Способ и устройство для отвода легколетучих продуктов деградации из имеющегося в технологическом процессе отделения двуокиси углерода co2 контура с абсорбирующим веществом

Способ и устройство для отвода легколетучих продуктов деградации из имеющегося в технологическом процессе отделения двуокиси углерода co2 контура с абсорбирующим веществом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

В электростанциях для производства электроэнергии, работающих на органическом топливе, при сжигании горючих полезных ископаемых образуется отработавший газ, содержащий двуокись углерода. Для предотвращения или снижения выброса в атмосферу двуокиси углерода необходимо выделить из отработавших газов двуокись углерода. Для выделения двуокиси углерода из газовой смеси известны, в целом, различные методы. В особенности, для выделения двуокиси углерода из отработавшего газа после процесса горения обычно используется метод абсорбции - десорбции. При этом в промышленном масштабе двуокись углерода вымывается из отработавшего газа с помощью абсорбирующего вещества (процесс отделения двуокиси углерода CO₂). При этом такой технологический процесс захвата двуокиси углерода CO₂ содержит, главным образом, абсорбционный аппарат, в котором двуокись углерода CO₂ вымывается из отработавшего газа с помощью абсорбирующего раствора, и десорбционный аппарат, в котором двуокись углерода CO₂ вновь удаляется из абсорбирующего раствора.

Обычные абсорбирующие растворы, как, например, метанламин (МЕА), аминокислотные соли или поташ, обладают хорошей избирательной способностью и высокой поглощающей способностью к двуокиси углерода CO₂.

Посредством содержащихся в отработавшем газе микроэлементов, например таких, как сернокислые оксиды SO_x и окислы азота NO_x, а также, в особенности, посредством кислорода, все абсорбирующие растворы имеют склонность к деградации. При этом образуются различные продукты распада (продукты деградаций), которые легко испаряются, особенно при применении абсорбирующих веществ; таких как алканоламины или циклические амины, и которые могут покидать абсорбционный аппарат вместе с очищенным отработавшим газом. Необходимо, по возможности, сократить выброс вредных веществ в атмосферу.

На первом этапе для снижения выбросов вредных веществ в атмосферу применяются соли, например соли аминокислот.

Водные абсорбирующие растворы с солями аминокислот имеют то преимущество, что они сами не имеют давления насыщенных паров, поэтому их выход из абсорбционного аппарата можно предотвратить. Продуктами распада абсорбирующих растворов с солями аминокислот в результате деградации являются, большей частью, также компоненты на основе солей, которые, кроме того, также не имеют значительного давления насыщенных паров. Однако малая часть продуктов распада также состоит из легколетучих компонентов, таких как, например, аммоний.

Продукты распада и деградации концентрируются со временем в контуре с абсорбирующим веществом. Особенно при высоких температурах они склонны, в результате равновесия, переходить в газовую фазу. В результате большого количества отработавших газов и увеличения их концентрации со временем, происходит принудительный выброс этих компонентов в атмосферу. Ранее предпринимались попытки снизить этот выброс вредных веществ в атмосферу с помощью промывочной установки, установленной после абсорбционного аппарата в его верхней части. Для этого необходима абсорбционная колонна с большими размерами, а также большие инвестиционные расходы, что требует увеличения потока сточных вод, или потока абсорбирующего вещества.

Задача изобретения заключается, таким образом, в том, чтобы предложить простой способ, посредством которого можно в значительной мере удалить продукты распада и деградации, при, возможно, малом расходе электроэнергии из контура с абсорбирующим веществом для отделения двуокиси углерода CO₂, при этом не ухудшая свойства абсорбирующего раствора или не повреждая его. Кроме того, задача изобретения заключается в том, чтобы предложить устройство для осуществления предложенного в изобретении способа.

Направленная на способ задача изобретения решается посредством признаков пункта 1 формулы изобретения.

Для отвода легколетучих продуктов деградации из имеющегося в технологическом процессе отделения двуокиси углерода CO₂ контура с абсорбирующим веществом, причем контур с абсорбирующим веществом содержит технологический процесс абсорбции и технологический процесс десорбции, конденсат отбирается во время технологического процесса конденсации, который выполняется после технологического процесса десорбции, и затем очищается от продуктов деградации и снова подается обратно в контур с абсорбирующим веществом.

Изобретение исходит из знания того факта, что концентрация продуктов распада и деградации в газовой фазе десорбционного аппарата является максимальной, поскольку высокие температуры способствуют деградации, и равновесие сдвигается в сторону газовой фазы. Продукты распада снова сжижаются в конденсаторе, установленном после десорбционного аппарата, и, таким образом, попадают в конденсат в растворенном виде.

Теперь поток конденсата составляет небольшую часть всего контура с абсорбирующим веществом. Поскольку теперь должна быть очищена эта небольшая часть всего контура с абсорбирующим веществом, очищающее устройство может иметь значительно меньшие размеры, чем очищающее устройство, которое должно принимать весь контур с абсорбирующим веществом. Очистка также выполняется значительно более эффективно, поскольку продукты деградации в большей степени концентрируются в конденсате. Поток конденсата также становится значительно меньше, а его концентрация в продуктах деградации выше, чем газообразный поток газов, отходящих их верхней части абсорбционного аппарата. Поэтому очистку потока конденсата также предпочтительно выполнять в промывочной установке, установленной после абсорбционного аппарата. Кроме того, применяется стандартный конденсатор, который не должен устанавливаться отдельно. Конденсатор устанавливается после десорбционного аппарата.

При этом особенно предпочтительно очистку конденсата выполнять путем дистилляции. Дистилляция может выполняться, в частности, как способ очистки, поскольку в результате получается конденсат высокой очистки. Кроме того, тепловая энергия, необходимая для дистилляции, может без проблем передаваться от технологического процесса отделения двуокиси углерода CO₂. В этом случае также предпочтительно, чтобы очищался только конденсат, как часть потока, а не все абсорбирующее вещество контура с абсорбирующим веществом.

В альтернативном варианте выполнения, который, однако, также может выполняться параллельно, до и после дистилляционной очистки, очистка конденсата от продуктов деградации выполняется с помощью промывочной установки с активированным углем. Такие установки с активированным углем являются менее дорогостоящими и не требуют дополнительной электроэнергии. Посредством фильтра с применением активированного угля также достигается высокая очистка конденсата.

В другом альтернативном варианте выполнения способа абсорбирующим веществом, направляемым в контур с абсорбирующим веществом, является водный раствор амина, аминокислоты или поташ. При этом предпочтительно абсорбирующее вещество является водным раствором первичной или вторичной соли аминокислоты. Соли аминокислоты имеют малозаметное давление насыщенных паров, в результате чего во время технологического процесса абсорбции в атмосферу почти не выбрасываются соли аминокислоты. Продуктами деградации солей аминокислоты являются также соли, которые не имеют заметного давления насыщенных паров.

В результате, посредством применения соли аминокислоты в соединении с предложенной в изобретении очисткой продуктов деградации происходит технологический процесс отделения двуокиси углерода CO₂, посредством которого незначительное количество моющих субстанций или их продукты распада могут выбрасываться в атмосферу. Посредством непрерывной очистки и отделения продуктов деградации из абсорбирующего вещества продукты деградации больше не могут или могут только в малом количестве осаждаться на дне колонны. Это позволяет эксплуатировать устройство для отделения двуокиси углерода CO₂ в течение продолжительного времени без технического обслуживания или замены абсорбирующего вещества.

Направленная на устройство задача изобретения решается посредством признаков пункта 5 формулы изобретения, согласно которым для отвода легколетучих продуктов деградации из абсорбирующего вещества устройства для отделения двуокиси углерода CO₂, которое содержит абсорбционный аппарат и десорбционный аппарат, установленные в контуре с абсорбирующим веществом, конденсат направляется по имеющемуся в очищающем устройстве трубопроводу для отвода конденсата в установленный после десорбционного аппарата конденсатор, и конденсат, очищенный в очищающем устройстве от продуктов деградации, снова направляется по обратному трубопроводу для конденсата в контур с абсорбирующим веществом.

В предпочтительном варианте выполнения устройства очищающим устройством является дистилляционная установка, посредством которой продукты деградации могут отделяться из конденсата путем дистилляции. В другой альтернативной или дополнительной форме выполнения очищающее устройство содержит фильтр с применением активированного угля, посредством которого продукты деградации удаляются из конденсата.

Далее изобретение поясняется более подробно на примерах выполнения со ссылкой начертежи. На них показано:

фиг.1 - блок-схема технологического процесса с применением способа очистки абсорбирующего вещества, загрязненного продуктами деградации,

фиг.2 - устройство для отделения двуокиси углерода CO₂ с обычным очищающим устройством,

фиг.3 - устройство для отделения двуокиси углерода CO₂ с очищающим устройством в потоке конденсата.

На фиг.1 показана блок-схема технологического процесса с применением способа очистки абсорбирующего вещества 9, загрязненного продуктами 7 деградации. Показаны технологические процессы абсорбции 3 и десорбции 4, объединенные в контур 1 с абсорбирующим веществом. Технологический процесс десорбции 4 покидает вторичный пар 18, который, главным образом, состоит из газообразной двуокиси углерода CO₂, газообразных продуктов деградации 7 и газообразного абсорбирующего вещества 9. Вторичный пар 18 направляется в технологический процесс конденсации 5, в котором вторичный пар 18 охлаждается, так что газообразное абсорбирующее вещество конденсируется, и образуется конденсат 6. В конденсате 6 также имеются продукты 7 деградации. Таким образом, посредством технологического процесса 5 конденсации газообразная двуокись углерода CO₂ и конденсированное абсорбирующее вещество 9 отделяются друг от друга. Технологический процесс 5 конденсации покидают газообразная двуокись углерода CO₂ и конденсат 6 с имеющими высокую концентрацию легколетучими продуктами 7 деградации.

Конденсат 6 направляется теперь в технологический процесс 19 очистки, в котором продукты 7 деградации отфильтровываются или отделяются. Фильтрация может выполняться с помощью фильтра с применением активированного угля. Дополнительно или альтернативно может выполняться отделение продуктов деградации также путем дистилляции. При этом электроэнергию для не показанного здесь более подробно технологического процесса дистилляции можно брать из технологического процесса производства электроэнергии. Из технологического процесса 19 очистки продукты 7 деградации отводятся и выводятся. Посредством отвода продуктов 7 деградации из конденсата 6 образуется очищенный конденсат 8, который снова направляется в технологический процесс 4 десорбции.

На фиг.2 показано устройство 10 для отделения двуокиси углерода CO₂ с помощью обычного очищающего устройства 15. При этом устройство 10 для отделения двуокиси углерода CO₂ содержит, главным образом, абсорбционный аппарат 11 и десорбционный аппарат 12, соединенные друг с другом через контур 1 с абсорбирующим веществом. Абсорбирующее вещество 9 направляется в контур 1 с абсорбирующим веществом. Абсорбционный аппарат 11 установлен в канал с отработавшим газом 20 электростанции, работающей на органическом топливе.

Для отвода легколетучих продуктов 7 деградации из потока с отработавшим газом, который покидает абсорбционный аппарат 11 из его верхней части, согласно известным схемам, очищающее устройство 15, с аэродинамической точки зрения, следует установить в канале с отработавшим газом 20 после абсорбционного аппарата 11. Посредством такого очищающего устройства 15 можно отвести большую часть продуктов 7 деградации из отработавшего газа. Однако такое дополнительно установленное очищающее устройство, в соответствии с потоком отработавшего газа, может занимать много места и потреблять достаточно много электроэнергии.

Альтернативное известное очищающее устройство 15 для отвода продуктов 7 деградации показано на фиг.2 в виде очищающего устройства 15, установленного после десорбционного аппарата 12. Это очищающее устройство 15 установлено в контуре с абсорбирующим веществом устройства для отделения двуокиси углерода CO₂. Это позволяет отфильтровывать продукты 7 деградации из абсорбирующего вещества 9 или предварительно очищать абсорбирующее вещество 9. Однако, поскольку постоянно должен очищаться весь поток абсорбирующего вещества, такое очищающее устройство 15 также, соответственно, имеет большие размеры и, следовательно, в процессе эксплуатации потребляет много электроэнергии.

На фиг.3 показано теперь устройство для отделения двуокиси углерода CO₂ с предложенным в изобретении очищающим устройством 15 в потоке конденсата. Показанное на фиг.3 устройство 10 для отделения двуокиси углерода CO₂ содержит, главным образом, так же как уже описанный к пояснению к фиг.2 контур 1 с абсорбирующим веществом, в котором установлен абсорбционный аппарат 11 и десорбционный аппарат 12. Однако дополнительно на фиг.3 показан также конденсатор 13, который установлен после десорбционного аппарата для подачи вторичного пара 18. Конденсатор 13 имеет газовый трубопровод для отвода газообразной двуокиси углерода CO₂ и трубопровод для отвода конденсата 14, по которому конденсат 6 может подаваться в очищающее устройство 15.

Очищающее устройство 15 может быть выполнено в виде фильтра с применением активированного угля или также в виде дистилляционной установки 17. Посредством очищающего устройства продукты 7 деградации отводятся из конденсата 6. Очищающее устройство 15 для отвода очищенного конденсата 6 также соединено с десорбционным аппаратом 12 через трубопровод 16 для отвода конденсата. При этом конденсат особенно хорошо пригоден для очистки, поскольку концентрация продуктов 7 деградации в конденсате особенно высока. И поскольку конденсат представляет собой только небольшую часть потока всего абсорбирующего вещества 9 в контуре с абсорбирующим веществом 1, очищающее устройство, соответственно, может иметь меньшие размеры, в результате чего можно сэкономить производственные расходы и затраты на электроэнергию.

Преимущество изобретения заключается, прежде всего, в том, что его можно одинаково успешно применять в небольших, а также в больших технологических установках, например в установках для процессов захвата газообразной двуокиси углерода CO₂. Изобретение также можно без проблем интегрировать в уже имеющиеся технологические установки. Посредством изобретения, в любом случае, можно значительно снизить объем продуктов деградации, которые выбрасываются в атмосферу вместе с отработавшим газом, а также концентрацию продуктов деградации в абсорбирующем веществе.

1. Способ отвода легколетучих продуктов деградации из имеющегося в технологическом процессе (2) отделения двуокиси углерода СО₂ контура (1) с абсорбирующим веществом, причем абсорбирующее вещество (9), которое направляют в контур с абсорбирующим веществом, является водным раствором вторичной соли аминокислоты и контур (1) с абсорбирующим веществом содержит технологический процесс абсорбции (3) и технологический процесс десорбции (4), в котором конденсат (6) отбирают во время технологического процесса (5) конденсации, который выполняют после технологического процесса (4) десорбции, и затем очищают от продуктов (7) деградации, в результате чего образуется очищенный конденсат (8), который снова подают обратно в контур (1) с абсорбирующим веществом.

2. Способ по п. 1, в котором очистку конденсата (6) от продуктов (7) деградации выполняют путем дистилляции.

3. Способ по п. 1, в котором очистку конденсата (6) от продуктов (7) деградации выполняют с помощью промывочной установки с активированным углем.