się według wynalazku tym, że chłodzi się gazy o wysokiej temperaturze kontaktując je z recyrkulującą wodą chłodzący, usuwa się część recyrkulującej wody chłodzącej, oraz wtryskuje się usuniętą wodę lub usuniętą wodę, rozcieńczoną wodą, do chłodnych gazów, przed, równocześnie lub po wtryśnięciu amoniaku do chłodnych gazów; napromienia się chłodne gazy wiązką elektronową po wtryśnięciu usuniętej wody, oraz całkowicie odparowuje się wtryśniętą wodę.

Korzystnie wtryskiwanie przeprowadza się po mieszaniu z amoniakiem.

Korzystnie filtruje się usuniętą część wody z recyrkulującej wody chłodzącej przed wtryskiwaniem.

Korzystnie gazy o wysokiej temperaturze chłodzi się do temperatury z zakresu od adiabatycznej temperatury nasycenia do 80°C, regulując natężenie przepływu strumienia recyrkulacyjnego recyrkulacyjnej wody chłodzącej.

Korzystnie reguluje się ilość wody, usuniętej z recyrkulującej wody chłodzącej, tak że wartość pH recyrkulującej wody chłodzącej wynosi od 1 do 7.

Korzystnie dodaje się co najmniej jeden związek alkaliczny wybrany z grupy składającej się z amoniaku, związków sodu, związków potasu, związków wapnia i związków magnezu, do recyrkulującej wody chłodzącej regulując wartość pH do przedziału od 1 do 7.

Korzystnie dodaje się co najmniej jeden związek alkaliczny wybrany z grupy składającej się z amoniaku, związków sodu, związków potasu, związków wapnia i związków magnezu, do wody usuniętej z recyrkulującej wody chłodzącej, regulując wartość pH do przedziału od 1 do 7.

Korzystnie rozcieńcza się wodę, którą usunięto jako część z recyrkulującej wody chłodzącej, za pomocą wody, regulując wartość pH w zakresie od 1 do 8.

Korzystnie woda, którą doprowadza się do recyrkulującej wody chłodzącej jako wodę uzupełniającą, jest wodą miękką.

Urządzenie odsiarczające do obróbki zawierających tlenki siarki gazów zawierające wieżę chłodniczą połączoną ze zbiornikiem przetwórczym, w którym umieszczone jest urządzenie wtryskujące i akcelerator elektronów, przy czym urządzenie wtryskujące połączone jest ze źródłem amoniaku, odznacza się według wynalazku tym, że wieża chłodnicza połączona jest ze zbiornikiem wody recyrkulacyjnej, który przez pompę jest połączony z wieżą chłodniczą oraz zbiornik wody recyrkulacyjnej połączony jest z urządzeniem wtryskującym.

Korzystnie pomiędzy zbiornikiem wody recyrkulacyjnej i urządzeniem wtryskującym, włączony jest zbiornik mieszania zaś pomiędzy zbiornikiem wody recykulacyjnej i zbiornikiem mieszania umieszczony jest filtr.

Korzystnie zbiornik mieszania jest połączony ze źródłem amoniaku.

Korzystnie zbiornik mieszania jest połączony ze źródłem wody zewnętrznej.

185 093

Korzystnie zbiornik wody recyrkulacyjnej jest połączony ze źródłem wody zewnętrznej.

Zgodnie z wynalazkiem zaproponowano sposób, w którym pierwotne chłodzenie gazów przeprowadza się kontaktując je z recyrkulującą wodą chłodzącą (nazywany dalej „metodą chłodzenia recyrkulującą wodą”). W tym przypadku czas przebywania gazów w wieży chłodniczej jest znacznie ograniczony i wynosi od 0,1 do 5 sekund, a tym samym można bardzo znacznie zmniejszyć objętość wieży chłodniczej oraz poważnie zmniejszyć koszty jej budowy i wielkość zajmowanego przez nią miejsca. Ponadto, ponieważ nie ma potrzeby atomizowania wody, można zmniejszyć zapotrzebowanie na energię. Jednakże, ponieważ recyrkulującą woda chłodząca wychwytuje z gazów tlenki siarki, sadze lub pyły, konieczne jest usuwanie części wody z recyrkulącej wody chłodzącej w celu stabilizacji chłodzenia gazów. Tę usuniętą wodę, która jest wodą ściekową, wydala się do otoczenia po odpowiednim oczyszczeniu. Tym samym kasuje się zaletę znanej technologii, jaką jest eliminacja ścieków. Z tego względu wnioskodawcy niniejszego zgłoszenia przeanalizowali oraz wynaleźli sposób, w którym część wody, usuniętej z recyrkulującej wody chłodzącej, używa się do wtórnego chłodzenia gazów.

Sposób odsiarczania według wynalazku umożliwia kompensację wzrostu temperatury gazów wywołanego ciepłem reakcji pomiędzy tlenkami siarki i amoniakiem i/lub wytwarzaniem ciepła w wyniku napromieniania wiązką elektronową, oraz regulację temperatury gazów na wylocie ze zbiornika przetwórczego do zakresu 50° do 80° tak, żeby nie powstawały ścieki. Korzystnie, część wody usuniętej z recyrkulującej wody chłodzącej filtruje się przed jej wtryśnięciem do zbiornika przetwórczego.

Ponadto, w typowej technologii, warunkiem schłodzenia gazów do adiabatycznej temperatury nasycenia plus 10°C lub poniżej jest bardzo duża objętość wieży chłodniczej. W przeciwieństwie do tego, niniejszy wynalazek umożliwia, poprzez regulowanie natężenia przepływu recyrkulującej wody chłodzącej, regulowanie temperatury gazów na wylocie wieży chłodniczej w odpowiednim dla przebiegu reakcji zakresie temperatur, od adiabatycznej temperatury nasycenia do temperatury 80°C.

Ilość wtryśniętej wody potrzebnej do wtórnego chłodzenia gazów zależy od temperatury gazów przed wtórnym chłodzeniem gazów, temperatury gazów osiągniętej w wyniku wtórnego chłodzenia gazów, ciepła reakcji oraz natężenia wiązki elektronowej. Warunkiem niewytwarzania ścieków jest taka sama lub mniejsza ilość części wody usuniętej z recyrkulującej wody chłodzącej jak ilość wtryśniętej wody potrzebnej do wtórnego chłodzenia gazów. W przypadku stężenia tlenku siarki na poziomie 100 ppm lub więcej i/lub kermy (dawki pochłoniętej) wiązki elektronowej równej 2 kGy lub powyżej, ilość wtryskiwanej wody potrzebnej do wtórnego chłodzenia gazów staje się duża, oraz ilość wtryskiwanej wody potrzebnej do wtórnego chłodzenia gazów jest znacznie większa niż ilość wody usuniętej z recyrkulującej wody chłodzącej, a tym samym wynalazek szczególnie nadaje się do takich przypadków.

Zgodnie z wynalazkiem, ilość wody usuniętej z recyrkulującej wody chłodzącej reguluje się w taki sposób, żeby wartość pH recyrkulującej wody chłodzącej mieściła się w przedziale od 1 do 7, korzystnie od 1 do 6. Alternatywnie, wartość pH recyrkulującej wody chłodzącej reguluje się w taki sposób, żeby mieściła się w przedziale od 1 do 7, korzystnie od 1 do 6, dodając co najmniej jeden związek alkaliczny wybrany z grupy związków, w której skład wchodzą amoniak, związki sodu, związki potasu, związki wapnia i związki magnezu. Wartość pH części wody usuniętej z recyrkulującej wody chłodzącej reguluje się tak, żeby wynosiła od 1 do 8, korzystnie od 1 do 7, dodając co najmniej jeden związek alkaliczny wybrany z grupy związków, w której skład wchodzą amoniak, związki sodu, związki potasu, związki wapnia i związki magnezu, albo rozcieńczając wodą. Wodą chłodzącą, recyrkulującą w urządzeniu chłodzącym gazy, tj. w wieży chłodniczej, może być woda miękka. Jako związki alkaliczne można stosować wodorotlenki, tlenki lub węglany sodu, potasu, wapnia, magnezu i podobne.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy jednego przykładu sposobu procesu odsiarczania według wynalazku, fig. 2 - schemat blokowy innego przykładu realizacji sposobu odsiarczania według wynalazku i fig. 3 - schemat blokowy znanego dotychczas sposobu odsiarczania.

Poniżej szczegółowo opisano przykłady realizacji sposobu według wynalazku. Na fig. 1 przedstawiono schematycznie pierwszy przykład realizacji wynalazku. Jak widać na fig. 1,

185 093 zawierające tlenki siarki gazy spalinowe, wydalane z kotła 21 będącego pewnym typem instalacji do spalania paliw, chłodzi się w wymienniku ciepła 22, a następnie doprowadza do wieży chłodniczej 24. Wieża chłodnicza 24 jest wieżą z recyrkulującą wodą, w której cyrkulację wody chłodzącej wymusza się za pomocą pompy recyrkulacyjnej 23. W wieży chłodniczej 24 gazy spalinowe schładza się do temperatury w zakresie od adiabatycznej temperatury nasycenia do 80°, regulując natężenie przepływu recyrkulującej wody chłodzącej, której obieg wymusza się za pomocą pompy recyrkulacyjnej 23. Równocześnie usuwa się, za pomocą zaworu VI, część wody ze zbiornika 26 wody recyrkulacyjnej i odprowadza ją przewodem 35 tak, żeby wyregulować wartość pH recyrkulującej wody chłodzącej na poziomie od 1 do 7, korzystnie od 1 do 6, na podstawie sygnału z miernika 27 wartości pH. Za pomocą zaworu V2 wodę doprowadza się do zbiornika 26 wody recyrkulacyjnej jako wodę uzupełniającą tak, żeby na podstawie sygnału z czujnika 28 poziomu utrzymywać stały poziom wody w zbiorniku 26 wody recyrkulacyjnej. W ten sposób do zbiornika przetwórczego 25 doprowadza się gazy spalinowe schłodzone w wieży chłodniczej 24.

Z drugiej strony, filtruje się za pomocą filtra 33 część wody usuniętą ze zbiornika 26 wody recyrkulacyjnej i miesza ją w zbiorniku 34 mieszania z wodą doprowadzoną ze źródła zasilającego (nie pokazanego), a następnie wprowadza do urządzenia wtryskującego 31 w zbiorniku przetwórczym 25 za pomocą przewodu 36 wtórnej wody chłodzącej. Amoniak, doprowadzony za pomocą urządzenia zasilającego ze źródła 29 amoniaku, miesza się z powietrzem w mieszalniku liniowym 30, a uzyskaną mieszankę gazów wprowadza się do urządzenia wtryskującego 31. W urządzeniu wtryskującym 31, w jego komorze mieszania gazów z cieczą, miesza się mieszankę gazów z mieszalnika liniowego 30 z wodą usuniętą z przewodu 36 wtórnej wody chłodzącej, a uzyskaną mieszankę wtryskuje się na wlot zbiornika przetwórczego 25, po czym mieszankę gazów z wodą napromienia się wiązką elektronową z akceleratora elektronów 32. Pod działaniem wiązki elektronowej, znajdujące się w gazach spalinowych tlenki siarki szybko utleniają się, w wyniku czego powstaje kwas siarkowy (H2SO4), jako związek pośredni. Kwas ten jest zobojętniany za pomocą amoniaku znajdującego się w zbiorniku przetwórczym 25, w wyniku czego powstaje proszkowy produkt uboczny zawierający siarczan amonowy [(NHą^SOąj.

Na fig. 2 przedstawiono schemat blokowy drugiego przykładu realizacji wynalazku. W drugim przykładzie realizacji z fig. 2, takie same części i elementy składowe jak te, które widać na pierwszym przykładzie realizacji z fig. 1, oznaczono tymi samymi numerami identyfikacyjnymi. W przykładzie tym wtryskuje się do zbiornika 34 mieszania amoniak ze źródła 29 amoniaku. To jest, usuniętą wodę ze zbiornika 26 wody recyrkulacyjnej, wodę ze źródła wody (nie pokazanego), oraz amoniak ze źródła 29 amoniaku, doprowadza się do zbiornika 34 mieszania, w którym reguluje się wartość pH wymieszanej wody na poziomie 10, a następnie mieszankę tę doprowadza się do urządzenia wtryskującego 31. Pozostałe elementy z drugiego przykładu realizacji wynalazku z fig. 2 są takie same jak z pierwszego przykładu wykonania z fig. 1.

Jak widać na fig. 1 i 2, chłodzenie gazu można przeprowadzić za pomocą oddzielnego urządzenia chłodzącego, zawierającego wieżę chłodniczą 24 usytuowaną przed zbiornikiem przetwórczym 25. Możliwe jest również zastosowanie sekcji chłodzącej gaz w zbiorniku przetwórczym przed sekcją wtryskiwania amoniaku, ponieważ wymagany czas przebywania gazu w urządzeniu jest krótki.

Warunkiem całkowitej eliminacji ścieków jest równa lub mniejsza ilość wody usuwanej z recyrkulującej wody chłodzącej niż ilość wody potrzebnej do wtórnego chłodzenia gazu. Jeżeli ilość usuwanej wody jest mniejsza niż ilość wody potrzebnej do wtórnego chłodzenia gazów, to dodaje się wodę do wody usuwanej, po czym wtryskuje się tę mieszankę. Jeżeli ilość wody usuwanej jest większa niż ilość wody potrzebnej do wtórnego chłodzenia gazów, część usuwanej wody wtryskuje się do zbiornika przetwórczego, a pozostałą część stanowią ścieki. Nawet w przypadku nadmiaru usuwanej wody, technologia ta umożliwia zmniejszenie ilości ścieków.

W celu całkowitego odparowania usuniętej wody powszechnie stosuje się dyszę natryskową z dyszą z kanałem o małej średnicy umożliwiającą uzyskanie drobnych kropelek rozpryskiwanej cieczy. Jeżeli w gazie o wysokiej temperaturze znajdują się nie tylko tlenki siar185 093 ki, ale również sadza i pył, to recyrkulująca woda chłodząca z układu chłodzenia recyrkulacyjnego wychwytuje sadzę i pył. Z tego względu korzystne jest rozpylanie usuniętej wody po jej przefiltrowaniu za pomocą filtra 33 w celu usunięcia z niej sadzy i pyłu oraz zapobiegnięcia zatkaniu kanału dyszy, jak pokazano na fig. 1 i 2.

Jeżeli wśród tlenków siarki w gazach stężenie trójtlenku siarki jest stosunkowo wysokie, oraz jeżeli gazy chłodzi się w układzie chłodzenia z recyrkulującą wodą, trójtlenek siarki rozpuszcza się w recyrkulującej wodzie chłodzącej i obniża jej wartość pH. Może to powodować korozję wieży chłodniczej 24, pompy recyrkulacyjnej 23, zbiornika 26 wody recyrkulacyjnej, rurociągu łączącego pompę recyrkulacyjną 23 z wieżą chłodniczą 24, rurociągu łączącego zbiornik 26 wody recyrkulacyjnej z pompą recyrkulacyjną 23, rurociągu 35 usuwanej wody, rurociągu 36 wtórnej wody chłodzącej oraz urządzenia wtryskującego 31. Korozja wykazuje skłonność do rozwoju, kiedy pH jest mniejsze niż 1. Z tego względu, korzystnie, wartość pH należy utrzymywać na poziomie 1 lub powyżej. Osiąga się to zwiększając częściowo ilość wody usuwanej z recyrkulującej wody chłodzącej. Istnieje również możliwość wyregulowania wartości pH recyrkulującej wody chłodzącej poprzez dodawanie do recyrkulującej wody chłodzącej związków alkalicznych takich jak amoniak, związki sodu, związki potasu, związki wapnia lub magnezu. Związki te można dodawać do usuniętej wody, którą częściowo usuwa się z recyrkulującej wody chłodzącej. Istnieje również możliwość wyregulowania wartości pH recyrkulującej wody chłodzącej poprzez rozcieńczenie jej dodatkową wodą.

Jeżeli ilość związków alkalicznych, takich jak amoniak, związki sodu, związki potasu, związki wapnia lub magnezu, jest za wysoka, i recyrkulująca wodą chłodząca staje się alkaliczną oraz jeżeli gazy o wysokiej temperaturze, takie jak gazy spalinowe wydalane z kotła, zawierają dwutlenek węgla, to dwutlenek węgla, który nie jest przeznaczony do usuwania, rozpuszcza się w wodzie chłodzącej. Jeżeli związki alkaliczne, takie jak amoniak, związki sodu, związki potasu, związki wapnia lub magnezu, dodaje się do recyrkulującej wody chłodzącej, oraz recyrkulująca woda chłodząca staje się alkaliczna, to woda ta wchłania tlenki siarki i staje się roztworem soli takich jak siarczan sodowy i/lub siarczyn sodowy, siarczan potasowy i/lub siarczyn potasowy, siarczan wapniowy i/lub siarczyn wapniowy lub siarczan magnezu i/lub siarczyn magnezu. W tym przypadku, kiedy usuwaną wodę wtryskuje się i całkowicie odparowuje, stosunek ilościowy tych soli do głównego produktu ubocznego, tj. do związków amoniaku, jest większy. Z tego względu pożądane jest, żeby wartość pH recyrkulującej wody chłodzącej wynosiła od 1 do 7, korzystnie od 1 do 6.

Jeżeli związki alkaliczne, takie jak amoniak, związki sodu, związki potasu, związki wapnia lub magnezu, dodaje się do wody usuniętej, to nie występują wspomniane powyżej problemy, których należy spodziewać się w przypadku dodawania związków alkalicznych do recyrkulującej wody chłodzącej. Jednakże, jeżeli do usuniętej wody dodaje się nadmierną ilość związków alkalicznych, i woda ta stanie się silnie alkaliczna, to wapń lub magnez, znajdujące się początkowo w wodzie doprowadzonej ze źródła wody, tworzą kamień kotłowy w sekcji wtórnego gazu chłodzącego, i mogą być przyczyną zatkania instalacji. Z tego względu, w przypadku dodawania związków alkalicznych do usuniętej wody, pożądane jest wyregulowanie wartości pH usuniętej wody w zakresie od 1 do 8, korzystnie od 1 do 7.

W przypadku filtrowania usuniętej wody, reguluje się w razie potrzeby wartość pH, oraz w takim przypadku jest również pożądane, żeby wartość pH usuniętej wody mieściła się w przedziale od 1 do 8, korzystnie od 1 do 7.

Kiedy dodaje się amoniak, związki sodu lub związki potasu, i o ile przygotowuje się wodę miękką usuwając z niej wapń i magnez, a następnie używa się ją jako wodę dodawaną do recyrkulującej wody chłodzącej, w usuniętej wodzie nie ma wapnia ani magnezu, a tym samym zapobiega się powstawaniu kamienia kotłowego i zatykaniu instalacji.

Można również przeanalizować układ chłodzenia gazu pośredni pomiędzy wieżą chłodniczą z całkowitym odparowaniem, a wieżą chłodniczą z wodą recyrkulującą w którym to układzie wodę wtryskuje się do wieży chłodniczej, a nie odparowanej wody nie używa się w układzie recyrkulacji i usuwa. Również w tego typu układzie, jeżeli ilość wody usuwanej jest mniejsza niż ilość wody potrzebnej do wtórnego chłodzenia gazu, usuniętą wodę, do której dodaje się, w razie potrzeby, wodę, można użyć do wtórnego chłodzenia gazu. Układ ten

185 093 umożliwia również zapobieganie powstawaniu ścieków. Jeżeli ilość usuniętej wody jest większa niż wody potrzebnej do wtórnego chłodzenia gazu, część tej usuniętej wody można wtrysnąć do zbiornika przetwórczego, i tylko pozostała część usuniętej wody staje się ściekami. Również takie rozwiązanie jest skuteczne, jeżeli chodzi o zmniejszanie ilości ścieków.

Wynalazek objaśniono dalej na podstawie kolejnych przykładów, którymi są wyniki doświadczeń przeprowadzonych na urządzeniach z fig. 1 i 2 i urządzeniu z fig. 3.

Przykład odniesienia 1

W przykładzie odniesienia pokazanym na fig. 3, gazy spalinowe w ilości 1500 Nm³/godz., zawierające tlenki siarki w ilości 850 ppm, wytwarzane w kotle 1, chłodzi się do temperatury 150°C w wymienniku 2 ciepła, wodę, doprowadzoną pompą 3, wtryskuje się dyszą pojedynczą 6 do wieży chłodniczej 4 z całkowitym odparowaniem i całkowicie odparowuje, w wyniku czego schładza gazy do temperatury 60°C, a następnie wydalone z wieży chłodniczej 4 gazy doprowadza się do zbiornika przetwórczego 5. Amoniak, w ilości 2,3 Nm3/h, doprowadzany za pomocą zespołu 9 do doprowadzania amoniaku, miesza się z powietrzem w ilości 8,0 Nm3 w mieszalniku liniowym 10. Mieszankę gazów oraz wodę w ilości 18 kg/godz. doprowadzaną ze źródła wody, miesza się w komorze mieszania gazu z cieczą w podwójnej dyszy 11, i wtryskuje do wlotu zbiornika przetwórczego 5, po czym mieszankę gazu z wodą napromienia się wiązką elektronową o kermie 15 kGy pochodzącą z akceleratora 12 elektronów. W rezultacie temperatura gazów na wylocie ze zbiornika przetwórczego 5 obniżyła się do 65°C, a stężenie tlenków siarki wyniosło 35 ppm.

W tym przypadku nie powstawały ścieki, ponieważ woda całkowicie odparowywała, ale czas przebywania gazów w instalacji, potrzebny do całkowitego odparowania wody wtryśniętej do wieży chłodzącej z całkowitym odparowaniem, wynosił 20 sekund.

Pr z y kła d 1 „

W przykładzie 1 z fig. 1, gazy spalinowe w ilości 1500 Nm^J/godz., zawierające tlenki siarki w ilości 850 ppm, wytwarzane w kotle 21, chłodzono do temperatury 150°C w wymienniku 22 ciepła. W wieży chłodniczej 24 z wodą recyrkulacyjny której obieg wymuszano pompą recyrkulacyjna 23, chłodzono gaz do adiabatycznej temperatury nasycenia wynoszącej 50°C, a następnie gaz ten doprowadzano do zbiornika przetwórczego 25. Na tym etapie usuwano częściowo wodę z recyrkulującej wody chłodzącej do chwili uzyskania przez nią wartości pH równej 0,5, określonej na podstawie sygnału z miernika 27 pH, znajdującego się w zbiorniku 26 wody recyrkulacyjnej. Do zbiornika 26 wody recyrkulacyjnej doprowadzano wodę w takiej ilości, żeby jej poziom w tym zbiorniku, mierzony miernikiem 28 poziomu, znajdującym się w zbiorniku 26, był stały, uzyskując w ten sposób wodę usuniętą w ilości 2,5 kg/godz. Usuniętą wodę w ilości 2,5 kg/godz. filtrowano za pomocą filtru 33, a następnie mieszano z wodą w ilości 7,5 kg/godz., doprowadzaną ze zbiornika wody, w zbiorniku 34 mieszania w celu jej rozcieńczenia do wartości pH równej 1,1. Amoniak, w ilości 2,3 Nm3/h, doprowadzany ze źródła 29 amoniaku, mieszano z powietrzem w ilości 8,0 Nm^J w mieszalniku liniowym 30. Mieszankę gazów oraz rozcieńczoną usuniętą wodę mieszano w komorze mieszania gazu z cieczą w urządzeniu wtryskującym 31, i wtryskiwano do wlotu zbiornika przetwórczego 25, po czym mieszankę gazu z wodą napromieniano wiązką elektronową o kermie 15 kGy pochodzącą z akceleratora 32 elektronów. W rezultacie temperatura gazów na wylocie ze zbiornika przetwórczego 25 obniżyła się do 65°C, a stężenie tlenków siarki wyniosło 35 ppm.

Usuniętą wodę ze zbiornika 26 wody recyrkulacyjnej mieszano z wodą doprowadzoną ze źródła wody, wtryskiwano i całkowicie odparowywano w zbiorniku przetwórczym 25. Nie powstawały żadne ścieki. Czas przebywania gazu w wieży chłodniczej do chwili schłodzenia go do 50°C wynosił 0,5 sekundy, co było znacznie mniej niż czas przebywania w przykładzie odniesienia 1, w którym stosowano wieżę chłodniczą z całkowitym odparowaniem. W rurociągu 35 usuniętej wody, wykonanym ze stali węglowej, którym płynęła ciecz o wartości pH równej 0,5, zaobserwowano korozję w tempie 0,5 mm/rok. Natomiast nie zaobserwowano żadnej korozji w rurociągu 36 wtórnej wody chłodzącej, wykonanym ze stali węglowej, którym płynęła ciecz o wartości pH równej 1,1 po rozcieńczeniu. Również w sekcji chłodzenia gazu wieży chłodniczej i w rurociągu wody recyrkulacyjnej, w których powierzchnie stykające się z cieczą pokryto warstwą żywicy, nie zaobserwowano korozji.

185 093

Przykład 2

W tym samym urządzeniu, które zastosowano w przykładzie 1, gazy, znajdujące się w takim samym stanie jak gazy w przykładzie 1, chłodzono do takich samych temperatur w, odpowiednio, wymienniku 22 ciepła i wieży chłodniczej 24 z wodą recyrkulacyjną, a następnie schłodzone gazy doprowadzano do zbiornika przetwórczego 25. Na tym etapie usuwano część wody z recyrkulacyjnej wody chłodzącej do chwili, kiedy wartość pH recyrkulacyjnej wody chłodzącej, określana za pomocą sygnału z miernika 27 wartości pH, wynosiła 1,0. Do zbiornika 26 wody recyrkulacyjnej doprowadzano wodę w takiej ilości, żeby jej poziom w tym zbiorniku, mierzony miernikiem 28 poziomu, znajdującym się w zbiorniku 26, był stały, uzyskując w ten sposób wodę usuniętą w ilości 8 kg/godz. Usuniętą wodę w ilości 8 kg/godz. filtrowano za pomocą filtra 33, a następnie mieszano z wodą w ilości 2 kg/godz., doprowadzaną ze zbiornika wody, w zbiorniku 34 mieszania w celu jej rozcieńczenia do wartości pH równej 1,1. Amoniak, w ilości 2,3 Nm³/h, doprowadzany ze źródła 29 amoniaku, mieszano z powietrzem w ilości 8,0 Nm3 w mieszalniku liniowym 30. Mieszankę gazów oraz rozcieńczoną usuniętą wodę mieszano w komorze mieszania gazu z cieczą w urządzeniu wtryskującym 31, i wtryskiwano do wlotu zbiornika przetwórczego 25, po czym mieszankę gazu z wodą napromieniano wiązką elektronową o kermie 15 kGy pochodzącą z akceleratora 32 elektronów. W rezultacie temperatura gazów na wylocie ze zbiornika przetwórczego 25 obniżyła się do 65°C, a stężenie tlenków siarki wyniosło 35 ppm. Podobnie jak w przykładzie 1, nie powstawały żadne ścieki. Czas przebywania gazu w instalacji w celu jego schłodzenia do temperatury 50°C w wieży chłodniczej 24 wynosił 0,5 sekundy. Nie zaobserwowano żadnej korozji nie tylko w rurociągu 36 wtórnej wody chłodzącej do rozcieńczonej usuniętej wody, ale także w rurociągu 35 usuniętej wody przed jej rozcieńczeniem za pomocą dodatkowej wody.

Przykład 3

W przykładzie realizacji z fig. 2, gazy spalinowe w ilości 1500 Nm /godz., zawierające tlenki siarki w ilości 2000 ppm, wytwarzane w kotle 21, chłodzono do temperatury 150°C w wymienniku 22 ciepła, zainstalowanym w wieży chłodniczej 24 z recyrkulacyjną wodą chłodzącą, której obieg wymuszano pompą recyrkulacyjną 23, chłodząc w ten sposób gazy do adiabatycznej temperatury nasycenia wynoszącej 50°C, a następnie gazy te doprowadzano do zbiornika przetwórczego 25. Na tym etapie usuwano część wody z recyrkulującej wody chłodzącej do chwili uzyskania przez nią wartości pH równej 0,5, określonej na podstawie sygnału z miernika 27 pH, znajdującego się w zbiorniku 26 wody recyrkulacyjnej. Do zbiornika 26 wody recyrkulacyjnej doprowadzano wodę ze źródła wody w takiej ilości, żeby jej poziom w tym zbiorniku, mierzony miernikiem 28 poziomu, znajdującym się w zbiorniku 26, był stały, uzyskując w ten sposób wodę usuniętą w ilości 10 kg/godz. Usuniętą wodę w ilości 10 kg/godz. filtrowano za pomocą filtru 33, a następnie mieszano z wodą w ilości 14 kg/godz. w zbiorniku 34 mieszania. Amoniak, doprowadzany ze źródła 29 amoniaku, mieszano z powietrzem w ilości 8,0 Nm3 w mieszalniku liniowym 30. Mieszankę gazów oraz rozcieńczoną usuniętą wodę mieszano w komorze mieszania gazu z cieczą w urządzeniu wtryskującym 31, i wtryskiwano do wlotu zbiornika przetwórczego 25, po czym mieszankę gazu z wodą napromieniano wiązką elektronową o kermie 15 kGy pochodzącą z akceleratora 32 elektronów. W rezultacie temperatura gazów na wylocie ze zbiornika przetwórczego 25 obniżyła się do 65°C, a stężenie tlenków siarki wyniosło 100 ppm. Podobnie jak w przykładach realizacji 1 i 2, nie powstawały żadne ścieki. Czas przebywania gazów w wieży chłodniczej z recyrkulującą wodą wynosił 0,5 sekundy. W rurociągu 35 usuniętej wody, wykonanym ze stali węglowej, którym płynęła ciecz o wartości pH równej 0,5, zaobserwowano korozję w tempie 0.5 mm/rok. Natomiast nie zaobserwowano żadnej korozji w rurociągu 36 wtórnej wody chłodzącej, wykonanym ze stali węglowej, którym płynęła ciecz o wartości pH regulowanej na poziomie 8,5.

W komorze mieszania gazu z cieczą w urządzeniu wtryskującym 31 pojawił się kamień kotłowy zawierający głównie wapń i magnez, który w końcu doprowadził do zatkania dyszy. Po oczyszczeniu urządzenia wtryskującego 31, zmniejszono ilość amoniaku zuzywanego do regulacji w zbiorniku 34 mieszania, zapewniając, ze wartość pH usuniętej wody na wylocie ze zbiornika 34 mieszania wynosi 7, po czym kontynuowano proces przetwórczy. W komorze mieszania gazu z cieczą w urządzeniu wtryskującym nie pojawił się kamień kotłowy, ani nie

185 093 zaobserwowano żadnej korozji w rurociągu 36 wtórnej wody chłodzącej, którym płynęła ciecz o wartości pH równej 7.

Jak opisano powyżej, zgodnie z wynalazkiem, można znacznie zmniejszyć czas przebywania gazów w wieży chłodniczej, stosując układ recyrkulacyjny wody do pierwotnego chłodzenia gazów, oraz zapobiega się powstawaniu ścieków poprzez stosowanie usuniętej wody do wtórnego chłodzenia gazów i poprzez całkowite odparowywanie usuniętej wody w zbiorniku przetwórczym oraz w następnym etapie.

Regulując ilość wody zużywanej do wtórnego chłodzenia gazów, można zapobiec wzrostowi temperatury gazów wskutek ciepła reakcji i/lub wskutek wytwarzania ciepła podczas napromieniania gazów wiązką elektronową

Powyżej szczegółowo przedstawiono kilka zalecanych przykładów realizacji wynalazku, ale rozumie się samo przez się, że można w nim dokonywać różnych zmian i modyfikacji bez wykraczania poza zakres określony w załączonych zastrzeżeniach patentowych.

Wynalazek nadaje się do zastosowania w instalacji do oczyszczania gazów spalinowych, w której można z wysoką sprawnością usuwać z gazów spalinowych oraz z różnych paliw, takich jak węgiel lub ropa naftowa, znajdujące się w nich tlenki siarki.

Claims

1. Sposób odsiarczania gazów, w którym chłodzi się i poddaje się obróbce zawierające tlenki siarki gazy o wysokiej temperaturze, polegający na przetwarzaniu tlenków siarki w związki amonowe poprzez wtryskiwanie amoniaku i napromienianie wiązką elektronową, znamienny tym, że chłodzi się gazy o wysokiej temperaturze kontaktując je z recyrkulującą wodą chłodzącą, usuwa się część recyrkulującej wody chłodzącej, oraz wtryskuje się usuniętą wodę lub usuniętą wodę, rozcieńczoną wodą, do chłodnych gazów·; przed, równocześnie lub po wtryśnięciu amoniaku do chłodnych gazów··, napromienia się chłodne gazy wiązką elektronową po wtryśnięciu usuniętej wody, oraz całkowicie odparowuje się wtryśniętą wodę.

2. Sposób odsiarczania według zastrz. 1, znamienny tym, że wtryskiwanie przeprowadza się po mieszaniu z amoniakiem.

3. Sposób odsiarczania według zastrz. 1, znamienny tym, że filtruje się usuniętą część wody z recyrkulującej wody chłodzącej przed wtryskiwaniem.

4. Sposób odsiarczania według zastrz. 1, znamienny tym, że gazy o wysokiej temperaturze chłodzi się do temperatury z zakresu od adiabatycznej temperatury nasycenia do 80°C, regulując natężenie przepływu strumienia recyrkulacyjnego recyrkulacyjnej wody chłodzącej.

5. Sposób odsiarczania według zastrz. 1, znamienny tym, że reguluje się ilość wody, usuniętej z recyrkulującej wody chłodzącej, tak że wartość pH recyrkulującej wody chłodzącej wynosi od 1 do 7.

6. Sposób odsiarczania według zastrz. 1 albo 5, znamienny tym, że dodaje się co najmniej jeden związek alkaliczny wybrany z grupy składającej się z amoniaku, związków sodu, związków potasu, związków wapnia i związków magnezu, do recyrkulującej wody chłodzącej regulując wartość pH do przedziału od 1 do 7.

7. Sposób odsiarczania według zastrz. 1, znamienny tym, że dodaje się co najmniej jeden związek alkaliczny wybrany z grupy składającej się z amoniaku, związków sodu, związków potasu, związków wapnia i związków magnezu, do wody usuniętej z recyrkulującej wody chłodzącej, regulując wartość pH do przedziału od 1 do 7.

8. Sposób odsiarczania według zastrz. 1, znamienny tym, że rozcieńcza się wodę, którą usunięto jako część z recyrkulującej wody chłodzącej, za pomocą wody, regulując wartość pH w zakresie od 1 do 8.

9. Sposób odsiarczania według zastrz. 1, znamienny tym, że woda, którą doprowadza się do recyrkulującej wody chłodzącej jako wodę uzupełniającą, jest wodą miękką.

10. Urządzenie odsiarczające do obróbki zawierających tlenki siarki gazów zawierające wieżę chłodniczą połączoną ze zbiornikiem przetwórczym, w którym umieszczone jest urządzenie wtryskujące i akcelerator elektronów, przy czym urządzenie wtryskujące połączone jest ze źródłem amoniaku, znamienne tym, że wieża chłodnicza (24) połączona jest ze zbiornikiem (26) wody recyrkulacyjnej, który przez pompę (23) jest połączony z wieżą chłodniczą (24), oraz zbiornik (26) wody recyrkulacyjnej połączony jest z urządzeniem wtryskującym (31).

11. Urządzenie odsiarczające według zastrz. 10, znamienne tym, że pomiędzy zbiornikiem (26) wody recyrkulacyjnej i urządzeniem wtryskującym (31) włączony jest zbiornik (34) mieszania, zaś pomiędzy zbiornikiem (26) wody recykulacyjnej i zbiornikiem (34) mieszania umieszczony jest filtr (33).

12. Urządzenie odsiarczające według zastrz. 11, znamienne tym, że zbiornik (34) mieszania jest połączony ze źródłem (29) amoniaku.

13. Urządzenie odsiarczające według zastrz. 11, znamienne tym, że zbiornik (34) mieszania jest połączony ze źródłem wody zewnętrznej.

14. Urządzenie odsiarczające według zastrz. 10, znamienne tym, że zbiornik (26) wody recyrkulacyjnej jest połączony ze źródłem wody zewnętrznej.