Способ очистки газовых выбросов от углекислого газа
METHOD FOR PURIFYING GAS EMISSIONS FROM CARBON DIOXIDE

Предлагаемое изобретение относится к способам и устройствам очистки газовых выбросов от газообразных загрязнений.
Уровень техники
Известны различные способы и устройства очистки газовых выбросов от газообразных загрязнений, в том числе от углекислого газа. Одним из вариантов является способ очистки газовых выбросов по принципу сорбции-десорбции углекислого газа в воде (Перевалов С.Д. Анализ способов очистки газов // Совершенствование методов гидравлических расчетов водопропускных и очистных сооружений. - 2020. - Т. 1. - №. 1. - С. 97-104).
В простейшем варианте такой способ включает абсорбер, работающий при повышенном давлении, и десорбер, в котором вследствие снижения давления из воды выделяется углекислый газ. Для рекуперации энергии может иногда использоваться турбина, позволяющая использовать часть энергии за счет снижения давления жидкости и последующего расширения абсорбированного газа.
Основные преимущества такой водной очистки по принципу абсорбции-десорбции: это простота способа и конструкции установки, отсутствие теплообменников и кипятильников; отсутствие расхода тепла; дешевизна растворителя; отсутствие паров дорогого или токсичного растворителя, переходящего в газовую фазу.
Основные недостатки процесса водной очистки по принципу абсорбции-десорбции: это невысокая степень очистки, большие потери газа при высоком давлении вследствие значительного повышения его растворимости; низкая поглотительная емкость воды по углекислому газу.
Известен способ (патент SU 166619. МКИ: B01D 53|14. Пр. 1963.03.02, опубл. 1964.11.19. авторы Карл Хози Дил и др. - прототип), суть которого состоит в следующем. Способ очистки газов от углекислого газа путем сорбции углекислого газа поглотителем с последующей десорбцией под пониженным давлением и при нагревании, причем в качестве поглотителя применяется сульфон.
Существенным недостатком известного способа является невысокая степень очистки газовых выбросов от углекислого газа, а также дороговизна поглотителя.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является разработка нового способа, обеспечивающего увеличение эффективности очистки газовых выбросов от углекислого газа и снижение затрат на поглотитель.
Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что предложен способ очистки газов от углекислого включающий абсорбцию углекислого газа поглотителем при повышенном давлении и при пониженной температуре с последующей десорбцией при пониженном давлении и при нагревании, отличающийся тем, что на стадии абсорбции в качестве поглотителя используется водный щелочной раствор с рН 7-9 и режим с повышенным давлением 0,3-2,9 МПа и пониженными температурами до 1-10°С, а на стадии десорбции используется кислый водный раствор с рН 1-5 и пределы давления составляют 0,01-0,1 МПа, а температуры 20-90°С, причем изменение рН водного раствора с щелочного до кислого значения происходит в течение 1-3 минут при воздействии магнитного поля напряженностью в пределах от 300 до 5000 эрстед и при этом градиент магнитного поля составляет от 10 до 200 эрстед/м.
Осуществление изобретения
Предлагаемый способ очистки газовых выбросов от углекислого газа включает  абсорбции углекислого газа поглотителем при повышенным давлением и при пониженной температуре с последующей десорбцией при пониженном давлении и при нагревании, причем на стадии абсорбции в качестве поглотителя используется водный щелочной раствор с рН 7-9 и режим с повышенным давлением 0,3-2,9 МПа и пониженными температурами до 1-10°С, а на стадии десорбции используется кислый водный раствор с рН 1-5 и пределы давления составляют 0,01-0,1 МПа, а температуры 20-90°С, причем изменение рН водного раствора с щелочного до кислого значения происходит в течение 1-3 минут при воздействии магнитного поля напряженностью в пределах от 300 до 5000 эрстед и при этом градиент магнитного поля составляет от 10 до 200 эрстед/м.
Реализация предлагаемого способа осуществляется путем пропускания газовых выбросов при повышенном давлении 0,3-2,9 МПа через слой водного щелочного раствора, имеющего рН 7-9 и температуру 1-10°С, а затем в течение 1-3 минут рН понижают до значений 1-5 в зоне действия магнитного поля с напряженностью поля 300-5000 эрстед с градиентом поля в пределах от 10 до 200 эрстед/м. Использование магнитного поля с указанными параметрами, как показали наши исследования, позволяет при изменении рН практически за доли минуты привести состояние водного раствора до равновесного, который может далее эффективно использоваться на стадиях абсорбции-десорбции.
При этом абсорбцию проводят в режиме с повышенным давлением 0,3-2,9 МПа и пониженными температурами до 1-10°С, а десорбцию углекислого газа из кислого водного раствора с рН 1-5 проводят при пониженном давлении в пределах 0,01-0,1 МПа и повышенной температуре 20-90°С. Выбранные параметры режимов абсорбции и десорбции были обоснованы при проведении экспериментальных исследований. При значениях параметров, выходящих за пределы заявленных интервалов степень очистки заметно падала и в этой связи необходимо было повторно проводить технологическую операцию очистки газовых выбросов, а, следовательно, повышать эксплуатационные затраты.
Эффективность предлагаемого способа подтверждается нижеприведенными примерами.
Пример 1
Предлагаемый способ осуществляли путем пропускания дымовых газовых выбросов при повышенном давлении 0,3 Мпа через слой водного щелочного раствора, имеющего рН 9 и температуру 10°С, а затем в течение 3 минут рН понижали до значения 5 в зоне действия магнитного поля с напряженностью поля 300 эрстед с градиентом поля 10 эрстед/м. При этом десорбцию углекислого газа проводили из кислого водного раствора с рН 1 при пониженном давлении в пределах 0,01 МПа и повышенной температуре 90°С.
В результате эффективность очистки газовых выбросов от углекислого газа составила 87%.
Пример 2
Предлагаемый способ осуществляли как и в примере 1, за исключением, того, что абсорбцию проводили при давлении 2,9 Мпа, а щелочной раствор имел рН 9 и температуру 10°С, а затем в течение 1 минуты рН понижали до значения 1 в зоне действия магнитного поля с напряженностью поля 5000 эрстед с градиентом поля 200 эрстед/м. При этом десорбцию углекислого газа проводили из кислого водного раствора с рН 5 при пониженном давлении в пределах 0,1 МПа и температуре 20°С.
В результате эффективность очистки газовых выбросов от углекислого газа составила 92,5%.
Пример 3
Предлагаемый способ осуществляли как и в примере 1, за исключением, того, что абсорбцию проводили при давлении 1,6 Мпа, а щелочной раствор имел рН 8 и температуру 6°С, а затем в течение 2 минут рН понижали до значения 3,5 в зоне действия магнитного поля с напряженностью поля 2350 эрстед с градиентом поля 145 эрстед/м. При этом десорбцию углекислого газа проводили из кислого водного раствора с рН 3,5 при пониженном давлении 0,06 МПа и температуре 55°С.
В результате эффективность очистки газовых выбросов от углекислого газа составила 97,9%.
По известному способу эффективность очистки дымовых газовых выбросов составила 72,3%.
Приведенные примеры указывают на эффективность предлагаемого способа очистки газовых выбросов от углекислого газа в заявленных режимах и пределах основных технологических параметров. Повышение эффективности очистки в среднем составляет 10-15%. Кроме того, использование водных растворов на стадиях сорбции-десорбции дешевле, чем использование специальных поглотителей, например, в виде сульфона.