СПОСОБ ОЧИСТКИ ГАЗА И УСТАНОВКА ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА
METHOD OF GAS CLEANING AND DEVICE TO THIS END

Изобретение касается способа и установки для очистки газа, изложенных в пунктах 1 и 8 формулы изобретения. Изобретение предназначено для очистки газов и газовой смеси. В частности, изобретение касается способа и установки для очистки так называемого синтез-газа или биогаза, который получается посредством термической или биологической обработки, в частности, из осадка сточных вод или из других биоматериалов или возобновляемых видов сырья посредством газификации, пиролиза или сбраживания. Газ является горючим и может подаваться на термическую переработку. Он может применяться, например, для работы газового двигателя для получения электрического тока или сжигаться для нужд отопления. Термическую переработку очищенного газа и, следовательно, его использование, например, для получения тепла и/или электрического тока следует отличать от термической обработки исходных материалов для получения газа, как, например, осадка сточных вод, других биоматериалов или возобновляемых видов сырья.
Газификация осадка сточных вод сама по себе известна. Патентная заявка EP 1112970 раскрывает способ и установку для газификации осадка сточных вод. Осадок сточных вод подается в газогенератор и там термически разлагается посредством нагревания при недостатке воздуха или кислорода. Возникает некий горючий газ или газовая смесь, точнее синтез-газ, который может использоваться для получения электрического тока или тепла.
Осадок сточных вод, предпочтительно, высушивается перед газификацией, причем в газифицируемом осадке сточных вод все еще может содержаться влага. Осадок сточных вод подается на газификацию предпочтительно в твердом состоянии, например, в виде гранулята, а не как осадок в прямом смысле. Несмотря на это для пояснения изобретения газифицируемый материал обозначается как осадок сточных вод.
Синтез-газ, полученный посредством газификации, в качестве вредных веществ содержит в том числе смолу, аммиак и сероводород. Для очистки от смолы синтез-газ в известной установке и по известному способу охлаждается до температуры, при которой смола конденсируется. Затем синтез-газ направляют через газифицируемый осадок сточных вод, действующий как фильтр и очищающий синтез-газ от смолы. Смола, отфильтрованная из синтез-газа, подается с осадком сточных вод в газогенератор и превращается в газ. В газогенераторе смолу сжигают, при этом выделяется тепло для термического разложения осадка сточных вод, и/или смола разлагается также в горючий газ, то есть синтез-газ.
После отфильтровывания смолы в синтез-газе в качестве вредных веществ остаются аммиак и сероводород. При термической переработке синтез-газа аммиак и сероводород вступали бы в химические реакции с образованием оксидов азота и серы, которые в отходящем газе как вещества, загрязняющие воздух, - нежелательны в благоприятнейшем случае, в общем случае - проблематичны с точки зрения законодательства, регулирующего выбросы, и в наименее благоприятном случае -недопустимы. Кроме того, диоксид серы вызывает значительные проблемы коррозии, так что термическая переработка синтез-газа в газовом двигателе или газовой турбине практически исключена.
Поэтому задачей изобретения является очистка синтез-газа от аммиака и/или сероводорода.
Согласно изобретению, эта задача решается посредством признаков пунктов 1 или 8 формулы изобретения. Согласно изобретению, аммиак и/или сероводород вымываются водой из газа или газовой смеси, в частности синтез-газа или биогаза, в мокром газоочистителе, который называется «промыватель». Вода для мокрой очистки газа извлекается из очищаемого газа посредством конденсации прямо или косвенно. В мокром газоочистителе газ вступает в контакт с водой, которая растворяет и благодаря этому удаляет из газа аммиак и/или сероводород, что называется «отмывание». После этого газ можно подавать на термическую переработку. Вода в мокром газоочистителе называется также «промывочная вода». Вода может быть жидкой или в газообразной фазе, газ может направляться через водяную баню, вода может быть в виде жидкости, капель или капельки в воздухе или в другом газе, или вода может быть газообразной в виде пара.
Изобретение предпочтительно предусматривает для отмывания аммиака и сероводорода один или даже несколько мокрых газоочистителей, через которые последовательно проходит газ, так что газ по очереди очищается сначала от аммиака и затем от сероводорода. Последовательность очистки может быть даже обратной. Изобретение также включает то, что при раздельных мокрых газоочистителях для аммиака и сероводорода, из газа в мокром газоочистителе для сероводорода также вымывается аммиак и наоборот.
Преимуществом изобретения является то, что газ, например синтез-газ, который был получен посредством газификации, в частности, осадка сточных вод, очищается от вредных веществ - аммиака и сероводорода, возможно также и от других вредных веществ, которые при отмывании газа поглощаются промывочной водой. Изобретение значительно снижает нагрузку на окружающую среду при термической переработке газа, таким образом, изобретение сокращает или предотвращает проблемы коррозии в подключенных далее аппаратах для термической переработки, например, в газовом двигателе или газовой турбине.
Следующим преимуществом изобретения является возможность осуществления, при которой практически все материалы, предназначенные для очистки газа, направляются в циркуляционный контур и, по меньшей мере, частично получаются при обработке газа и поэтому не должны подаваться извне.
В предпочтительном выполнении изобретения устройство имеет конденсатор, расположенный перед промывателем, в котором вымывается сероводород. Газ проходит через конденсатор и охлаждается до такой температуры, что вода, растворенная в газе, конденсируется. Газ имеет высокую влажность, для чего перед конденсатором его охлаждают посредством впрыскивания воды с целью конденсации смолы, содержащейся в газе, и/или при фильтрации его направляют через газифицируемый осадок сточных вод, из которого газ/синтез-газ поглощает влагу, при этом осадок сточных вод высыхает. Аммиак, содержащийся в газе, частично соединен или соединяется с водой, поэтому вода, конденсируемая из газа, имеет высокий показатель pH, например 12-13, и оказывает щелочное или основное действие. Вода, извлеченная из газа посредством конденсации, подается в качестве промывочной воды в мокрый газоочиститель, в котором сероводород отмывается из газа. Поскольку газ в мокром газоочистителе для сероводорода содержит еще и аммиак, то аммиак может частично растворяться в промывочной воде, то есть частично отмываться из газа. Благодаря этому повышается показатель pH промывочной воды в мокром газоочистителе для отмывания сероводорода. Растворение аммиака в промывочной воде зависит от величины pH. При высокой величине pH промывочной воды сероводород имеет хорошую растворимость в воде, и газ хорошо очищается от сероводорода.
Промывочная вода мокрого газоочистителя для отмывания сероводорода из газа предпочтительно направляется на циркуляцию (рециркулирует). Так как газ поглощает воду, если, например, его направляют для фильтрации через газифицируемый осадок сточных вод, то в газ постоянно поступает дополнительная вода, которая конденсируется и образуется промывочная вода. Поэтому, естественно, не нужно подавать промывочную воду извне, а избыточную воду удаляют через перепуск. Избыточная вода может подаваться в подводящую линию установки для очистки сточных вод, осадок из которой газифицируется для получения газа. Так как вода, поступающая для очистки на станцию очистки сточных вод, обычно имеет низкий показатель pH, то высокий показатель pH избыточной промывочной воды из мокрого газоочистителя не вредит, а желателен. К тому же аммиак, содержащийся в промывочной воде, расщепляется биологически.
Для того чтобы удалить из промывочной воды сероводород, вымытый из газа, изобретение предусматривает осаждение сероводорода из воды осаждающим средством. Осаждающее средство химически реагирует с сероводородом, оно связывает сероводород и осаждает его в основании мокрого газоочистителя. Осадок снимается время от времени или непрерывно или удаляется иным образом. Также допустимо осаждать и удалять сероводород из промывочной воды вне мокрого газоочистителя. В качестве осаждающего средства подходят соли двух- и трехвалентного железа, и, следовательно, хлориды и сульфаты железа (II) и железа (III), причем изобретение не ограничено одним этим осаждающим средством. Осаждающее средство является веществом, которое для соответствующей изобретению очистки синтез-газа подводится извне и должно снова удаляться.
Для отмывания аммиака из газа применяется предпочтительно вода с показателем pH 7 и менее и вода с нейтральным или кислотным действием в качестве промывочной воды. В качестве промывочной воды для отмывания аммиака из газа может применяться обычная техническая вода/водопроводная вода без специальных требований к качеству. Промывочная вода для отмывания аммиака из газа также предпочтительно направляется на циркуляцию (рециркулирует). Избыточная промывочная вода отводится, она выходит, например, через перепуск из мокрого газоочистителя для отмывания аммиака из газа. Аммиак очень хорошо растворим в воде в случае, если промывочная вода имеет не высокий показатель pH, значительно больший 7. Поэтому результаты очистки газа от аммиака являются хорошими. Избыточная промывочная вода из мокрого газоочистителя для отмывания аммиака из газа может, как и промывочная вода из мокрого газоочистителя для отмывания сероводорода из газа, подаваться в подводящую линию установки для очистки сточных вод.
Последовательность очистки газа не имеет значения, можно сначала отмывать аммиак, а затем сероводород, причем предпочтительно для отмывания сероводорода в качестве промывочной воды применять воду, извлеченную из газа посредством конденсации, из-за ее высокого показателя pH. Предпочтительно из газа сначала отмывается сероводород, а затем остаточный аммиак. Причина этого заключается в том, что часть аммиака, еще содержащегося в газе после конденсации, растворяется промывочной водой в мокром газоочистителе для отмывания сероводорода, то есть отмывается вместе с ним, если показатель pH промывочной воды не является слишком высоким. Это повышает показатель pH промывочной воды в мокром газоочистителе для отмывания сероводорода из газа с отмываемым аммиаком, вследствие чего повышается результат очистки и отмывки по сероводороду. В результате рециркуляции промывочной воды показатель pH повышается и улучшает результат очистки при отмывании сероводорода. Аммиак, еще оставшийся в газе после отмывания сероводорода, отмывается в подсоединенном далее мокром газоочистителе, проточная вода в котором имеет показатель pH 7 или менее.
Газ предпочтительно очищается от смолы, перед тем как он подается в конденсатор для извлечения промывочной воды и в мокрый газоочиститель для очистки от аммиака и сероводорода. Для этого газ, согласно изобретению, охлаждается водой до температуры, при которой конденсируется смола, содержащаяся в газе, и вода остается растворенной в газе. Для очистки газ пропускается через газифицируемый осадок сточных вод, служащий фильтром и фильтрующий смолу из газа. Благодаря очистке газа от смолы, подключенные следом узлы установки, а именно конденсатор и один мокрый газоочиститель или мокрые газоочистители, не загружаются смолой и не загрязняются.
Изобретение предназначено для очистки синтез-газа, который был получен посредством газификации осадка сточных вод. Кроме того, изобретение пригодно для очистки горючих газов/синтез-газов, которые были получены посредством газификации другого материала, газифицируемого в качестве осадка сточных вод, например, обычной биомассы. Способом согласно изобретению и установкой согласно изобретению возможно очищать от аммиака и/или сероводорода и другие газы, получаемые газификацией. Газы могут получаться, например, посредством термической или биологической обработки, например указанной газификацией, посредством пиролиза или брожения.
Далее изобретение поясняется подробнее с помощью примера выполнения, представленного на чертеже. В качестве примера была выбрана газификация осадка сточных вод и очистка получаемого таким образом горючего синтез-газа. Разумеется, изобретение не ограничено этим применением, а пригодно также для очистки других газов, которые, в частности, получаются посредством термической или биологической обработки. Обе фигуры показывают схему устройства установки согласно изобретению.
Фиг.1 показывает секцию получения газа с отводом смолы,
фиг.2 показывает секцию для очистки синтез-газа согласно изобретению.
Фигуры следует понимать как упрощенные, схематичные изображения.
Представленная на фигуре 1 установка 10, соответствующая изобретению, служит для получения горючего газа из осадка сточных вод. Горючий газ, полученный посредством газификации, называется далее «синтез-газ». Газифицируемый осадок сточных вод загружается в виде высушенного гранулята осадка сточных вод в питающий бункер 12 осадка сточных вод. Гранулят осадка сточных вод из питающего бункера 12 подается винтовым транспортером 14 в бак 16 осадка сточных вод. Другим винтовым транспортером 18 гранулят осадка сточных вод перемещается из бака 16 осадка сточных вод в газогенератор 20, где гранулят осадка сточных вод газифицируется. Газификация производится, например, способом, хорошо известным из газификации древесины. Газогенератор 20 построен как так называемый газогенератор с кипящим слоем, в котором гранулят осадка сточных вод подается в его нижнюю часть. Воздух, необходимый для газификации, подает воздуходувка 22, которая вдувает воздух в газогенератор 20 снизу, и вследствие чего создается кипящий слой. Гранулят осадка сточных вод разлагается термически при недостатке воздуха до горючего газа или газовой смеси - синтез-газа.
Термически неразлагаемые составляющие (зола) гранулята осадка сточных вод подают из газогенератора 20 вниз и подаются винтовым транспортером в зольный бункер 26.
Горючий синтез-газ выходит из газогенератора 20 и подается в циклонный пылеуловитель 28, в котором отделяются частички пыли. Отделенные частички пыли направляются также в зольный бункер 26. Из циклонного пылеуловителя 28 синтез-газ, полученный посредством термического разложения, направляется в охладитель (рекуператор) 30, в котором он охлаждается до температуры, например, 770°C. На выходе из газогенератора 20 газ имеет температуру, например, около 1100°C. Охлаждение горючего газа в рекуператоре 30 производится воздухом, а именно воздухом, который засасывается воздуходувкой 22 и подается в газогенератор 20 для термического разложения гранулята осадка сточных вод. Воздух, подаваемый в газогенератор 20, подогревается таким образом в рекуператоре 30. Воздух, засасываемый воздуходувкой 22, может направляться трехходовым краном 32 сначала через рекуператор 30 перед тем как он попадет в газогенератор 20, или воздух может подаваться непосредственно от воздуходувки 22 в газогенератор 20. С помощью трехходового крана 32 часть воздуха, засасываемого воздуходувкой 22, может подаваться в рекуператор 30, а остальная часть засасываемого воздуха может подаваться непосредственно в газогенератор 20. Благодаря этому можно регулировать соотношение воздуха, подаваемого через рекуператор 30 в газогенератор 20, и воздуха, подаваемого непосредственно в газогенератор 20, и таким образом регулировать охлаждающую способность рекуператора 30 и выходную температуру синтез-газа, полученного в газогенераторе 20, на выходе из рекуператора 30.
После рекуператора 30 синтез-газ, полученный посредством термического разложения, подается в бак 16 осадка сточных вод. Бак 16 осадка сточных вод имеет газоохладитель 34, который в представленном примере выполнен в виде вертикальной трубы. Газоохладитель 34 погружается в гранулят осадка сточных вод, содержащийся в баке 16 осадка сточных вод, так что синтез-газ, поданный в верхнюю часть газоохладителя 34, должен в принудительном порядке проходить через гранулят осадка сточных вод, перед тем как он попадет из бака 16 осадка сточных вод в газовыпуск 36.
Для охлаждения синтез-газа вода впрыскивается через одну или несколько водяных форсунок 38 в газоохладитель 34. Предпочтительно вода деминерализована. Впрыснутая вода охлаждает синтез-газ и растворяется в синтез-газе. В газоохладитель 34 впрыскивается столько воды, что синтез-газ на газовыпуске 36 из бака 16 осадка сточных вод имеет температуру, например, 120°С, и вода остается растворенной в синтез-газе. Посредством охлаждения синтез-газа в газоохладителе 34 смола, содержащаяся в полученном газе, конденсируется и отфильтровывается находящимся в баке 16 гранулятом осадка сточных вод, через который пропускается синтез-газ. Таким образом, бак 16 осадка сточных вод образует фильтр, а гранулят осадка сточных вод - фильтрующее средство, которым из синтез-газа фильтруется смола, содержащаяся в синтез-газе, полученном посредством термического разложения.
Отфильтрованная смола вместе с гранулятом осадка сточных вод подается в газогенератор 20. Смола сжигается в газогенераторе, и благодаря этому повышается коэффициент полезного действия газогенератора 20, и/или смола термически разлагается в горючий синтез-газ и выходит из газогенератора 20 с горючим газом, полученным посредством термического разложения гранулята осадка сточных вод. Соответствующая изобретению установка 10 для получения синтез-газа из осадка сточных вод, таким образом, имеет рециркуляцию смолы, т.е. она имеет то преимущество, что смола, получаемая при термическом разложении осадка сточных вод, не должна осаждаться и удаляться, и несмотря на это не загрязняет синтез-газа.
Для очистки синтез-газа соответствующая изобретению установка 10 имеет водный циркуляционный контур 40, представленный на фигуре 2. Вода, впрыснутая в газоохладитель 34, растворяется в синтез-газе и выходит, растворенная в синтез-газе, по газовыпуску 36 из бака 16 осадка сточных вод после того, как она была пропущена через гранулят осадка сточных вод, содержащийся в баке 16. Как уже упоминалось, синтез-газ на газовыпуске 36 из бака 16 осадка сточных вод имеет температуру, например, 120°C и, следовательно, температуру, при которой вода, впрыснутая в газоохладителе 34, остается растворенной в газе. При пропускании синтез-газа через гранулят осадка сточных вод, содержащийся в баке 16 осадка сточных вод, синтез-газ дополнительно поглощает воду, содержащуюся в грануляте осадка сточных вод в виде влаги. Синтез-газ, полученный при термическом разложении, при прохождении через гранулят осадка сточных вод, осушает гранулят, содержащийся в баке 16 осадка сточных вод.
После выхода из бака 16 осадка сточных вод синтез-газ направляется через фильтр 42 и затем через конденсатор 44 и через два промывателя 52, 54, в которых он очищается. После второго промывателя 54 синтез-газ подается на переработку (по линии 46). Синтез-газ может подаваться, например, в газовый двигатель (не показан), для производства электрического тока или в газовую горелку (не показана) для получения тепла.
Охлаждение конденсатора 44 производится воздухом, который подается воздуходувкой 48 в конденсатор 44. Вода, растворенная в синтез-газе, конденсируется в конденсаторе 44 и направляется в масляный отделитель 50. Итак, конденсатор 44 осаждает воду, растворенную в синтез-газе, выступая как водоотделитель 44.
Из масляного отделителя 50 вода, осажденная из синтез-газа, подается в первый из промывателей 52, она собирается в его основании или поддоне. Насос 56 подает воду из основания наверх, в верхнюю часть промывателя 52, где она разбрызгивается одной или несколькими форсунками 58. На участке контакта между верхней частью и основанием промывателя 52, вода входит в контакт с синтез-газом из конденсатора 44, который поступает в промыватель 52 у основания, контактирование синтез-газа с впрыснутой водой происходит при подъеме синтез-газа снизу вверх, и синтез-газ выходит из головной части промывателя 52.
Обычно вода, сконденсированная в конденсаторе 44 и выделенная из синтез-газа, содержит аммиак и обычно имеет высокий показатель pH и, следовательно, оказывает щелочное или основное действие. Вследствие высокого показателя pH, вода в промывателе 52 растворяет сероводород из синтез-газа, сероводород отмывается из синтез-газа или синтез-газ очищается от сероводорода. Если показатель pH воды, впрыснутой в промыватель 52, называемой также промывочной водой, не слишком высок, то в воде также растворяется аммиак из синтез-газа и повышает ее показатель pH, так что вода в первом промывателе 52 имеет показатель pH, например, 12-13. Благодаря высокому показателю pH промывочной воды в первом промывателе 52, сероводород хорошо растворим, и промыватель 52 имеет хороший результат очистки.
2
4
3
4
В основании промывателя 52 сероводород выпадает в осадок из воды, называемой также промывочной водой. Запасы осаждающего средства создаются в бункере 60, из которого оно при необходимости подается в основание промывателя 52. В качестве осаждающего средства могут применяться, например, хлорид железа (II) (FeCl), сульфат железа (II) (FeSO), хлорид железа (III) (FeCl) или хлоридсульфат железа (III) (FeClSO). Осаждающее средство является веществом, которое для очистки синтез-газа согласно изобретению должно подаваться извне и не должно вводиться в циркуляцию. Осаждающее средство время от времени или непрерывно отводится из основания промывателя 52 и, следовательно, удаляется.
Из головной части первого промывателя 52 синтез-газ подается второму промывателю 54 в его основание. Он опять проходит контактный отрезок от основания до головной части промывателя 54, т.е. снизу вверх, и выходит в головной части из промывателя 54. Вода, например техническая вода, подается во второй промыватель 54 в его основание через трубопровод 58. Вода, здесь также называемая «промывочная вода», во втором промывателе 54 имеет показатель pH 7 или меньше, то есть она оказывает нейтральное или кислотное действие. Насос 64 подает воду от основания второго промывателя 54 в его головную часть, где она впрыскивается одной или нескольким форсунками 66. Вследствие показателя pH 7 или меньше, вода во втором промывателе растворяет аммиак, который не был растворен и отмыт из синтез-газа в первом промывателе 52. Аммиак, еще остающийся в синтез-газе после первого промывателя 52 и подаваемый ко второму промывателю 54, может называться также как остаточный аммиак. Как указано, он отмывается из синтез-газа во втором промывателе 54, то есть синтез-газ очищается от аммиака. Очищенный синтез-газ выходит в головной части из второго промывателя 54 и подается на переработку (по линии 46).
Как описано выше, промывочная вода обоих промывателей 52, 54 направляется в циркуляционный контур (рециркулирует), она отсасывается из основания промывателя 52, 54 и впрыскивается снова в головную часть через форсунку/форсунки 58, 66 в промыватели 52, 54, откуда она снова течет вниз, в основание промывателя 52, 54. Благодаря рециркуляции промывочная вода в первом промывателе 52 дополнительно растворяет аммиак и повышает вследствие этого свой показатель pH, благодаря чему повышается результативность очистки по сероводороду.
Как уже описано, в газоохладителе 34 вода, впрыснутая через форсунки 38, растворяется в синтез-газе, который был получен в газогенераторе 20 посредством газификации гранулята осадка сточных вод. Из бака 16 осадка сточных вод синтез-газ с растворенной водой попадает в конденсатор 44, где растворенная вода конденсируется и отделяется. Как описано, из конденсатора 44 синтез-газ направляется в первый промыватель 52, а вода, отделенная от синтез-газа, попадает сначала в масляный отделитель 50, а из него - в основание первого промывателя 52.
Избыточная вода выходит через перепуски 72, 74 в основаниях промывателей 52, 54. Она может подаваться в подводящую линию установки для очистки сточных вод, осадок сточных вод которой, например, газифицируется установкой согласно изобретению, а синтез-газ очищается. Аммиак, растворенный в воде, биологически расщепляется в установке для очистки сточных вод. Так как вода, поступающая для очистки на станцию очистки сточных вод, обычно имеет показатель pH, меньший 7, то высокий показатель pH, более 7, не вредит воде из перепусков 72, 74 промывателей 52, 54. И расход воды становится меньше.
Так как синтез-газ для очистки от смолы пропускается через гранулят осадка сточных вод в баке 16 осадка сточных вод и там поглощает влагу, то к воде в водном циркуляционном контуре 40 добавляется вода, которая, в конце концов, выходит через перепуски 72, 74 промывателей 52, 54. Если воды недостаточно, то она может пополняться через трубопровод 62, ведущий к основанию второго промывателя 54.