УСТРОЙСТВО ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ
DEVICE FOR WASTE GAS PURIFICATION

Изобретение относится к области очистки отходящих газов (выхлопных, дымовых), в том числе содержащих органические компоненты типа фенола, формальдегида, дурно пахнущие вещества и т.п., и может найти применение в металлургической, химической, пищевой, нефтеперерабатывающей промышленности, а также при нанесении и сушке лакокрасочных материалов, литейном производстве, при переработке продукции сельского хозяйства.
Известно устройство очистки отходящих газов, включающее компрессор, подающий отходящие газы в полый орошаемый из расходной емкости скруббер предварительной очистки, соединенный с емкостью сбора орошающей жидкости, очищенные газы из которого поступают в теплообменник и сборник конденсанта, из которого конденсат поступает в емкость сбора орошающей жидкости, а очищенные газы - в поглотительный абсорбер основной очистки, и из него через орошаемый абсорбер тонкой очистки - в атмосферу, причем орошаемая жидкость из емкости ее сбора эрлифтом подается обратно в расходную емкость. При этом поглотительный абсорбер снабжен емкостью сбора орошаемой жидкости, из которой эрлифтом подается в расходную емкость поглотительного абсорбера. Известное техническое решение предназначено для очистки газов от твердых частиц (скруббер предварительной очистки), не реагирующих с орошаемой жидкостью, а также от реакционноспособных частиц (поглотительный абсорбер) хемосорбционным методом и от абсорбента (адсорбер тонкой очистки).
(RU142256, B01D 53/14, опубл. 27.06.2014)
Недостатком известного устройства является повышенная трудоемкость осуществления очистки, в первую очередь, связанная с контролем реакционной способности орошаемой жидкости, а также ее низкой эффективностью очистки от паров органических веществ.
Известно устройство очистки отходящих газов от органических соединений, содержащее скруббер, двухкамерный сепаратор и биореактор, в котором скруббер в верхней части соединен с трубопроводом отвода очищенного газа, в средней части - с трубопроводом подвода регенерированного жидкого абсорбента через два штуцера, связанными с форсунками орошения, которые размещены над двумя массообменными решетками с шаровыми насадками, а в нижней части - непосредственно с входной камерой двухкамерного сепаратора, размещенной под скруббером и снабженной форсункой подачи в нее смеси отходящего газа и регенерированного жидкого абсорбента, которая соединена с трубопроводами подачи отходящего газа и регенерированного жидкого абсорбента, при этом выходная камера сепаратора соединена с трубопроводом отвода из скруббера очищенного газа и трубопроводом с вентилятором выброса очищенного газа в атмосферу, и обе камеры сепаратора в донной части соединены трубопроводами подачи жидкого абсорбента в секционированный биореактор, снабженный аэраторами для поддержания жизнедеятельности аэробных микроорганизмов и эрлифтом для удаления из биореактора шлама, состоящего в основном из твердых нерастворимых в воде частиц. После биореактора регенерированный жидкий абсорбент насосом подают в трубопровод подачи регенерированного жидкого абсорбента на форсунки скруббера и входной камеры двухкамерного сепаратора.
Кроме того, двухкамерный сепаратор разделен на входную и выходную камеры перегородкой, размещенной под углом к форсунке подачи смеси отходящего газа и регенерированного жидкого абсорбента. В известном устройстве очистки отходящих газов двухкамерный сепаратор выполняет функцию приемной емкости для сбора и отстоя жидкого абсорбента.
(ЕА 010270, B01D 53/18, B01D 53/44, B01D 53/96, опубл. 29.08.2008)
3
Недостатком известного устройства является его незначительная эффективность при очистке отходящих газов, при резком увеличении концентрации вредных веществ в отходящих газах, что происходит, например, при заливке литейных форм, изготовленных с применением холоднотвердеющих смесей с органическим связующим. При этом в биореактор на очистку поступает жидкий сорбент с концентрацией вредных веществ, превышающих оптимальную, что отрицательно сказывается на жизнедеятельности аэробных микроорганизмов, заселяющих биореактор. Кроме этого, при подаче в биореактор воздуха через аэраторы и эрлифт происходит десобрция растворенных в жидкости вредных газов. Воздух, содержащий вредные газы, из биореактора попадает в помещение, где установлен биореактор, и при недостаточной вентиляции помещения может произойти рост концентраций вредных веществ с превышением предельно допустимых концентраций (ПДК) в воздухе рабочей зоны. Например, для формальдегида ПДК составляет всего 0,5 мг/м (Гигиенические нормативы ГН 2.2.5.1313-03. Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны).
Задачей изобретения является повышение степени очистки отходящих газов и эффективности использования жидкого абсорбента.
Технический результат достигается тем, что устройство очистки отходящих газов, содержащее подводящий трубопровод, скруббер, приемную емкость, биореактор и трубопровод отвода очищенного газа, в котором скруббер в верхней части соединен с трубопроводом отвода очищенного газа, в средней части снабжен двумя массообменными решетками с шаровыми насадками и размещенными над ними форсунками орошения, а в нижней части соединен с приемной емкостью, связанной трубопроводом подачи жидкого абсорбента с биореактором, который соединен трубопроводом подвода жидкого абсорбента к форсункам орошения скруббера, отличающееся тем, что подводящий трубопровод к скрубберу дополнительно снабжен напорным вентилятором и форсункой подачи смеси отходящих газов и жидкого абсорбента, который подается в форсунку из приемной емкости через шламосборник эрлифтом, снабженным фильтром; трубопровод отвода очищенного газа дополнительно снабжен каплеуловителем и горизонтальным абсорбером, причем сливной патрубок каплеуловителя соединен трубопроводом с приемной емкостью, а сливной патрубок горизонтального абсорбера соединен с емкостью с чистой водой, которая соединена трубопроводами, снабженными поплавковыми клапанами, с биореактором и приемной емкостью; а трубопровод подачи жидкого абсорбента в биореактор дополнительно снабжен двухсекционным отстойником, который дополнительно соединен трубопроводом с насосом с нижними форсунками орошения скруббера.
Технический результат достигается также тем, что скруббер в нижней части снабжен экраном-отражателем, установленным под углом к потоку смеси отходящих газов и жидкого абсорбента; форсунка подачи смеси отходящих газов и жидкого абсорбента выполнена с возможностью изменения направления и скорости потока смеси; шламосборник выполнен в виде емкости с размещенным в ней входом эрлифта; газовое пространство шламосборника соединено воздуховодом с входом напорного вентилятора; горизонтальный абсорбер снабжен вертикально расположенными массообменными секциями, орошаемыми чистой водой с использованием форсунок, соединенных трубопроводом с емкостью с чистой водой; биореактор выполнен из последовательно соединенных секций, в каждой из которых размещены аэратор и рамки с волокнистой насадкой, заселенной микроорганизмами; газовое пространство биореактора соединено воздуховодом со входом напорного вентилятора.
Реализацию устройством по изобретению своего назначения можно проиллюстрировать примером с использованием фигуры 1, где:
1 - скруббер;
2 - подводящий трубопровод отходящих газов;
3 - приемная емкость;
4 - биореактор;
5 - трубопровод отвода очищенного газа;
6 - верхние форсунки орошения;
7 - нижние форсунки орошения;
8 - массообменные решетки с шаровой насадкой;
9 - трубопровод подачи жидкого абсорбента в биореактор;
10 - трубопровод подвода жидкого абсорбента к верхним форсункам орошения;
11 - напорный вентилятор;
12 - форсунка подачи смеси отходящих газов и жидкого абсорбента;
13 - шламосборник;
14 - эрлифт с фильтром;
15 - каплеуловитель;
16 - горизонтальный абсорбер;
17 - емкость с чистой водой;
18 - поплавковый клапан;
19 - двухсекционный отстойник;
20 - экран-отражатель;
21 - трубопровод подвода жидкого абсорбента к нижним форсункам орошения;
22 - воздуховод;
23 - магистраль сжатого воздуха.
Трубопровод 2, подводящий к скрубберу 1 смесь отходящих газов и жидкого абсорбента, снабжен напорным вентилятором 11 и форсункой 12 подачи газоводяной смеси отходящих газов и жидкого абсорбента, которая выполнена с возможностью изменения направления и скорости потока смеси, поступающей в скруббер 1. Жидкий абсорбент поступает в форсунку 12 подачи смеси из приемной емкости 3.
В верхней части скруббер 1 соединен с трубопроводом 5 отвода очищенного газа. В средней части скруббер 1 снабжен расположенными на разных уровнях двумя массообменными решетками 8, на которых размещены слои шаровой насадки. Массообменные решетки выполнены в виде провальных щелевых тарелок с долей свободного сечения 30-50%. Над массообменными решетками размещены верхняя 6 и нижняя 7 форсунки орошения.
В нижней части скруббер 1 соединен трубопроводом с приемной емкостью 3. Кроме того, скруббер 1 в нижней части снабжен экраном-отражателем 20, установленным под углом к потоку газоводяной смеси, поступающей в скруббер 1 из форсунки 12.
Приемная емкость 3 соединена трубопроводом с форсункой 12 через шламосборник 13 с использованием эрлифта 14, снабженного фильтром. Полость фильтра, в которую по подъемной трубе эрлифта поступает водо-воздушная смесь с твердыми включениями из шламосборника 13, соединена с воздуховодом 22 и подающим трубопроводом 2 перед входом в напорный вентилятор 11. Шламосборник 13 может быть выполнен в виде емкости с размещенным в ней входом эрлифта 14. Для функционирования эрлифт 14 подключен к магистрали сжатого воздуха 23. Кроме того, приемная емкость 3 соединена с биореактором 4 трубопроводом 9 подачи жидкого абсорбента, который дополнительно снабжен двухсекционным отстойником 19. При этом вторая секция двухсекционного отстойника 19 соединена трубопроводом 21 подвода жидкого абсорбента с нижними форсунками 7 орошения скруббера.
Биореактор 4 выполнен из последовательно соединенных между собой секций, в каждой из которых размещены аэратор и рамки с волокнистой насадкой, заселенной микроорганизмами. Для функционирования аэраторов биореактор 4 подключен к магистрали сжатого воздуха 23. Кроме того, газовое пространство биореактора соединено воздуховодом 22 с подающим трубопроводом 2 перед входом в напорный вентилятор 11, а объем биореактора, заполненного жидкой фазой соединен трубопроводом 10 подвода жидкого абсорбента с верхними форсунками 6 орошения скруббера.
Трубопровод 5 отвода очищенного газа, соединяющий скруббер 1 с атмосферой, включает в себя каплеуловитель 15 и горизонтальный абсорбер 16. При этом сливной патрубок каплеуловителя 15 соединен трубопроводом с приемной емкостью 3, а сливной патрубок горизонтального абсорбера 16 соединен с емкостью 17 с чистой водой. В свою очередь емкость 17 с чистой водой соединена трубопроводами, снабженными поплавковыми клапанами 18, с биореактором 4 и приемной емкостью, а также с форсунками орошения вертикально расположенных массообменных секций горизонтального абсорбера.
Отходящие газы, содержащие твердые органического и/или неорганического происхождения частицы в виде пыли или дыма, а также пары органических веществ типа фенол и формальдегид, по системе аспирационных газопроводов поступают в нижнюю часть скруббера 1 по подводящему трубопроводу 2. Трубопровод 2, подводящий к скрубберу 1 смесь отходящих газов и жидкого абсорбента снабжен напорным вентилятором 11 и форсункой 12 подачи, которая выполнена с возможностью изменения направления и скорости потока газо-водяной смеси из отходящих газов и жидкого абсорбента, поступающей в скруббер 1. Формирование газоводяной смеси обеспечивают подачей по трубопроводу в форсунку 12 жидкого абсорбента из приемной емкости 3 через шламосборник 13 и эрлифта 14. Дополнительное использование в трубопроводе шламосборника 13 и эрлифта 14, снабженного фильтром, обеспечивает простоту управления данным элементом устройством и повышает качество очистки отходящих газов от механических частиц неорганического происхождения.
п
п
Газоводяная смесь из форсунки 12 подачи, попадая в скруббер 1, соударяется с экраном-отражателем 20 и с каплями жидкости, стекающими в нижнюю часть скруббера 1 с массообменных решеток 8, поддерживающих слои шаровой насадки, обеспечивая дополнительное дробление капель жидкости в подтарельчатом объеме скруббера 1, что обеспечивает более эффективное улавливание частиц пыли и органических веществ и создает начальную стадию улавливания газов из поступающего в скруббер 1 газоводяного потока. Стекающая по экрану-отражателю 20 пленка жидкости смывает осевшую пыль в приемную емкость 3, что позволяет избежать образования отложений на вертикальной стенке скруббера 1 в области входа загрязненного газо-водяного потока. При этом в данной области скруббера достигается степень улавливания пыли η=0,5 для частиц с размером 10 мкм. Степень улавливания частиц пыли размером 50 мкм составляет η =0,6.
Жидкий абсорбент, загрязненный частицами пыли и органическими веществами, стекает по трубопроводу из скруббера 1 в приемную емкость 3. Затем загрязненный жидкий абсорбент по трубопроводу 9 поступает сначала в первую секцию двухсекционного отстойника 19, затем переливом в его вторую секцию и далее в биореактор 4. Шлам, образующийся в первой секции отстойника 19 и состоящий из очень мелких твердых частиц, которые не были удалены через шламосборник 13, периодически удаляют.
г
Из подтарельчатого пространства скруббера 1 газовый поток поступает на массообменные решетки 8, поддерживающие слои орошаемой шаровой насадки. При проходе газа через слой орошаемой шаровой насадки отдельные шары приходят в хаотическое движение и возникает интенсивный контакт между газовой и жидкой фазами, в результате которого из газовой фазы удаляются растворимые в жидкости загрязняющие вещества. Оптимальная скорость газового потока, отнесенная к полному сечению скруббера 1 составляет w=2-4 м/с.
Для орошения шаровой насадки на нижней массообменной решетке 8 (в зоне прохождения наиболее загрязненного газового потока) используют отстоянный жидкий абсорбент из второй секции двухсекционного отстойника 19, который насосом по трубопроводу 21 подвода жидкого абсорбента подают на нижние форсунки 7 орошения скруббера 1. Таким образом, приемная емкость 3, двухсекционный отстойник 19, нижняя форсунки орошения 7 и нижняя массообменная решетка образуют первый контур циркуляции жидкого абсорбента. Расход жидкости в данном контуре определяется только условиями оптимального орошения шаровой насадки на нижней тарелке 8, что обеспечивает максимальную степень извлечения вредных веществ из газового потока и стабильный гидравлический режим работы всего скруббера 1.
3
3
Оптимальный коэффициент удельного орошения, равный отношению расхода жидкости на орошение к расходу газового потока через слой орошаемой насадки составляет 0,5-0,7 м/м. Орошение насадки производится форсунками с низконапорными соплами.
Для очистки загрязненного жидкого абсорбента из второй секции двухсекционного отстойника 19 используют секционированный биореактор 4, выполненный из последовательно соединенных секций, в каждой из которых размещены аэратор и рамка с волокнистой насадкой. Волокнистая насадка заселена специально выведенными нетоксичными и непатогенными аэробными микроорганизмами, например, рода Rhodococcus, которые перерабатывают органические вещества, содержавшиеся в отходящих газах, с выделением углекислого газа. При этом в результате жизнедеятельности аэробных микроорганизмов могут выделяться газообразные вещества с неприятным запахом. Кроме этого, при подаче в биореактор через аэратор воздуха, необходимого для жизнедеятельности аэробных микроорганизмов, из жидкого абсорбента происходит десорбция растворенных в абсорбенте загрязняющих веществ. Поэтому газовое пространство биореактора 4 соединено воздуховодом 22 со входом напорного вентилятора 11 для утилизации газов, выделяющихся в биореакторе 4, что дополнительно повышает эффективность очистки устройства по изобретению.
биор.
фенол.
ж
биор.
Для волокнистой насадки при скорости движения жидкости в секциях биореактора w=3…5 м/ч и начальной концентрации фенола в жидкости с=50 мг/л, степень извлечения фенола в биореакторе составляет η=0,98 при времени пребывания жидкости в биореакторе τ=8 часов.
Очищенный в биореакторе 4 жидкий абсорбент насосом подают по трубопроводу 10 к верхним форсункам 6 орошения. Таким образом, приемная емкость 3, двухсекционный отстойник 19, биореактор 4, верхняя форсунки орошения 6 и массообменные решетки 8 образуют второй контур циркуляции жидкого абсорбента. В данном контуре расход сорбента определяется только оптимальными условиями работы биореактора.
Эффективная работа скруббера с подвижной шаровой насадкой обеспечивается при скорости газового потока в сечении скруббера порядка 3-5 м/с.При таких скоростях газового потока происходит значительный вынос из зоны контакта мелких капель жидкости, в отдельных случаях капельный унос составляет 3,2% от подаваемого на орошение количества жидкого абсорбента. Поэтому устройство по изобретению дополнительно включает каплеуловитель 15 и горизонтальный абсорбер 16, последовательно соединенные с трубопроводом 5 отвода очищенного газа.
В каплеуловителе 15 жидкость оседает на поверхности вертикальной насадки и в виде тонкой пленки спускается вниз. При этом происходит интенсивное взаимодействие воздушного потока с жидкостной пленкой, что повышает эффективность работы устройства по изобретению. Уловленная каплеуловителем 15 жидкость через сливной патрубок самотеком по трубопроводу возвращают в приемную емкость 3.
После каплеуловителя 15 газовый поток в виде воздуха поступает на доочистку чистой водой питьевого качества в горизонтальном абсорбере 16 с орошаемой регулярной насадкой, чтобы соответствовать требованиям санитарных нормативных документов по очистке воздуха от пыли и вредных веществ. После очистки в горизонтальном абсорбере 16, воздух можно не удалять на улицу, если качество воздуха соответствует требованиям санитарных норм к воздуху производственных помещений. Скорость воздуха в поперечном сечении горизонтального абсорбера 16 принимается не более 2,35 м/с, что гарантирует минимальный унос жидкости и не требует установки дополнительного каплеуловителя.
Орошение насадки в горизонтальном абсорбере 16 производят форсунками с низконапорными соплами, аналогичными тем, которые установлены в скруббере 1. Для подачи воды к форсункам применяют трубопровод с насосом, который подает чистую воду из емкости 17. После контакта с воздухом вода из сливного патрубка горизонтального абсорбера 16 по трубопроводу самотеком поступает обратно в емкость 17 с чистой водой.
Подпитка емкости 17 чистой воды производят по верхнему уровню через поплавковый клапан 18. Поддержание необходимого уровня жидкости в приемной емкости 3 и биореакторе 4 также производят при помощи поплавковых клапанов 18.
Таким образом, устройство по изобретению включает следующие ступени улавливания пыли и газов:
первая ступень - шламосборник, эрлифт с фильтром и входная форсунка;
вторая ступень - нижняя массообменная решетка с шаровой насадкой; третья ступень - форсуночные оросители нижней массообменной решетки;
четвертая ступень - верхняя массообменная решетка с шаровой насадкой;
пятая ступень - форсуночные оросители верхней массообменной решетки;
шестая ступень - каплеуловитель с регулярной насадкой;
седьмая ступень - горизонтальный абсорбер с регулярной насадкой.
Оценка эффективности работы устройства по изобретению показала, что степень улавливания пыли составляет 0,998, а степень улавливания хорошо растворимых газов (например, формальдегида) составляет 0,963, что выше соответствующих показателей известного устройства очистки.
Таким образом, устройство по изобретению обеспечивает достижение поставленного технического результата: повышение степени очистки отходящих газов и эффективности использования жидкого абсорбента.