2
УСТРОЙСТВО И СПОСОБ УЛАВЛИВАНИЯ CO, ОСНОВАННЫЙ НА ПРИМЕНЕНИИ ОХЛАЖДЕННОГО АММИАКА, С ПРОМЫВКОЙ ВОДОЙ
DEVICE AND METHOD OF CARBON DIOXIDE REMOVAL BASED ON APPLICATION OF COOLED AMMONIUM WITH WATER FLUSHING

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Эта заявка устанавливает приоритет предварительной заявки на патент США номер 61/102137, зарегистрированной 2 октября 2008 г., и предварительной заявки на патент США номер 61/102217, зарегистрированной 2 октября 2008 г., содержание которых включено в данный документ полностью в качестве ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
2
3
2
Раскрытый предмет изобретения относится к устройству и способу удаления диоксида углерода (CO) и аммиака (NH) из потока дымовых газов. Более конкретно, раскрытый предмет изобретения относится к устройству и способу с применением многоступенчатого промывочного резервуара для удаления аммиака из потока дымовых газов, который подвергается обработке в устройстве и способе удаления CO.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Большинство энергии, используемой в мире, производится сжиганием топлива, содержащего углерод и водород, такого как каменный уголь, нефть и природный газ. В дополнение к углероду и водороду эти виды топлива содержат кислород, влагу и загрязняющие вещества, такие как зола, сера (часто в форме оксидов серы, именуемых как «SOx»), соединения азота (часто в форме оксидов азота, именуемых как «NOx»), хлор, ртуть и другие элементы в незначительных количествах. Осведомленность в отношении вредного воздействия загрязняющих веществ, высвобождающихся во время сжигания, инициирует применение все более жестких ограничений в отношении выбросов от электростанций, нефтеперерабатывающих заводов и других производственных процессов. Имеет место увеличенное воздействие на владельцев таких предприятий, чтобы достигнуть близкой к нулю эмиссии загрязняющих веществ.
Многочисленные процессы и устройства были разработаны в ответ на желание достигнуть близкой к нулю эмиссии загрязняющих веществ. Устройства и процессы включают, однако не ограничиваются ими, устройства для обессеривания (известной как мокрое обессеривание дымовых газов «WFGD» и сухое обессеривание дымовых газов «DFGD»), фильтры очистки от микрочастиц (включая, например, камеры с рукавными фильтрами, уловители микрочастиц и т.п.), а также применение одного или нескольких сорбентов, которые абсорбируют загрязняющие вещества из дымовых газов. Примеры сорбентов включают, однако не ограничиваются ими, активированный уголь, аммиак, известняк и т.п.
2
2
2
Было показано, что аммиак эффективно удаляет CO, а также другие загрязняющие вещества, такие как диоксид серы (SO) и хлорид водорода (HCl), из потока дымовых газов. В одном конкретном виде применения абсорбция и удаление CO из потока дымовых газов с помощью аммиака проводится при низкой температуре, например, между 0° и 20°C. Для того чтобы гарантировать эффективность системы и чтобы удовлетворять стандартам в отношении выбросов, желательно поддержание аммиака внутри устройства для обработки потока дымовых газов.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с особенностями, проиллюстрированными в данном документе, предоставлено устройство для уменьшения количества аммиака в потоке дымовых газов, данное устройство содержит: промывочный резервуар для приема потока дымовых газов, содержащего аммиак, данный промывочный резервуар включает первую ступень абсорбции и вторую ступень абсорбции, каждая из первой ступени абсорбции и второй ступени абсорбции имеет узел для массопередачи; и жидкость вводится в данный промывочный резервуар, жидкость для абсорбции аммиака из потока дымовых газов, содержащего аммиак, посредством чего образуется жидкость, обогащенная аммиаком, и поток дымовых газов, содержащий уменьшенное количество аммиака, который выпускается из промывочного резервуара.
2
2
В соответствии с другими особенностями, проиллюстрированными в данном документе, предоставлено устройство для уменьшения количества аммиака в потоке дымовых газов, данное устройство содержит: абсорбирующий узел, имеющий один или несколько абсорберов, чтобы абсорбировать диоксид углерода (CO) из охлажденного потока дымовых газов, имеющего температуру ниже температуры окружающей среды, данный абсорбирующий узел функционирует при температуре между 0° и 20°С, при этом по меньшей мере часть CO абсорбируется аммонизированным раствором или суспензией, посредством чего образуется поток дымовых газов, содержащий аммиак; и промывочный резервуар сконфигурирован таким образом, чтобы принимать по меньшей мере часть потока дымовых газов, содержащего аммиак, данный промывочный резервуар включает одну или несколько ступеней абсорбции, каждая из одной или нескольких ступеней абсорбции имеет узел с распылительной головкой и узел для массопередачи, выбранный из неупорядоченного насадочного материала, гидрофильного насадочного материала и структурированной насадки, при этом узел с распылительной головкой направляет жидкость в противотоке к направлению протекания потока дымовых газов, содержащего аммиак, жидкость абсорбирует аммиак из потока дымовых газов, содержащего аммиак, и посредством этого образуется жидкость, обогащенная аммиаком, и поток дымовых газов с уменьшенным количеством аммиака, посредством чего по меньшей мере часть аммиака, присутствующего в потоке дымовых газов, содержащем аммиак, удаляется из потока дымовых газов, содержащего аммиак, в одной или нескольких ступенях абсорбции промывочного резервуара.
2
В соответствии с другими особенностями, проиллюстрированными в данном документе, предоставлен способ уменьшения количества аммиака в потоке дымовых газов, данный способ содержит: введение охлажденного потока дымовых газов, имеющего температуру ниже температуры окружающей среды, в абсорбирующий узел, при этом данный абсорбирующий узел функционирует при температуре между 0° и 20°С; приведение охлажденного потока дымовых газов в абсорбирующем узле в соприкосновение с аммонизированной суспензией или раствором, при этом аммонизированная суспензия или раствор удаляют диоксид углерода (CO) из охлажденного потока дымовых газов, посредством чего образуется поток дымовых газов, содержащий аммиак; и введение по меньшей мере части потока дымовых газов, содержащего аммиак, в промывочный резервуар, данный промывочный резервуар имеет одну или несколько ступеней абсорбции, чтобы абсорбировать аммиак из потока дымовых газов, содержащего аммиак, посредством чего уменьшается количество аммиака в потоке дымовых газов, выпускаемом из промывочного резервуара.
Вышеописанные и другие отличительные признаки иллюстрируются представленными ниже фигурами и подробным описанием.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее будут указаны фигуры, которые представляют собой иллюстративные варианты осуществления, и в которых аналогичные элементы имеют одинаковые числовые обозначения.
2
Фиг.1 является схематическим представлением устройства, используемым для уменьшения количества CO и аммиака, присутствующего в потоке дымовых газов.
Фиг.2 представляет собой иллюстрацию одного из вариантов осуществления абсорбирующего узла, используемого в устройстве, изображенном на Фиг.1.
Фиг.3 представляет собой иллюстрацию одного из вариантов осуществления промывочного резервуара, используемого в устройстве, изображенном на Фиг.1.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
3
2
2
В одном варианте осуществления, как показано на Фиг.1, устройство 100 для уменьшения количества аммиака (NH) и диоксида углерода (CO), присутствующих в потоке дымовых газов, включает несколько узлов и процессов для удаления ряда загрязняющих веществ из потока дымовых газов 120, образованных сжиганием топлива в печи 122. Как показано на Фиг.1, устройство 100 включает абсорбирующий узел 130, чтобы абсорбировать диоксид углерода (CO) из потока дымовых газов 120 и, в одном из вариантов осуществления, охлажденного потока дымовых газов 140.
Охлажденный поток дымовых газов 140 образован прохождением потока дымовых газов 120, образованных сжиганием топлива в печи 122, в систему охлаждения 142. Перед введением в систему охлаждения 142 поток дымовых газов 120 может подвергаться обработке, чтобы удалить из него загрязняющие вещества, такой как, например, процесс обессеривания дымовых газов и отделение микрочастиц (не показано).
Система охлаждения 142 может быть любой системой, которая может образовывать охлажденный поток дымовых газов 140, и может включать, как показано на Фиг.1, охладитель 144 с непосредственным соприкосновением, одну или несколько охлаждающих башен 146 и один или несколько охладителей 148, которые промывают и/или подвергают мокрой очистке поток дымовых газов 120, захватывают загрязняющие вещества и/или снижают содержание влаги в потоке дымовых газов. Однако предполагается, что система охлаждения 142 может включать меньше или больше узлов по сравнению с теми, что показаны на Фиг.1.
В одном из вариантов осуществления охлажденный поток дымовых газов 140 имеет температуру, которая ниже температуры окружающей среды. В одном из примеров охлажденный поток дымовых газов 140 может иметь температуру между приблизительно 0°C и приблизительно 20°C. В другом варианте осуществления охлажденный поток дымовых газов 140 может иметь температуру между приблизительно 0°C и приблизительно 10°C.
Как показано на Фиг.1, система охлаждения 142 соединена с абсорбирующим узлом 130. Предполагается, что система охлаждения 142 может находиться в непосредственной связи с абсорбирующим узлом 130, т.е. отсутствуют дополнительные процессы или узлы между системой охлаждения и абсорбирующим узлом. В качестве альтернативы, система охлаждения 142 может находиться в непрямой связи с абсорбирующим узлом 130, т.е. могут иметься дополнительные процессы или узлы между системой охлаждения и абсорбирующим узлом, такие как, однако не ограничиваясь ими, уловители микрочастиц, туманоуловители и т.п.
2
2
Абсорбирующий узел 130 способствует абсорбции CO из охлажденного потока дымовых газов 140 посредством приведения охлажденного потока дымовых газов в соприкосновение с аммонизированным раствором или суспензией 150. Аммонизированный раствор или суспензия 150 могут включать растворенные компоненты аммиака и CO в водном растворе и могут также включать осажденные твердотельные микрочастицы бикарбоната аммония.
2
В одном из вариантов осуществления абсорбирующий узел 130 включает первый абсорбер 132 и второй абсорбер 134. Однако предполагается, что абсорбирующий узел 130 может включать больше или меньше абсорберов по сравнению с тем, что показано на Фиг.1. Кроме того, предполагается, что первый абсорбер 132 и/или второй абсорбер 134 могут иметь в себе одну или несколько ступеней для абсорбции CO из охлажденного потока дымовых газов 140.
Аммонизированный раствор или суспензия 150, вводимые в абсорбирующий узел 130, могут быть использованы повторно и/или предоставляться регенерационной колонной 160. Как показано на Фиг.1, аммонизированный раствор или суспензия 150 может вводиться в абсорбирующий узел 130 в месте внутри первого абсорбера 132, однако предполагается, что аммонизированный раствор или суспензия может также вводиться в месте внутри второго абсорбера 134 или любого из абсорберов, имеющихся в абсорбирующем узле 130. Регенерационная колонна 160 находится в непосредственной или в непрямой связи с абсорбирующим узлом 130.
2
2
2
Как показано более подробно на Фиг.2, аммонизированная суспензия или раствор 150 вводится в абсорбирующий узел 130, например, в первый абсорбер 132 или второй абсорбер 134, в направлении A, которое является противотоком по отношению к потоку B охлажденного потока дымовых газов 140. Когда аммонизированная суспензия или раствор 150 соприкасается с охлажденным потоком дымовых газов 140, CO, присутствующий в охлажденном потоке дымовых газов, абсорбируется и удаляется из него, посредством чего образуется поток 152, обогащенный CO. По меньшей мере часть результирующего потока 152, обогащенного CO, переносится из абсорбирующего узла 130 в регенерационную колонну 160.
2
2
2
2
Предполагается, что либо весь поток 152, обогащенный CO, либо его часть может быть перемещена в регенерационную колонну 160. Как показано на Фиг.1, по меньшей мере часть потока 152, обогащенного CO, может проходить через буферный резервуар 162, насос высокого давления 164 и теплообменник 166 перед введением в регенерационную колонну 160. В одном из вариантов осуществления отдельная часть потока 152, обогащенного CO, может проходить из абсорбирующего узла 130 через теплообменник 168, в котором она охлаждается перед возвращением в абсорбирующий узел. Теплообменник 168 соединен с системой охлаждения 169. Как показано на Фиг.1, система охлаждения 169 может иметь охладитель 169a с непосредственным соприкосновением, а также охлаждающую башню 169b; однако, нельзя не отметить, что система охлаждения 169 может иметь больше или меньше узлов по сравнению с тем, как проиллюстрировано в данном документе. Поток 152, обогащенный CO, охлаждается перед введением в абсорбирующий узел 130 с аммонизированным раствором или суспензией 150.
2
Кроме того, несмотря на то, что это не показано на Фиг.1 или 2, также предполагается, что часть потока 152, обогащенного CO, может быть перемещена непосредственно в регенерационную колонну 160 без прохождения через буферный резервуар 162, насос высокого давления 164 и теплообменник 166.
2
2
2
2
Регенерационная колонна 160 регенерирует поток 152, обогащенный CO, чтобы образовать аммонизированную суспензию или раствор 150, который вводится в абсорбирующий узел 130. Регенерационная колонна 160 способствует регенерации использованного аммонизированного раствора или суспензии, т.е. потока 152, обогащенного CO, который был пропущен через абсорбирующий узел 130, и из которого удален CO. Регенерация выполняется предоставлением тепла в нижней части регенерационной колонны 160. Регенерация потока 152, обогащенного CO, также выполняется при высоком давлении.
2
3
2
3
2
2
3
2
2
Способность аммонизированного раствора или суспензии 150 абсорбировать CO из охлажденного потока дымовых газов 140 зависит, например, от концентрации аммиака в аммонизированном растворе или суспензии, молярного соотношения NH/CO и температуры и давления в абсорбирующем узле 130. В одном из вариантов осуществления молярное соотношение NH/CO для абсорбции CO находится между приблизительно 1,0 и приблизительно 4,0. В другом варианте осуществления молярное соотношение NH/CO для абсорбции CO находится между приблизительно 1,0 и приблизительно 3,0. Кроме того, в одном из вариантов осуществления абсорбирующий узел 130 функционирует при низкой температуре, в частности, при температуре ниже, чем приблизительно 20°C. В одном из вариантов осуществления абсорбирующий узел 130 функционирует при температуре между приблизительно 0° и 20°C. В другом варианте осуществления абсорбирующий узел 130 функционирует при температуре между 0° и 10°C.
2
2
Как показано на Фиг.1 и 2 и обсуждено выше, после приведения охлажденного потока дымовых газов 140 в соприкосновение с аммонизированным раствором или суспензией 150 образуется поток 152, обогащенный CO, а также поток дымовых газов 170, содержащий аммиак. Обычно концентрация аммиака в потоке дымовых газов 170, содержащем аммиак, будет изменяться в зависимости от устройства, количества аммонизированного раствора или суспензии 150, вводимого в абсорбирующий узел 130, и количества CO, присутствующего в охлажденном потоке дымовых газов 140, и поэтому поток дымовых газов, содержащий аммиак, может содержать любую концентрацию аммиака. В одном из вариантов осуществления концентрация аммиака в потоке дымовых газов 170, содержащем аммиак, может находиться в интервале между приблизительно 500 ч/млн и приблизительно 30000 ч/млн.
Предполагается, что концентрация аммиака, присутствующего в потоке дымовых газов 170, содержащем аммиак, может быть измерена. Например, концентрация аммиака в потоке дымовых газов 170, содержащем аммиак, может быть измерена, например, газоанализаторной трубкой Dragger или инфракрасной спектроскопией с преобразованием Фурье (FTIR). Хотя это и не показано, количество или концентрация аммиака в потоке дымовых газов 170, содержащем аммиак, могут быть измерены в любом месте перед его введением в промывочный резервуар 180. Измерение количества или концентрации аммиака в потоке дымовых газов 170, содержащем аммиак, может помогать оператору устройства 100 в удалении или уменьшении количества аммиака в потоке дымовых газов, содержащем аммиак.
Как показано на Фиг.l, поток дымовых газов 170, содержащий аммиак, вводится в промывочный резервуар 180. В одном из вариантов осуществления промывочный резервуар 180 уменьшает количество аммиака, присутствующего в потоке дымовых газов 170, содержащем аммиак, и образует поток дымовых газов 190, содержащий уменьшенное количество аммиака. Однако предполагается, что промывочный резервуар 180 может быть использован вместе с другими устройствами и способами, которые образуют поток дымовых газов, содержащий аммиак, т.е. промывочный резервуар может быть использован в устройстве, которое не содержит абсорбирующий узел 130 и/или систему охлаждения 142.
Поток дымовых газов 190, содержащий уменьшенное количество аммиака, может быть выпущен в окружающую среду. Поток дымовых газов 190, содержащий уменьшенное количество аммиака, может быть выпущен непосредственно в окружающую среду из промывочного резервуара 180. Однако предполагается, что поток дымовых газов, содержащий уменьшенное количество аммиака, может быть дополнительно обработан перед выпуском в окружающую среду, например, он может быть промыт в кислом растворе, чтобы дополнительно уменьшить содержание загрязняющих веществ. Кроме того, хотя это не показано на Фиг.1, предполагается, что количество аммиака, присутствующего в потоке дымовых газов 190, содержащем уменьшенное количество аммиака, может быть измерено после того как поток дымовых газов, содержащий уменьшенное количество аммиака, выпущен из промывочного резервуара 180.
В одном из вариантов осуществления промывочный резервуар 180 сконфигурирован таким образом, чтобы принимать поток дымовых газов 170, содержащий аммиак. Как показано на Фиг.3, промывочный резервуар 180 может иметь отверстие 182 в нижней части промывочного резервуара, которое предоставляет возможность потоку дымовых газов 170, содержащему аммиак, втекать в промывочный резервуар. Несмотря на то, что отверстие 182 показано в нижней части промывочного резервуара 180, предполагается, что отверстие может быть в любом месте промывочного резервуара и может варьироваться от устройства к устройству, в зависимости от вида применения.
Промывочный резервуар 180 может иметь одну или несколько ступеней абсорбции, показанных в общем виде как 181, чтобы абсорбировать аммиак из потока дымовых газов 170, содержащего аммиак. В одном из вариантов осуществления, как показано на Фиг.3, промывочный резервуар 180 включает две ступени абсорбции, первую ступень абсорбции 181a и вторую ступень абсорбции 181b. Промывочный резервуар 180 не ограничен в этом отношении, поскольку предполагается, что промывочный резервуар может иметь больше или меньше ступеней абсорбции. Каждая из ступеней абсорбции 181, например, первая и вторая ступени абсорбции 181a и 181b, могут включать узел 184 для массопередачи, узел с распылительной головкой 186 и канал 188 для подачи жидкости.
Узел 184 для массопередачи может включать насадку, такую как, например, неупорядоченная насадка, гидрофильная насадка и/или структурированная насадка. Неупорядоченная насадка в целом известна в данной области техники и относится к насадочному материалу, введенному в ступень абсорбции неупорядоченным образом. Примеры неупорядоченной насадки включают, однако не ограничиваются ими, пластиковый, металлический и/или керамический насадочный материал, поставляемый на рынок в различных размерах, например, материал, имеющий различные диаметры, например, диаметры в интервале между приблизительно 2,5 см. и приблизительно 7,6 см (приблизительно от 1 дюйма до приблизительно 3 дюймов). Неупорядоченный насадочный материал доступен от многих поставщиков, включая, однако не ограничиваясь ими, Jaeger Products Inc. (Хьюстон, Техас, США). Неупорядоченный насадочный материал может также включать древесину. Гидрофильная насадка включает, однако не ограничивается ими, полипропиленовые мешки.
Структурированная насадка в целом известна в данной области техники и относится к насадочному материалу, который расположен или упорядочен особым образом. Обычно структурированная насадка расположена таким образом, чтобы принуждать текучие среды к протеканию по усложненному пути, посредством чего создается большая площадь поверхности для соприкосновения между жидкостью и газом. Структурированная насадка включает, однако не ограничивается ими, структуры, изготовленные из металла, пластика, древесины и т.п. Предполагается, что разные насадочные материалы способствуют удалению аммиака или уменьшению его содержания при различных расходах жидкости, подаваемой в промывочный резервуар 180. Кроме того, предполагается, что разные насадочные материалы могут обеспечивать более подходящие перепады давления.
В одном из вариантов осуществления одна из ступеней абсорбции 181 промывочного резервуара 180 включает неупорядоченный насадочный материал в качестве узла 184 для массопередачи, а другая из ступеней абсорбции 181 промывочного резервуара 180 включает структурированную насадку в качестве узла для массопередачи. Например, первая ступень абсорбции 181a может включать неупорядоченный насадочный материал в качестве узла 184 для массопередачи, а вторая ступень абсорбции 181b может включать структурированную насадку в качестве узла для массопередачи. Предполагается, что поток дымовых газов 170, содержащий аммиак, вводится в промывочный резервуар и проходит через вторую ступень абсорбции 181b перед прохождением через первую ступень абсорбции 181a.
Как показано на Фиг.3, в каждой из ступеней абсорбции 181 узел 184 для массопередачи расположен под узлом 186 с распылительной головкой. Каждый из узлов 186 с распылительной головкой в промывочном резервуаре 180 распыляет жидкость 187 внутрь соответствующей ступени абсорбции 181. Жидкость 187 перемещается в узел 186 с распылительной головкой посредством канала 188 для подачи жидкости. Канал 188 для подачи жидкости представляет собой трубопровод, который перемещает жидкость 187 в узел 186 с распылительной головкой. Жидкость 187 может быть любой жидкостью, подходящей для содействия удалению аммиака из потока дымовых газов 170, содержащего аммиак. Примером жидкости 187 является вода, которая, как известно, абсорбирует, т.е. растворяет, аммиак посредством взаимодействия аммиака и воды.
2
В одном из конкретных вариантов осуществления жидкость 187, вводимая в первую ступень абсорбции 181a, является жидкостью 187a, например, водой, предоставляемой отгоночной колонной 194. Жидкость 187, предоставляемая во вторую ступень абсорбции 181b, представляет собой жидкость 187b, которая является водой, содержащей аммиак и CO в низкой концентрации, рециркулируемой из нижней части промывочного резервуара 180 и проходящей через теплообменник 189.
Жидкость 187 вводится в верхней части каждой ступени абсорбции 181, например, жидкость 181a предоставляется в верхнюю часть первой ступени абсорбции 181a, а жидкость 187b предоставляется в верхнюю часть второй ступени абсорбции 181b промывочного резервуара 180. Жидкость 187 перемещается в направлении C вниз на протяжении длины L промывочного резервуара 180, которое является противоточным по отношению к направлению D, в котором поток дымовых газов 170, содержащий аммиак, перемещается вверх на протяжении длины L промывочного резервуара 180. Как это понятно, жидкость 187 перемещается в направлении C под действием силы тяжести, в то время как поток дымовых газов 170, содержащий аммиак, перемещается в направлении D под действием нескольких факторов, включая перепады давления внутри промывочного резервуара 180.
Когда жидкость 187 перемещается в направлении C, она проходит через узлы 184 для массопередачи в каждой из ступеней абсорбции 181. Подобным образом, когда поток дымовых газов 170, содержащий аммиак, перемещается в направлении D, он проходит через узлы 184 для массопередачи в каждой из ступеней абсорбции 181.
Когда жидкость 187 перемещается в направлении C вниз на протяжении длины L промывочного резервуара 180, концентрация аммиака в жидкости возрастает, и посредством этого образуется жидкость 192, обогащенная аммиаком. Напротив, когда поток дымовых газов 170, содержащий аммиак, перемещается в направлении D вверх на протяжении некоторой длины, например, длины L, промывочного резервуара 180, концентрация аммиака в потоке дымовых газов, содержащем аммиак, снижается, и посредством этого образует поток дымовых газов 190, содержащий уменьшенное количество аммиака.
Например, жидкость 187a вводится в верхней части промывочного резервуара 180 через узел 186 с распылительной головкой над первой ступенью абсорбции 181a и перемещается в направлении C вниз на протяжении длины L промывочного резервуара. Концентрация аммиака, присутствующего в жидкости 187a, которая выпускается из первой ступени абсорбции 181a, выше, чем концентрация аммиака в жидкости 187a, поступающей в первую ступень абсорбции 181a, поскольку жидкость соприкасалась с потоком дымовых газов 170, содержащим аммиак, который перемещается в направлении D вверх на протяжении длины L промывочного резервуара, и абсорбировала из него аммиак. В этом варианте осуществления более высокая процентная доля аммиака в потоке дымовых газов 170, содержащем аммиак, абсорбируется жидкостью 187a, которая протекает из первой ступени абсорбции 181a во вторую ступень абсорбции 181b, а также жидкостью 187b, которая предоставляется во вторую ступень абсорбции, поскольку поток дымовых газов, содержащий аммиак, который вводится в промывочный резервуар 180 в его нижней части, является необработанным и поэтому имеет наибольшую концентрацию аммиака.
Следует принимать во внимание, что количество аммиака, удаленного из потока дымовых газов 170, содержащего аммиак, варьируется от устройства к устройству и от одного вида применения к другому. Предполагается, что устройство сконструировано таким образом, чтобы концентрация аммиака в потоке дымовых газов 170, содержащем аммиак, являлась низкой и была близка к равновесной концентрации аммиака в газе относительно давления пара аммиака в жидкости. Равновесная концентрация аммиака в потоке дымовых газов 170 может быть такой низкой как ниже 10 ч/млн и обычно находится в интервале между приблизительно 0 ч/млн и приблизительно 200 ч/млн. В одном из вариантов осуществления поток дымовых газов 190, содержащий уменьшенное количество аммиака, содержит по меньшей мере приблизительно на 70% меньше аммиака по сравнению с уровнем содержания аммиака в потоке дымовых газов 170, содержащем аммиак. В другом варианте осуществления поток дымовых газов 190, содержащий уменьшенное количество аммиака, содержит по меньшей мере приблизительно на 75% меньше аммиака по сравнению с уровнем содержания аммиака в потоке дымовых газов 170, содержащем аммиак. В еще одном варианте осуществления поток дымовых газов 190, содержащий уменьшенное количество аммиака, содержит по меньшей мере приблизительно на 80% меньше аммиака по сравнению с уровнем содержания аммиака в потоке дымовых газов 170, содержащем аммиак. В другом варианте осуществления поток дымовых газов 190, содержащий уменьшенное количество аммиака, содержит по меньшей мере приблизительно на 85% меньше аммиака по сравнению с уровнем содержания аммиака в потоке дымовых газов 170, содержащем аммиак. Предполагается, что уровень содержания аммиака в потоке дымовых газов 190, содержащем уменьшенное количество аммиака, может составлять приблизительно на 90%, 95%, 99% или 99,5% меньше, чем уровень содержания аммиака в потоке дымовых газов 170, содержащем аммиак.
3
Расход жидкости 187, подходящий для снижения количества аммиака в дымовых газах, варьируется от устройства к устройству. В одном из вариантов осуществления расход подходит для уменьшения количества аммиака в дымовых газах до количества, близкого к равновесной концентрации, и обычно до уровня ниже 200 ч/млн в потоке дымовых газов. В другом варианте осуществления расход подходит для уменьшения количества аммиака в дымовых газах от приблизительно 2000 ч/млн до величины между приблизительно 70-100 ч/млн. В другом варианте осуществления расход жидкости 187 находится между приблизительно 1,8 л/мин или приблизительно 0,5 галлона в минуту и приблизительно 7,5 л/мин или приблизительно 2 галлона в минуту на 1000 куб. футов/мин (28,3 м/мин) дымовых газов.
При повторном обращении к Фиг.3, жидкость 187 подается в нижнюю часть промывочного резервуара 180 и удаляется из него в качестве жидкости 192, обогащенной аммиаком. Как показано на Фиг.3, в одном из вариантов осуществления часть жидкости 192, обогащенной аммиаком повторно возвращается в промывочный резервуар 180 в качестве жидкости 187, и часть жидкости, обогащенной аммиаком, подается в отгоночную колонну 194 (показана на Фиг.1). Например, часть жидкости 192, обогащенной аммиаком, охлаждается в теплообменнике 189 и возвращается во вторую ступень абсорбции 181b в качестве жидкости 187b. Хотя это не проиллюстрировано, предполагается, что часть жидкости 192, обогащенной аммиаком, может быть рециркулирована из нижней части промывочного резервуара 180 в первую ступень абсорбции 181a в качестве жидкости 187a. Кроме того, хотя это не показано, предполагается, что все количество жидкости 192, обогащенной аммиаком, может быть подано в отгоночную колонну 194 и затем возвращено в промывочный резервуар 180 в качестве жидкости 187a.
2
При повторном обращении к Фиг.3, часть жидкости 192, обогащенной аммиаком, которая подана в отгоночную колонну 194, регенерируется, чтобы образовать жидкость 187a, которая вводится посредством узла 186 с распылительной головкой в первую ступень абсорбции 181a. В отгоночной колонне 194 аммиак, а также другие загрязняющие вещества, такие как CO, удаляются из жидкости 192, обогащенной аммиаком, чтобы образовать жидкость 187a, которая может быть водой или водой, содержащей, например, следовые количества аммиака. При введении таким образом, на жидкость 187a, которая вводится в первую ступень абсорбции 181a, делается ссылка как на «однократно проходящую жидкость», поскольку она является «чистой жидкостью», которая не была извлечена из нижней части промывочного резервуара 180.
В одном из вариантов осуществления отгоночная колонна 194 использует пар для удаления аммиака, а также других загрязняющих веществ, из жидкости 192, обогащенной аммиаком, чтобы образовать жидкость 187, которая будет вводиться в промывочный резервуар 180. Однако предполагается, что отгоночная колонна 194 может использовать другие технологии или методы для того, чтобы удалить аммиак и другие загрязняющие вещества из жидкости 192, обогащенной аммиаком. В одном из вариантов осуществления отгоночная колонна 194 может функционировать в условиях вакуума, чтобы уменьшить температуру пара, используемого в отгоночной колонне.
Хотя это не показано на Фиг.1, предполагается, что аммиак, удаленный из жидкости 192, обогащенной аммиаком, может быть использован повторно в устройстве 100. Например, аммиак может быть введен в абсорбирующий узел 130 в качестве аммонизированного раствора или суспензии 150. Однако предполагается, что аммиак может быть использован в других местах внутри и вне устройства 100.
Количество аммиака, выпущенного в окружающую среду, снижается или по существу устраняется посредством пропускания потока дымовых газов, содержащего аммиак, через промывочный резервуар 180. Количество жидкости 187, вводимой в различные ступени абсорбции 181, например, жидкости 187a, вводимой в первую ступень абсорбции 181a, и жидкости 187b, вводимой во вторую ступень абсорбции 181b, может регулироваться непрерывным образом или в течение заданных периодов времени до некоторых пределов оператором, в зависимости, например, от количества или расхода дымовых газов, вводимых в промывочный резервуар, уровня содержания загрязняющих веществ, измеренного при выпуске из устройства 100, и т.п. Возможность регулирования количества воды, используемой в устройстве, может содействовать сбережению ресурсов и уменьшать эксплуатационные расходы.
Представленные ниже примеры иллюстрируют один или несколько вариантов осуществления, описанных в данном документе. Данные примеры не предназначены для ограничения предмета изобретения, раскрытого в данном документе, а лишь иллюстрируют один или несколько вариантов осуществления.
ПРИМЕРЫ
Пример 1
Четыре испытания (прогоны 95, 98, 99 и 100) проводили в устройстве, имеющем промывочный резервуар, который включает 1-дюймовую (2,54 см) неупорядоченную насадку Jaeger (которая коммерчески доступна от Jaeger Products Inc., Хьюстон, Техас, США) в первой ступени абсорбции 181a, как показано на Фиг.3. Сводка результатов представлена в Таблицах 1-4.
2
Концентрация аммиака во входном потоке дымовых газов, содержащем аммиак, при поступлении в промывочный резервуар находилась в интервале между 1500-6000 ч./млн при постоянном расходе газа. Тесты проводились с потоком дымовых газов, содержащим аммиак, как описано выше, и концентрацией CO в интервале 0-2,3 об.%.
Жидкостью, вводимой в промывочный резервуар, являлась вода, имеющая температуру в интервале 1-5°C, и расход воды составлял от 2 до 6,5 л/мин.
Таблица 1Испытание № 95ПРОМЫВКА ВОДОЙ
CO<sub>2</sub>
[NH<sub>3</sub>] в газе на входе<sup>#</sup>
[NH<sub>3</sub>] в газе на выходе<sup>#</sup>
Расход жидкости
Расход газа
Температура воды
ΔР при промывке водой
Время прогона
об.%
ч./млн по объему
ч./млн по объему
л/мин
фактических куб. футов/мин
(°C)
дюймов вод. столба (1 дюйм вод. столба=249 Па)
мин
0
6800
1200-1300
6,5
731
1,7
~9
-25
1,9
5500
650
6,5
730
~9
30
1,9
5000
450
6,5
730-740
1,5-2
~9
39
0
3100
850
~3
740
1,4
9,2
62
5,82
2000
80
~3
211
1,3
4,1
80
~1,9
2000
160
~3
725
1-2
~9
85
2000
200
~3
725
1-2
~9
88
~1,9
2000
110
6,5
707
1-2
~9
98
#Трубка Dragger
Таблица 2Испытание № 98ПРОМЫВКА ВОДОЙ
CO<sub>2</sub>
[NH<sub>3</sub>] в газе на входе<sup>#</sup>
[NH<sub>3</sub>] в газе на выходе<sup>#</sup>
Расход жидкости
Расход газа
Темпера-тура воды
ΔР при промывке водой
Время прогона
об. %
ч./млн по объему
ч./млн по объему
л/мин
фактических куб. футов/мин
(°C)
дюймов вод. столба (1 дюйм вод. столба=249 Па)
мин
2,4
4000
1596*
5,5
730-740
4-5
9-10
27
2,4
4000
1229*
5,5
730-740
4-5
9-10
29
2,4
3500
976*, 600
5,5
730-740
4-5
9-10
35
2,4
3500
752*, 450
5,5
730-740
4-5
9-10
42
2,4
3000
644*, 350
5,5
730-740
4-5
9-10
52
2,4
2900
353*, 325
5,5
730-740
4-5
9-10
62
2,4
2900
260
5,5
730-740
4-5
9-10
75
#Трубка Dragger*FTIR
Таблица 3Испытание № 99ПРОМЫВКА ВОДОЙ
CO<sub>2</sub>
[NH<sub>3</sub>] в газе на входе<sup>#</sup>
[NH<sub>3</sub>] в газе на выходе<sup>#</sup>
Расход жидкости
Расход газа
Темпе-ратура воды
Изменение давления (ΔР) при промывке водой
Время прогона
об. %
ч/млн по объему
ч/млн по объему
л/мин
фактических куб. футов/мин
(°C)
дюймов вод. столба (1 дюйм вод. столба=249 Па)
мин
2,4
2200
766*, 400
3,7
730-735
2-3
9-10
10
2,4
2200
400*,400
4,0
730-735
2
9-10
18
2,4
2000
355*, 300
4,0
730-735
2
9-10
27
2,4
1950
400*, 350
1,8
730-735
1
9-10
45
2,4
1900
423*, 400
1,8
730-735
1
9-10
50
2,4
1850
440*, 400
1,8
730-735
1
9-10
59
2,4
1800
450*, 400
1,8
730-735
1
9-10
69
2,4
1750
235*, 210
3,7
730-735
2-3
9-10
81
2,4
1650
220*, 220
3,7
730-735
2-3
9-10
89
2,4
1600
100*
6,6
730-735
3
9-10
98
2,4
1500
76*, 80
6,6
730-735
3
9-10
107
#Трубка Dragger*FTIR
Таблица 4Испытание № 100ПРОМЫВКА ВОДОЙ
CO<sub>2</sub>
[NH<sub>3</sub>] в газе на входе<sup>#</sup>
[NH<sub>3</sub>] в газе на выходе<sup>#</sup>
Расход жидкости
Расход газа
Температура воды
ΔР при промывке водой
Время прогона
об. %
ч/млн по объему
ч/млн по объему
л/мин
фактических куб. футов/мин
(°C)
дюймов вод. столба (1 дюйм вод. столба=249 Па)
мин
2,4
1200
198*, 160
2
750
1-2
22
2,4
1200
128
4
750
1-2
7,5
34
2,4
1200
55
6,5
750
1-2
8
47
#Трубка Dragger*FTIR
В таблицах 1-4 содержание аммиака на входе и содержание аммиака на выходе относится к концентрации аммиака в потоке дымовых газов, содержащем аммиак, который вводится в промывочный резервуар, и в потоке дымовых газов, содержащем уменьшенное количество аммиака, который выпускается из промывочного резервуара. Изменение давления (ΔР) представляет собой перепад давления, измеренный на протяжении длины промывочного резервуара. Расход в фактических кубических футах в минуту («ACFM») представляет собой объемный расход потока дымовых газов при фактических давлении и температуре. «Температура воды» относится к воде, используемой в промывочном резервуаре, «расход жидкости» относится к расходу воды в промывочном резервуаре, и «расход газа» относится к расходу потока дымовых газов через промывочный резервуар.
Пример 2
Три испытания (101, 102 и 103) проводили для тестирования эксплуатационных качеств устройства с применением промывочного резервуара, имеющего 2-дюймовую (приблизительно 5,1 см) неупорядоченную насадку Jaeger (которая коммерчески доступна от Jaeger Products Inc., Хьюстон, Техас, США) в первой ступени абсорбции промывочного резервуара, подобной первой ступени абсорбции 181a в промывочном резервуаре 180, показанном на Фиг.3. Результаты представлены в Таблицах 5-7.
2
Во время этих прогонов, концентрация аммиака на входе варьировалась в интервале между 1300-4000 ч/млн при расходе газа 800-833 стандартных кубических футов в минуту (станд. куб. футов/мин (scfm)), соответствующем приблизительно 8 футам в секунду. Концентрация CO в воздухе составляла 0-2,3 об.%. Температура промывочной воды составляла 3-9°C, и расходы воды составляли 2, 4 и 6 л/мин.
Таблица 5Сводка данных от прогона № 101ПРОМЫВКА ВОДОЙ
CO<sub>2</sub>
[NH<sub>3</sub>] в газе на входе<sup>#</sup>
[NH<sub>3</sub>] в газе на выходе<sup>#</sup>
Расход жидкости
Расход газа
Температура воды
ΔР при промывке водой
Жидкость в нижней части
Воздух на входе/выходе
об. %
ч./млн по объему
ч./млн по объему
л/мин
факт. куб. футов/мин (станд. куб. футов/мин)
(°C)
дюймов вод. столба (1 дюйм вод. столба = 249 Па)
°C
°C
2,2
2800
700, 750*
2
692 (806)
3,5
>5
2,6
3,7/6,2
2,2
2800
225
4
714 (811)
4,9
>5
2,7
3,6/6,9
2,2
2800
98
6
714 (811)
3,0
>5
3,5
4,1/5,9
*Данные по FTIR#Данные по трубке Dragger
Таблица 6Сводка данных от прогона № 102ПРОМЫВКА ВОДОЙ
CO<sub>2</sub>
[NH<sub>3</sub>] в газе на входе<sup>#</sup>
[NH<sub>3</sub>] в газе на выходе<sup>#</sup>
Расход жидкости
Расход газа
Температура воды
ΔР при промывке водой
Жидкость в нижней части
Воздух на входе/выходе
об. %
ч./млн по объему
ч./млн по объему
л/мин
факт. куб. футов/мин (станд. куб. футов/мин)
(°C)
дюймов вод. столба (1 дюйм вод. столба =249Па)
°C
°C
2,2
2000
630*
2
719 (~800)
7,7
>5
9,2
9,5/11,5
2,2
2000
285*
4
718 (829)
7,8
>5
9,2
9,7/11
2,2
2000
98*
6
714 (823)
8,1
>5
9,2
9,8/11
2,2
1400
320*
2
711 (~820)
3,6
>5
5,8
6,3/8,4
2,2
1300
80*
4
711 (811)
3,5
>5
2,2
1300
68*
6
711 (~820)
3,5
>5
5,5
5,8/7,4
0
1350
400*
4
704 (802)
4,1
>5
5,1
5,5/7,0
*Данные по FTIR#Данные по трубке Dragger
Таблица 7Сводка данных от прогона № 103ПРОМЫВКА ВОДОЙ
CO<sub>2</sub>
[NH<sub>3</sub>] в газе на входе<sup>#</sup>
[NH<sub>3</sub>] в газе на выходе<sup>#</sup>
Расход жидкости
Расход газа
Температура воды
ΔР при промывке водой
Жидкость в нижней части
Воздух на входе/выходе
об.%
ч./млн по объему
ч./млн по объему
л/мин
факт. куб. футов/мин (станд. куб. футов/мин)
(°C)
дюймов вод. столба (1 дюйм вод. столба=249 Па)
°C
°C
2,3
4000
1458*
2
742 (833)
5,1
>5
7,7
9,5/10,6
2,3
4000
670*
4
743 (833)
5,3
>5
7,1
8,8/9,7
2,3
4000
355*
6
740 (~830)
4,9
>5
7,1
8,5/9,8
*Данные по FTIR#Данные по трубке Dragger
В таблицах 5-7 содержание аммиака на входе и содержание аммиака на выходе относится к концентрации аммиака в потоке дымовых газов, содержащем аммиак, который вводится в промывочный резервуар, и в потоке дымовых газов, содержащем уменьшенное количество аммиака, который выпускается из промывочного резервуара. Изменение давления (ΔР) представляет собой перепад давления, измеренный на протяжении длины промывочного резервуара. Расход в фактических кубических футах в минуту («ACFM») представляет собой объемный расход потока дымовых газов при фактических давлении и температуре. «Температура воды» относится к воде, используемой в промывочном резервуаре, «расход жидкости» относится к расходу воды в промывочном резервуаре, и «расход газа» относится к расходу потока дымовых газов через промывочный резервуар.
Пример 3
2
Три испытания (104, 105 и 106) проводили для определения эффективности древесной насадки в качестве узла для массопередачи в промывочном резервуаре для удаления аммиака из потока дымовых газов, содержащего аммиак, который содержал от 600 до 3500 ч/млн аммиака и 0-2,3 об.% CO. Температура воды составляла 2-7°C. Во время большинства этих тестов расход газа поддерживался в интервале от 730 до 750 станд. куб. футов/мин, и концентрация аммиака на выходе измерялась при разных расходах воды (2, 4, 6 л/мин). Сводка результатов представлена в Таблице 8.
Таблица 8Сводка данных от испытаний 104, 105 и 106ПРОМЫВКА ВОДОЙ
CO<sub>2</sub>
[NH<sub>3</sub>] в газе на входе<sup>#</sup>
[NH<sub>3</sub>] в газе на выходе<sup>#</sup>
Расход жидкости
Расход газа
Температура воды
ΔР приПромывкеводой
Жидкость в нижней части
Воздух на входе/выходе
об. %
ч./млн по объему
ч./млн по объему
л/мин
факт. куб. футов/мин (станд. куб. футов/мин)
(°C)
дюймов вод.столба(1 дюйм вод. столба=249 Па)
°C
°C
Прогон № 104
0
600
425*
2
700 (~730)
4,9
1,7
4,4
4,0/7,4
0
600
280*
4
700 (~730)
3,3
2,2
4,0
4,0/6,1
0
600
180*
6
699 (~730)
3,3
2,3
4,3
4,1/5,9
0
1500
1000*
2
699 (~730)
3,9
1,8
4,4
4,3/6,4
0
1500
650*
4
699 (~730)
3,4
-
4,1
3,9/5,8
0
1500
400*
6
699 (~730)
2,8
2,4
4,2
5,0/6,0
0
3500
1900*
2
699 (~730)
2,5-3,5
2,1
-
-
0
3500
1450
4
699 (~730)
2,5-3,5
2,3
-
-
0
3500
988
6
699 (~730)
2,5-3,5
2,4
-
-
2,3
3000
1250
2
720 (~754)
4,3
1,9
5,9
6,5/8,1
2,3
3000
520
4
720 (~754)
4,0-4,5
-
-
-
2,3
3000
480
6
720 (~754)
4,0-4,5
-
-
-
0
3000
1255
6
720 (~754)
4,0-4,5
-
-
-
2,3
3000
1067
2
720 (~754)
4,0-4,5
2,3
-
-
2,3
3000
609
4
720 (~754)
4,0-4,5
2,4
-
-
2,3
3000
440
6
720 (~754)
4,0-4,5
2,6
-
-
2,3
1400
500
2
720 (~754)
4,0-4,5
2,3
-
-
2,3
1400
317
4
720 (~754)
4,0-4,5
-
-
-
2,3
1400
160
6
720 (~754)
4,0-4,5
-
-
-
Прогон № 105
2,2
2000
850*
2
716 (745)
6,5
2,0
8
7/11,9
2,2
2000
850*
2
716 (745)
-
-
-
-
2,2
2000
723*
2
716 (745)
4,3
-
5,2
5,6/7,7
2,2
2100
840*
2
716 (745)
-
-
-
-
2,2
2000
723*
2
716 (745)
-
-
-
-
2,2
2000
715
2
716 (745)
-
-
-
-
2,2
2000
475
4
716 (745)
-
-
-
-
2,2
2000
280
6
716 (745)
-
-
-
-
2,2
2000
619
2
715 (745)
-
-
-
-
2,2
2000
564
2
606 (617)
-
-
-
-
2,2
2000
347
2
423 (427)
-
-
-
-
2,2
1700
655
2
702 (732)
-
-
-
-
Прогон № 106
2,2
500*
200*
2
716 (745)
3,5
2,3
5,6
5,9/9,1
2,2
500*
55*
6
716 (745)
3,7
2,7
5,6
6,2/7,1
*Данные по FTIR#Данные по трубке Dragger
В таблице 8 содержание аммиака на входе и содержание аммиака на выходе относится к концентрации аммиака в потоке дымовых газов, содержащем аммиак, который вводится в промывочный резервуар, и в потоке дымовых газов, содержащем уменьшенное количество аммиака, который выпускается из промывочного резервуара. Изменение давления (ΔР) представляет собой перепад давления, измеренный на протяжении длины промывочного резервуара. Расход в фактических кубических футах в минуту («ACFM») представляет собой объемный расход потока дымовых газов при фактических давлении и температуре. «Температура воды» относится к воде, используемой в промывочном резервуаре, «расход жидкости» относится к расходу воды в промывочном резервуаре, и «расход газа» относится к расходу потока дымовых газов через промывочный резервуар.
Термины «первый», «второй» и т.п. в данном документе не указывают на какой-либо порядок, количество или значимость, а используются для различения одного элемента от другого. Термины без указания конкретного соответствия (с неопределенным артиклями «a» и «an» в тексте на английском языке) в данном документе не означают ограничения количества, а означают лишь наличие по меньшей мере одного из указываемых элементов.
Несмотря на то, что данное изобретение было описано при ссылке на различные типичные варианты осуществления, специалистам в данной области техники будет понятно, что могут быть сделаны различные изменения, и их элементы могут быть заменены эквивалентами, без отклонения от сущности и объема данного изобретения. Кроме того, могут быть сделаны многочисленные модификации, чтобы адаптировать конкретную ситуацию или материал к идеям данного изобретения без отклонения от его сущности и объема. Поэтому подразумевается, что данное изобретение не ограничивается конкретным осуществлением, раскрытым в качестве лучшего варианта, предусмотренным для выполнения этого изобретения, и что данное изобретение будет включать все варианты осуществления, находящиеся в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.