Pobierz dokument

RZECZPOSPOLITA
POLSKA
(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO
(96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:
14.12.2006 06845627.6
Urząd Patentowy
Rzeczypospolitej
Polskiej
(54)
(19) PL
(11) PL/EP
(13)
(51)
1962992
T3
Int.Cl.
B01D 53/14 (2006.01)
(97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono:
04.04.2012 Europejski Biuletyn Patentowy 2012/14
EP 1962992 B1
Tytuł wynalazku:
Dwustopniowy skruber szybko chłodzący
(30)
(43)
Pierwszeństwo:
19.12.2005 US 752550 P
Zgłoszenie ogłoszono:
03.09.2008 w Europejskim Biuletynie Patentowym nr 2008/36
(45)
O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono:
28.09.2012 Wiadomości Urzędu Patentowego 2012/09
(73)
Uprawniony z patentu:
Fluor Technologies Corporation, Aliso Viejo, US
PL/EP 1962992 T3
(72)
Twórca(y) wynalazku:
SATISH REDDY, Irvine, US
JEFFREY SCHERFFIUS, Aliso Viejo, US
VALERIE FRANCUZ, Rancho Santa Margarita, US
(74)
Pełnomocnik:
rzecz. pat. Katarzyna Rudnicka
SULIMA-GRABOWSKA-SIERZPUTOWSKA
BIURO PATENTÓW I ZNAKÓW TOWAROWYCH SP.J.
skr. poczt. 6
00-956 Warszawa 10
Uwaga:
W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący
udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za
sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).
SGS-2575/VAL
EP 1 962 992 B1
Opis
Dziedzina wynalazku
[0001] Wynalazek należy do dziedziny obróbki gazu spalinowego, a zwłaszcza dotyczy
szybkiego chłodzenia gazu spalinowego i usuwania kwaśnego gazu.
Tło wynalazku
5
[0002] Szybkie chłodzenie gazu spalinowego i usuwanie kwaśnego gazu (zwłaszcza usuwanie SOx i NOx) z gazów spalinowych często prowadzi się w pojedynczym reaktorze/kontaktorze do szybkiego chłodzenia, w którym gorący gaz spalinowy kontaktuje się z
wodnym roztworem wodorotlenku sodu w celu obniżenia w ten sposób temperatury i zawartości kwaśnego gazu w gazie spalinowym. Taka obróbka gazu spalinowego jest kon-
10
cepcyjnie stosunkowo prosta i skuteczna w usuwaniu SOx NOx, przy czym jednakże pozostaje kilka problemów. Między innymi roztwór wodny zazwyczaj wymagają obróbki i/lub
innych etapów przetwarzania, zanim do roztwór środka kaustycznego i obciążony układu
ściekowego będzie można z tych roztworów odprowadzić wodę, bez ujemnego wpływu na
środowisko. Ponadto w poddanych obróbce gazach z takich urządzeń zwykle nie można
15
osiągnąć zawartości SO2 poniżej 50 µl/l (ppm).
[0003] Jako inne znane układy do obróbki gazu spalinowego można stosować podwójne
reaktory lub baterię reaktorów, w których prowadzi się odrębne reakcje, jak to opisano np.
w opisie patentowym US nr 4 400 362. W takim przypadku pierwszy reaktor działa jako
skruber, w którym zachodzi przemiana w kwas siarkawy, w wyniku której powstają rów-
20
nież reaktywne tlenki azotu (np. N2O3), które są następnie absorbowane w drugim etapie
przez sól lub wodorotlenek metalu alkalicznego lub amonu, z wykorzystaniem złożonej kinetyki reakcji pomiędzy SO2 i NOx w wodzie w obecności O2. Zazwyczaj rozpuszczalniki
otrzymywane w takich układach nie nadają się do odprowadzania do ścieków lub do ponownego użycia w instalacji, a poziom SOx w gazach odlotowych będzie zazwyczaj po-
25
wyżej 50-100 µl/l (ppm). Na podobne problemy napotyka się w opisie patentowym US nr
3 920 421, zgodnie z którym stosuje się wodę jako sorbent dla NOx i SOx.
[0004] W kolejnych znanych konfiguracjach, w opisie patentowym US nr 5 607 654, gazy
z pieca do spopielania w instalacji do obróbki odpadów medycznych najpierw kontaktuje
się z suchym reagentem, aby unieruchomić/związać kwaśne gazy na suchej substancji sta-
30
łej, którą następnie usuwa się w stacji filtrów workowych lub w urządzeniu do wytrącania
na drodze elektrostatycznej. Gaz poddany takiej obróbce następnie szybko chłodzi się w
2
rurze do szybkiego chłodzenia, a potem płucze się z użyciem kwaśnej cieczy w celu usunięcia toksycznych związków organicznych. Wodę z poddanego obróbce gazu z etapu
szybkiego chłodzenia kieruje się razem do skrubera, a nadmiar cieczy zawraca się do pieca
do spopielania. Chociaż takie konfiguracje eliminują, co najmniej w przypadku pewnych
5
konfiguracji, konieczność oczyszczania ścieków, to jednak mimo to konieczne są znaczące
ilości wody. Ponadto, w miarę jak woda do szybkiego chłodzenia jest kierowana do etapu
płukania, rozpuszczalnik płuczący jest rozcieńczany w sposób ciągły i musi być uzupełniany. Jeszcze gorsze jest to, że z uwagi na rozcieńczanie rozpuszczalnika płuczącego
zmniejsza się pojemność absorpcyjna w stosunku do SOx i innych zanieczyszczeń.
10
[0005] Alternatywnie, jak to opisano w opisie patentowym US nr 5 154 734, gaz odlotowy
kieruje się przez wieżę gaśniczą w celu nasycenia gazu odlotowego wodą. Tak obciążony
gaz odlotowy następnie wprowadza się do skrubera mokrego, w którym woda w gazie odlotowym jest skraplana, aby zwiększyć w ten sposób odzysk drobnych cząstek, kwaśnego
gazu i metali ciężkich. Dalsze usuwanie zanieczyszczeń opuszczających skruber w gazie
15
poddanym obróbce osiąga się stosując skruber kolizyjny/separator porywający. Chociaż
takie systemy mają co najmniej pewne zalety, jednakże pozostają różne wady. Między innymi ilość cyrkulującej wody(np. pomiędzy skruberem mokrym i sekcją szybkiego chłodzenia) jest stosunkowo duża. Ponadto nie można odprowadzić wody obciążonej składnikiem
zanieczyszczającym do układu ściekowego, ale trzeba ją zregenerować w odrębnej instalacji.
20
[0006] W jeszcze innej konfiguracji gaz spalinowy najpierw kontaktuje się z siarczynem
lub wodorosiarczynem w celu zmniejszenia w ten sposób stężenia SO3 i/lub siarkowodoru
w gazie spalinowym. Pozostający SO2 następnie usuwa się w skruberze mokrym (typowa
konfiguracja jest opisana w opisie patentowym US nr 6 126 910). Chociaż takie systemy
mają pewne zalety (np. zmniejszenie ilości składników w dalszej części procesu), inne
25
problemy pozostają. Przykładowo usuwanie SO3 ze strumienia poddanego obróbce wstępnej prowadzi się w jednostopniowym skruberze szybko chłodzącym.
[0007] W GB 2 208 163 ujawniono przystosowanie procesu do usuwania na mokro ditlenku siarki. Nieprzystosowaną wersję tego procesu stanowił proces wielostopniowej absorpcji znany z GB 2 050 325. Przystosowanie ujawnione w GB 2 208 163 dotyczyło zastoso-
30
wania w środowiskach z obfitym dostępem do wody morskiej lub słonej i obejmowało
wstępne przemywanie gazów spalinowych obficie dostępną wodą morską i/lub słoną przed
odsiarczaniem, zmniejszając tym samym niezbędną ilość wody procesowej oraz zmniejszając zawartość chlorków i fluorków w gazach spalinowych.
[0008] W związku z tym, chociaż liczne konfiguracje i sposoby obróbki gazu spalinowego
35
są znane w dziedzinie, wszystkie lub prawie wszystkie z nich wykazują jedną lub większą
3
liczbę wad. Z tego względu istnieje nadal zapotrzebowanie na ulepszone konfiguracje i
sposoby obróbki gazów spalinowych.
Streszczenie wynalazku
[0009] Niniejszy wynalazek dotyczy konfiguracji i sposobów obróbki gazu spalinowego
5
według zastrzeżeń 1 do 12, w których stężenie SOx zmniejsza się z zastosowaniem dwustopniowego układu, w którym w pierwszym stadium gaz spalinowy szybko chłodzi się, a
w drugim stadium schłodzony gaz spalinowy przemywa się. Stadia pierwsze i drugie są
skonfigurowane i prowadzone tak, że w etapie w stadium płukania zasadniczo nie następuje netto skraplanie wody. W związku z tym osiąga się usunięcie SOx w wysokim stopniu
10
przez utrzymanie dużego stężenia środka płuczącego, co jeszcze dogodniej zmniejsza stratę środka płuczącego i wody.
[0010] W jednym aspekcie przedmiotu wynalazku sposób obróbki gazu spalinowego
obejmuje etap doprowadzania gazu spalinowego w pierwszej temperaturze do sekcji szybkiego chłodzenia i szybkiego chłodzenia gazu spalinowego w sekcji szybkiego chłodzenia
15
do drugiej temperatury z użyciem wody jako czynnika szybko chłodzącego. W innym etapie szybko schłodzony gaz spalinowy doprowadza się do sekcji płukania i szybko schłodzony gaz spalinowy płucze się stosując środek kaustyczny w płynie płuczącym, w stężeniu skutecznym do ciągłego zmniejszania zawartości SOx w przepłukanym gazie spalinowym do wartości mniejszej niż lub równej 10 µl/l (ppm). Sekcje pierwsza i druga są skon-
20
figurowane i działają tak, aby zasadniczo uniknąć skraplania netto wody w sekcji płukania.
Ponadto w celu ograniczenia do minimum powierzchni zajmowanej przez układ, korzystnie sekcje pierwsza i druga znajdują się w pojedynczej wieży. Gdy jest to pożądane, czynnik szybko chłodzący można odprowadzać do kanału ściekowego składnika procesowego
instalacji z nieznaczną obróbką lub bez obróbki (ewentualnie po zobojętnieniu).
25
[0011] Szczególnie brane pod uwagę źródła gazów spalinowych obejmują piece węglowe,
piece opalane paliwem węglowodorowym i piece opalane gazem ziemnym. Z tego względu pierwsza temperatura może mieścić się pomiędzy około 400°C i około 200°C. Najczęściej sekcja szybkiego chłodzenia jest skonfigurowana i działa tak, że druga temperatura
mieści się pomiędzy około 90°C i około 20°C, oraz że mniej niż 10% całości SOx ulega
30
absorpcji w sekcji szybkiego chłodzenia. Czynnik szybko chłodzący jest cyrkulowany w
obwodzie szybkiego chłodzenia i chłodzony przez chłodnicę przed zawróceniem do sekcji
szybkiego chłodzenia. Korzystne środki kaustyczne obejmują wodorotlenki metali ziem
alkalicznych, wodorotlenki metali alkalicznych i/lub wodorotlenek amonu, a stężenie
środka kaustycznego jest utrzymywane powyżej wstępnie ustalonej granicy (np. odpowia-
35
dającej początkowemu dodawaniu środka kaustycznego w ilości co najmniej 8% wag., a
4
korzystniej co najmniej 10% wag.).
[0012] W związku z tym oraz patrząc z innej perspektywy sposób zmniejszania zawartości
SOx, a zwłaszcza SO2 w gazie spalinowym do stężenia poniżej 10 µl/l (ppm) będzie obejmować etap szybkiego chłodzenia gazu spalinowego czynnikiem szybko chłodzącym do
5
takiej temperatury i w takich warunkach, że stężony czynnik płuczący po tej operacji pozostaje zasadniczo nierozcieńczony pomimo skraplania wody z wcześniej szybko schłodzonego gazu spalinowego. Czynnik szybko chłodzący stanowi woda, a czynnik płuczący zawiera środek kaustyczny. Szybkie chłodzenie prowadzi się tak, że mniej niż 10% całości
SOx ulega absorpcji w sekcji szybkiego chłodzenia.
10
[0013] W innym aspekcie przedmiotu wynalazku układ do obróbki gazu spalinowego
obejmuje sekcję szybkiego chłodzenia, która jest skonfigurowana tak, aby przejmować gaz
spalinowy w pierwszej temperaturze, przy czym sekcja szybkiego chłodzenia jest ponadto
skonfigurowana tak, aby obniżyć temperaturę gazu spalinowego do drugie temperatury z
użyciem wody jako czynnika szybko chłodzącego. Taki układ obejmuje ponadto sekcję
15
płukania sprzężoną w sposób umożliwiający przepływ płynu z sekcją szybkiego chłodzenia oraz skonfigurowaną tak, aby przejmować szybko schłodzony gaz spalinowy w drugiej
temperaturze, przy czym sekcja płukania jest ponadto skonfigurowana tak, aby doprowadzić do kontaktu szybko schłodzonego gazu spalinowego z rozpuszczalnikiem kaustycznym. Sekcja szybkiego chłodzenia i sekcja płukania są skonfigurowane tak, aby umożliwić
20
takie działanie, że zasadniczo nie następuje wykraplanie wody z gazu spalinowego w sekcji szybkiego chłodzenia, a stężenie czynnika płuczącego jest skuteczne do uzyskania
przepłukanego gazu spalinowego o ciągłym stężeniu SO2 poniżej 10 µl/l (ppm).
[0014] Różne przedmioty, cechy, aspekty i zalety niniejszego wynalazku staną się bardziej
oczywiste na podstawie poniższego szczegółowego opisu korzystnych postaci wynalazku.
25
Krótki opis rysunku
[0015] Figura 1 przedstawia przykładową konfigurację dwustopniowego skrubera szybko
chłodzącego, będącego przedmiotem wynalazku.
Opis szczegółowy
[0016] Twórcy nieoczekiwanie stwierdzili, że gaz spalinowy można skutecznie poddawać
30
obróbce w celu usunięcia SOx i innych zanieczyszczeń do niskiego poziomu w sposób,
który oszczędza zarówno czynnik płuczący jak i wodę jako zasoby. W rozważanych układach stosuje się odrębne układy obiegu rozpuszczalnika, w których gaz spalinowy najpierw szybko chłodzi się czynnikiem szybko chłodzącym w pierwszym układzie, oraz w
których szybko schłodzony gaz spalinowy płucze się z użyciem zawierającego środek kau-
5
styczny wodnego rozpuszczalnika w drugim układzie. Najkorzystniej obydwa układy działają w konfiguracji jednej kolumny ze względu na koszty i ograniczenie do minimum powierzchni zajmowanej przez układ.
[0017] W korzystnym aspekcie przedmiotu wynalazku sposób obróbki gazu spalinowego
5
będzie zatem obejmować etap doprowadzania gazu spalinowego o pierwszej temperaturze
do sekcji szybkiego chłodzenia i szybkiego chłodzenia gazu spalinowego w sekcji szybkiego chłodzenia do drugiej temperatury z użyciem wody jako czynnika szybko chłodzącego. W innym etapie szybko schłodzony gaz spalinowy wprowadza się do sekcji płukania
i szybko schłodzony gaz spalinowy przepłukuje się z użyciem środka kaustycznego jako
10
płynu płuczącego w stężeniu skutecznym do zmniejszania w sposób ciągły zawartości SO2
w przepłukanym gazie spalinowym do wartości mniejszej niż lub równej 10 µl/l (ppm),
przy czym sekcje pierwsza i/lub druga są skonfigurowane i działają tak, aby zasadniczo
uniknąć skraplania netto wody w sekcji płukania.
[0018] W użytym tutaj znaczeniu określenie „ciągłe zmniejszanie zawartości SOx w prze-
15
płukanym gazie spalinowym do wartości mniejszej niż lub równej 10 µl/l (ppm)” dotyczy
sposobu, w którym zawartość SOx w przepłukanym gazie spalinowym nie będzie wzrastać
powyżej 10 µl/l (ppm) podczas regularnej pracy (czyli z wykluczeniem rozruchu i wyłączania). Również w użytym tutaj znaczeniu określenie „skraplanie netto wody w sekcji
płukania” dotyczy wzrostu zawartości wody w sekcji płukania, który to wzrost jest spowo-
20
dowany skraplaniem się wody w gazie, który ma być płukany, a określenie „zasadniczo
unika się” w połączeniu ze skraplaniem netto oznacza, że ilość wody dodawanej do sekcji
płukania w wyniku skraplania netto stanowi mniej niż 10%, częściej mniej niż 5%, a najczęściej mniej niż 3% objętości płynu płuczącego w ciągu 24 godzin. Ponadto w użytym
tutaj znaczeniu określenie „SOx” dotyczy SO2 i SO3, oraz wszelkich innych postaci będą-
25
cych w równowadze z SO2 i SO3. Podobnie określenie „NOx” dotyczy NO2 i NO3 oraz
wszelkich innych postaci będących w równowadze z NO2 i NO3.
[0019] Przykładowa konfiguracja jest schematycznie przedstawiona na Figurze 1, na której szybko chłodzący dwustopniowy skruber 100 ma sekcję 110 szybkiego chłodzenia i
sekcję 120 płukania. Gaz spalinowy 102, o temperaturze około 300°C dostarczany jest
30
przez piec opalany węglem (niepokazany) i wprowadzany do szybko chłodzącego skrubera
100. Sekcja 110 szybkiego chłodzenia wykorzystuje wodę jako czynnik szybko chłodzący,
która jest odprowadzana jako strumień 103 z dna szybko chłodzącego skrubera 100 do
pompy obiegowej 130. W razie potrzeby nadmiar wody jest odprowadzany z układu przez
zawór regulacyjny 140, który jest zazwyczaj sterowany przez czujnik 142 poziomu. Nale-
35
ży w szczególności zauważyć, że nadmiar wody jest zasadniczo pozbawiony SO2 (czyli
6
mniej niż 10%, a częściej mniej niż 5% całości SO2 w gazie spalinowym ulega absorpcji w
wodzie szybko chłodzącej), oraz że zaabsorbowany CO2 można łatwo usunąć w dekarbonizatorze (który może być ewentualnie usuwany w sekcji usuwania CO2). Ponadto uwodnione postacie SOx, a także inne składniki jonowe mogą być usuwane przez żywicę jono5
wymienną w dalszej części procesu. Tak więc nadmiar wody opuszczającej sekcję szybkiego chłodzenia nadaje się do ponownego użycia w instalacji albo może być bezpiecznie
odprowadzony do kanału ściekowego lub innego ujścia ścieków.
[0020] Pozostałą szybko chłodzącą wodę chłodzi się w chłodnicy 150 i zawraca na szczyt
sekcji 110 szybkiego chłodzenia pod kontrolą obwodu 162 regulacji przepływu przez za-
10
wór regulacyjny 160. Alternatywnie lub dodatkowo zawór regulacyjny 164 może być
otwarty w celu doprowadzenia wody do zbiornika regulacyjnego 170 środka kaustycznego,
zależnie od potrzeb. Tak szybko schłodzony gaz spalinowy przechodzi następnie przez
półkę kominową 104 do góry do sekcji 120 płukania. Czynnik płuczący (zazwyczaj roztwór wodny odpowiadający początkowemu dodawaniu środka kaustycznego w ilości co
15
najmniej 8-15% wag. NaOH) wprowadza się na szczyt szybko chłodzącego skrubera i, po
kontakcie z szybko schłodzonym gazem odprowadza się przy półce kominowej 104 do
zbiornika recyrkulacyjnego 170 za pomocą pompy 172. Środek aktywny czynnika płuczącego (w tym przypadku NaOH) dodaje się do zbiornika zależnie od potrzeb, aby utrzymać
żądane stężenie. Ewentualna chłodnica 180 chłodzi czynnik płuczący, z tym że chłodzenie
20
czynnika płuczącego zazwyczaj nie jest potrzebne. Co najmniej część czynnika płuczącego
można odprowadzić z układu przez zawór regulacyjny 194 i obwód 196 regulacji przepływu. Zawór 190 regulujący przepływ reguluje poprzez obwód 192 regulacji przepływu
schłodzonego czynnika płuczącego do sekcji 120 płukania, a szybko schłodzony i przepłukany gaz spalinowy 106 opuszcza dwustopniowy skruber szybko chłodzący.
25
[0021] W odniesieniu do odpowiednich źródeł gazu spalinowego bierze się pod uwagę, że
odpowiednie są wszystkie piece (palniki) wytwarzające gaz spalinowy, które co najmniej
okresowo dostarczają gaz spalinowy o zawartości kwaśnego gazu powyżej dopuszczalnej
granicy. Przykładowo, gdy kwaśnym gazem jest SOx (a zwłaszcza SO2), brane pod uwagę
zawartości wynoszą powyżej 1 µl/l (ppm), częściej powyżej 10 µl/l (ppm), a najczęściej
30
pomiędzy 10 i 200 µl/l (ppm). W związku z tym odpowiednie źródła gazu spalinowego
obejmują piece węglowe, piece opalane paliwem węglowodorowym i piece opalane gazem
ziemnym. W zależności od konkretnego typu źródła gazu spalinowego temperatury gazu
spalinowego mogą się znacząco różnić, a typowa temperatura będzie mieścić się pomiędzy
około 500°C i około 100°C, częściej pomiędzy około 400°C i około 150°C, a najczęściej
35
pomiędzy około 250°C i około 150°C. W użytym tutaj znaczeniu określenie „około” w po-
7
łączeniu z wartościami liczbowymi dotyczy zakresu wartości liczbowej zaczynającego się
od wartości 10% poniżej bezwzględnej wartości liczbowej do 10% powyżej bezwzględnej
wartości liczbowej włącznie. Podobnie, w zależności od typu źródła gazu spalinowego i
źródła paliwa, zawartość SOx (a częściej zawartość SO2) w gazie spalinowym, który
5
wprowadzany jest do sekcji szybkiego chłodzenia, wynosi pomiędzy około 10 µl/l (ppm) i
około 500 µl/l (ppm) (a w pewnych przypadkach nawet powyżej), podczas gdy zawartość
NOx wynosi zazwyczaj pomiędzy około 10 µl/l (ppm) i około 500 µl/l (ppm). Ponadto należy zdawać sobie sprawę, że gorący gaz spalinowy będzie wprowadzany do sekcji szybkiego chłodzenia pod stosunkowo małym ciśnieniem (zazwyczaj pomiędzy około 69 kPa
10
(10 funtów/cal2) poniżej i 207 kPa (30 funtów/cal2) powyżej ciśnienia atmosferycznego, a
jeszcze częściej pomiędzy około 134 kPa (5 funtów/cal2) poniżej i 69 kPa (10 funtów/cal2)
powyżej ciśnienia atmosferycznego).
[0022] Szybkie chłodzenie najkorzystniej prowadzi się bez udziału jakiegokolwiek środka
kaustycznego (np. NaOH, KOH itp.) i/lub innej substancji chemicznej zdolnej do znaczą-
15
cego pochłaniania SOx i NOx, a zazwyczaj korzystnie czynnik szybko chłodzący stanowi
woda lub zawiera głównie wodę (np. >95% obj.). Zatem czynnik szybko chłodzący będzie
zawierać tylko minimalne ilości rozpuszczonego lub uwodnionego SOx i NOx, podczas gdy
przeważająca ilość tych zanieczyszczeń przechodzi do góry w szybko schłodzonym gazie
do sekcji płukania przez półkę kominową. W najbardziej typowych warunkach sekcja
20
szybkiego chłodzenia będzie działać tak, że mniej niż 10%, częściej mniej niż 5%, a najczęściej mniej niż 3% całkowitego SOx ulega absorpcji w sekcji szybkiego chłodzenia
przez czynnik szybko chłodzący.
[0023] W odniesieniu do konfiguracji odpowiednich sekcji szybkiego chłodzenia należy
zauważyć, że istnieją liczne, znane w dziedzinie konfiguracje złóż szybko chłodzących i że
25
wszystkie takie konfiguracje uważa się za odpowiednie do stosowania w tym przypadku.
Tak więc złoża szybko chłodzące mogą obejmować urządzenia do przenoszenia masy i
ciepła, inne niż złoża upakowane (np. dysze rozpylające, półki lub urządzenia podobne do
półek). Zazwyczaj, chociaż nie jest to niezbędne, czynnik szybko chłodzący jest cyrkulowany w obwodzie szybkiego chłodzenia (zawracany) i chłodzony przez chłodnicę przed
30
ponownym wprowadzeniem do sekcji szybkiego chłodzenia.
[0024] Zazwyczaj szybkość cyrkulacji wody w strefie szybkiego chłodzenia wynosi około
1,4-13,6 l/s/m2 (2-20 g/min/stopę2) (w stosunku do pola powierzchni przekroju kolumny),
częściej 3,4-10,2 l/s/m2 (5-15 g/min/stopę2), a najczęściej około 6,8 l/s/m2 (10
g/min/stopę2) Niższe wartości są zazwyczaj korzystne (np. 2,0-3,4 l/s/m2 (3-5
35
g/min/stopę2)), jeśli gaz jest chłodniejszy, zawartość wody w gazie jest mniejsza, dopusz-
8
czalny wzrost temperatury krążącej wody zwiększa się i/lub średnica kolumny jest uwarunkowana innym, niezwiązanym czynnikiem (np. dostępnością kolumny lub łatwością
konstrukcji). Większe szybkości są mniej brane pod uwagę (choć nie są wykluczone), gdyż
średnica kolumny jest związana z podejściem do zalewania w tym obszarze kontaktora i
5
większe natężenie przepływu cieczy wymaga większej średnicy kolumny.
[0025] Najczęściej wprowadzany jest gaz spalinowy o temperaturze gazu wylotowego,
która wynosi zazwyczaj 100°C do 200°C, ale może wynosić nawet 350°C lub być wyższa
(patrz powyżej). Temperatura szybko schłodzonego gazu spalinowego będzie zazwyczaj i
między innymi zależeć od temperatury dostępnego czynnika szybko chłodzącego. Gdy
10
czynnik szybko chłodzący stanowi woda lub zawiera przede wszystkim wodę, korzystna
różnica temperatury pomiędzy czynnikiem chłodzącym i wylotowym gazem spalinowym
będzie w zakresie około 5-15°C, a najkorzystniej wynosi około 10°C. Z uwagi na to, że
najczęściej woda chłodząca ma temperaturę około 25-40°C, temperatura gazu spalinowego
opuszczającego sekcję szybkiego chłodzenia będzie wynosić około 35°-50°C. Ponadto
15
temperatura czynnika szybko chłodzącego jest również zależna od temperatury czynnika
chłodzącego. W szczególnie korzystnych aspektach stosuje się różnicę temperatury pomiędzy czynnikiem chłodzącym chłodnicy i czynnikiem szybko chłodzącym na wejściu do
chłodnicy wynosi 2-10°C, a korzystniej około 5°C. Zazwyczaj woda szybko chłodząca
wchodzi do strefy szybkiego chłodzenia w około 30-45°C i opuszcza strefę szybkiego
20
chłodzenia w około 45-65°C.
[0026] Gdy jest to pożądane, nadmiar wody można usunąć z obiegu szybko chłodzącego z
zastosowaniem linii odprowadzającej do kanału ściekowego lub innego ujścia ścieków, albo, korzystniej, ponownie użyć w instalacji. Przykładowo, część wody stosuje się do
skompensowania strat w sekcji płukania, aby uzyskać co najmniej część wody zasilającej
25
kocioł i/lub część wody chłodzącej. Gdy jest to pożądane lub niezbędne, wodę odprowadzoną z obiegu czynnika do szybkiego chłodzenia można zobojętnić lub poddać obróbce
czynnikiem wymiany jonów w celu usunięcia jonów (zazwyczaj anionów). Oczywiście i w
zależności od konkretnej konfiguracji, bierze się pod uwagę, że wszystkie elementy sterowania przepływem mogą być uruchamiane manualnie i/lub automatycznie.
30
[0027] Należy zdawać sobie sprawę, że ilość wody skroplonej z wyjściowego gazu spalinowego zależy między innymi od zawartości wody w gazie wlotowym i temperatury czynnika szybko chłodzącego. W szczególnie korzystnych aspektach postaci wynalazku gaz
spalinowy będzie chłodzony do jego punktu rosy, a następnie przechładzany (w odniesieniu do jego punktu rosy) w strefie szybkiego chłodzenia. Zatem szybko schłodzony gaz
35
spalinowy będzie korzystnie opuszczać sekcję szybkiego chłodzenia w temperaturze poni-
9
żej adiabatycznej temperatury nasycenia gazu spalinowego. W związku z tym i patrząc z
innej perspektywy, gaz spalinowy opuszczający sekcję szybkiego chłodzenia jest nasycony
wodą, jednakże będzie zawierać mniej wody niż na wejściu do sekcji szybkiego chłodzenia. Typowe zakresy zawartości wody w rozważanych gazach spalinowych wynoszą po5
między około 6% obj. i około 20% obj. w gazie spalinowym na wejściu do sekcji szybkiego chłodzenia oraz pomiędzy około 2% obj. i około 12% obj. w gazie spalinowym opuszczającym sekcję szybkiego chłodzenia. Tak więc w przypadku gazu spalinowego zawierającego około 10% obj. H2O na wlocie do strefy szybkiego chłodzenia i około 5% H2O na
wylocie ze strefy szybkiego chłodzenia, szybkość skraplania wynosi około 1,1 kg (2,4 fun-
10
ta) H2O na 28 m3 [w 15,6°C (60°F) i przy 101,6 kPa (14,73 funtów/cal2)] (1000 normalnych stóp sześciennych) gazu spalinowego. Jak to już przedyskutowano powyżej, skroplona woda jest upuszczana z sekcji szybkiego chłodzenia, aby utrzymać prawidłowo działające poziomy cieczy w sekcji szybkiego chłodzenia. W związku z tym należy zdawać sobie
sprawę z tego, że ilość kondensatu w sekcji płukania jest praktycznie zerowa. Patrząc z in-
15
nej perspektywy, wartości temperatury korzystnie reguluje się tak, aby w sekcji płukania
skropliła się tylko taka ilość wody, która wystarcza do zbilansowania strat w wydmuchiwanym strumieniu. W ten sposób objętość wydmuchiwanego (odpadowego) strumienia
zawierającego chemikalia ze strefy odsiarczania jest ograniczona do minimum, a zatem
woda oraz chemikalia są oszczędzane.
20
[0028] Sekcja płukania jest sprzężona w sposób umożliwiający przepływ płynu z sekcją
szybkiego chłodzenia, a najkorzystniej w kombinowanej wieży do szybkiego chłodzeniapłukania. Z tego względu i spośród innych opcji wieża do szybkiego chłodzenia-płukania
będzie skonfigurowana tak, aby przejmować szybko schłodzony gaz spalinowy przez półkę kominową lub inną strukturę, która rozdziela krążące płyny z sekcji szybkiego chłodze-
25
nia i sekcji płukania. Jednakże w wariantowych aspektach sekcja szybkiego chłodzenia i
sekcja płukania mogą również stanowić fizycznie rozdzielone struktury, które są sprzężone
ze sobą w sposób umożliwiający przepływ, tak że co najmniej część szybko schłodzonego
gazu spalinowego jest wprowadzana do sekcji płukania. Podobnie i w zależności od konkretnej natury gazu spalinowego, może występować więcej niż jedna sekcja szybkiego
30
chłodzenia i/lub płukania.
[0029] Czynnik płuczący w sekcji płukania jest oparty na wodnym roztworze środka kaustycznego (np. wodnym roztworze co najmniej jednego spośród wodorotlenku metalu ziem
alkalicznych, wodorotlenku metalu alkalicznego i/lub wodorotlenku amonu), i/lub innych
chemikaliów absorpcyjnych (np. Na2CO3) i może zawierać inne produkty reakcji (np. siar-
35
czyn sodu Na2SO3), co może jeszcze bardziej zwiększać skuteczność procesu absorpcji
10
SOx i NOx. Stężenia chemicznego środka absorpcyjnego (chemicznych środków absorpcyjnych) w czynniku płuczącym są zazwyczaj równoważne stężeniom powszechnie stosowanym w dziedzinie. W związku z tym, gdy czynnik płuczący zawiera środek kaustyczny,
stężenie środka kaustycznego jest korzystnie utrzymywane w sposób ciągły na ustalonej
5
wartości większej niż lub równej 8% wag., a często większej niż lub równej 10% wag.
(odpowiadającej początkowo dodanemu środkowi kaustycznemu).
[0030] Szybkość krążenia czynnika płuczącego w sekcji płukania w rozważanych układach
będzie zazwyczaj mniejsza od szybkości krążenia czynnika szybko chłodzącego w sekcji
szybkiego chłodzenia, z tym że w rzadkich przypadkach szybkość krążenia czynnika płu-
10
czącego może być również większa. Najkorzystniej nastawia się szybkość krążenia czynnika płuczącego w sekcji płukania stanowiącą około 50% do 75% szybkości krążenia
czynnika szybko chłodzącego w sekcji szybkiego chłodzenia, gdyż taka szybkość będzie
zazwyczaj zapewniać pożądaną równowagę pomiędzy minimalną wysokością złoża w sekcji płukania, spadkiem prężności par i kosztami operacyjnymi sprężania par (które są od-
15
wrotnie proporcjonalne do szybkości krążenia) oraz nakładami kapitałowymi na urządzenia i kosztami operacyjnymi związanymi z cyrkulacją (które są wprost proporcjonalne do
szybkości krążenia). W związku z tym szybkość krążenia czynnika płuczącego wynosi zazwyczaj pomiędzy około 1,4-8,1 l/s/m2 (2-12 g/min/stopę2), a częściej pomiędzy około
3,4-5,4 L/s/m2 (5-8 g/min/stopę2).
20
[0031] W odniesieniu do zakresów temperatury roboczej w sekcji płukania należy zdawać
sobie sprawę, że szybko schłodzony gaz spalinowy wprowadzany jest do sekcji płukania w
temperaturze na wylocie z sekcji szybkiego chłodzenia lub niższej. Zmiana temperatury w
sekcji płukania jest zazwyczaj bardzo mała, tak że temperatura przepłukanego gazu spalinowego opuszczającego sekcję płukania mieści się w granicach około 0,5°C do 5°C, a czę-
25
ściej pomiędzy około 1°C i 2°C w stosunku do temperatury szybko schłodzonego gaz spalinowego wprowadzanego do sekcji płukania. Tak więc cyrkulujący czynnik płuczący
wchodzi do sekcji płukania i opuszcza ją w przybliżeniu w takiej samej temperaturze jak
szybko schłodzony gaz spalinowy (zazwyczaj pomiędzy około 35°C-50°C), w zależności
od temperatury czynnika chłodzącego. Gdy jest to pożądane, krążący czynnik płuczący
30
można schładzać stosując rozpraszacz ciepła. Nadmiar krążącego czynnika płuczącego
tymczasowo przechowuje się w zbiorniku recyrkulacyjnym.
[0032] W związku z tym i w zależności od konkretnych konfiguracji i warunków roboczych bierze się pod uwagę to, że czynnik płuczący będzie miał stałe stężenie i szybkość
krążenia skuteczne w osiągnięciu resztkowego stężenia SO2 w przepłukanym gazie spali-
35
nowym mniejszego niż lub równego 10 µl/l (ppm), częściej mniejszego niż lub równego 5
11
µl/l (ppm), a najczęściej mniejszego niż lub równego 3 ppm. W związku z tym twórcy biorą również pod uwagę sposób zmniejszania ilości SO2 w gazie spalinowym do stężenia
mniejszego niż lub równego 10 µl/l (ppm) w którym gaz spalinowy jest szybko chłodzony
czynnikiem szybko chłodzącym do takiej temperatury i w takich warunkach, że stężony
5
czynnik płuczący po tej operacji pozostaje zasadniczo nierozcieńczony pomimo skraplania
wody z szybko schłodzonego gazu spalinowego.
[0033] W związku z tym układ obróbki gazu spalinowego według przedmiotu wynalazku
obejmuje sekcję szybkiego chłodzenia skonfigurowaną tak, aby przejmować gaz spalinowy
w pierwszej temperaturze, która to sekcja szybkiego chłodzenia jest ponadto skonfiguro-
10
wana tak, aby obniżyć temperaturę gazu spalinowego do drugiej temperatury z użyciem
wody jako czynnika szybko chłodzącego. Sekcja płukania jest sprzężona w sposób umożliwiający przepływ płynu z sekcją szybkiego chłodzenia oraz skonfigurowaną tak, aby
przejmować szybko schłodzony gaz spalinowy w drugiej temperaturze, przy czym sekcja
płukania jest ponadto skonfigurowana tak, aby doprowadzić do kontaktu szybko schłodzo-
15
nego gazu spalinowego z rozpuszczalnikiem kaustycznym. Sekcja szybkiego chłodzenia i
sekcja płukania są skonfigurowane tak, aby umożliwić takie działanie, że zasadniczo nie
następuje wykroplenie wody z gazu spalinowego w sekcji szybkiego chłodzenia, a stężenie
czynnika płuczącego jest skuteczne do uzyskania przepłukanego gazu spalinowego o ciągłym stężeniu SO2 poniżej 10 µl/l (ppm), częściej poniżej 5 µl/l (ppm), a najczęściej poni-
20
żej 3 µl/l (ppm).
[0034] W związku z tym ujawniono postacie i zastosowania dwustopniowych szybko
chłodzących skruberów. Dla znawców w dziedzinie oczywiste powinno być jednak, że
możliwych jest wiele modyfikacji poza tymi już opisanymi.
[0035] Ponadto przy interpretowaniu zarówno opisu jak i zastrzeżeń, wszystkie określenia
25
powinny być interpretowane w najszerszy możliwy sposób zgodny z kontekstem. W
szczególności określenia „obejmuje” i „obejmujący” należy interpretować jako odnoszące
się do elementów, składników lub etapów w sposób niewykluczający wskazujący, że powołane elementy, składniki lub etapy mogą być obecne lub stosowane albo w połączeniu z
innymi elementami, składnikami lub etapami, które nie zostały dosłownie powołane.
Zastrzeżenia patentowe
30
1.
Sposób obróbki gazu spalinowego (102), obejmujący:
- doprowadzanie gazu spalinowego (102) w pierwszej temperaturze do sekcji
(110) szybkiego chłodzenia;
12
- szybkie chłodzenie gazu spalinowego (102) w sekcji (110) szybkiego chłodzenia
do drugiej temperatury z użyciem wody jako czynnika szybko chłodzącego, bez
udziału jakiegokolwiek środka kaustycznego i/lub innej substancji chemicznej
zdolnej do znaczącego pochłaniania SOx i NOx;
- w razie potrzeby, odprowadzanie nadmiaru czynnika szybko chłodzącego z sek-
5
cji (110) szybkiego chłodzenia;
- doprowadzanie szybko schłodzonego gazu spalinowego do sekcji (120) płukania;
- przepłukanie szybko schłodzonego gazu spalinowego z użyciem kaustycznego
wodnego rozpuszczalnika; oraz
- recyrkulację kaustycznego wodnego rozpuszczalnika za pomocą pompy (172) i
10
zbiornika (170) recyrkulowanego środka kaustycznego do ponownego użycia w
sekcji (120) płukania;
znamienny:
- cyrkulacją i chłodzeniem czynnika szybko chłodzącego w obiegowym obwodzie
szybkiego chłodzenia pod kontrolą obwodu (162) sterowania przepływem, który
15
to obwód szybkiego chłodzenia obejmuje chłodnicę (150), przy czym druga temperatura i inne warunki, w których następuje szybkie chłodzenie gazu spalinowego (102) są takie, że zasadniczo unika się skraplania netto wody w sekcji (120)
płukania, wskutek czego wodny rozpuszczalnik kaustyczny pozostaje zasadniczo
nierozcieńczony wodą kondensacyjną z szybko schłodzonego gazu spalinowego;
20
oraz
- utrzymywaniem wodnego rozpuszczalnika zawierającego środek kaustyczny,
skutecznym do zmniejszania w sposób ciągły zawartości co najmniej jednego
spośród SOx i NOx w przepłukanym gazie spalinowym (106) do wstępnie ustalonego stężenia przez:
25
- odpowiednie podawanie czynnika szybko chłodzącego do zbiornika recyrkulacyjnego (170) środka kaustycznego; oraz
- odpowiednie dodawanie aktywnego środka płuczącego do zbiornika recyrkulacyjnego (170) środka kaustycznego.
30
2.
Sposób według zastrzeżenia 1, w którym gaz spalinowy (102) jest dostarczany ze
źródła wybranego z grupy obejmującej piec węglowy, piec opalany paliwem węglowodorowym i piec opalany gazem ziemnym, przy czym wstępie ustalone stężenie
jest mniejsze niż lub równe 10 µl/l (ppm).
3.
35
Sposób według zastrzeżenia 1, w którym pierwsza temperatura wynosi pomiędzy
100°C i 300°C.
13
4.
Sposób według zastrzeżenia 1, w którym druga temperatura wynosi pomiędzy 90°C i
20°C.
5.
Sposób według zastrzeżenia 1, w którym sekcja szybkiego chłodzenia działa tak, że
mniej niż 10% całkowitego SO2 zostaje zaabsorbowane w sekcji (110) szybkiego
chłodzenia.
5
6.
Sposób według zastrzeżenia 1, w którym środek kaustyczny obejmuje co najmniej
jeden składnik spośród wodorotlenku metalu ziem alkalicznych, wodorotlenku metalu alkalicznego i wodorotlenku amonu.
7.
Sposób według zastrzeżenia 1, w którym stężenie środka kaustycznego jest utrzymywane w sposób ciągły na poziomie stężenia odpowiadającego początkowemu do-
10
dawaniu środka kaustycznego w ilości większej niż lub równej 10% wag.
8.
Sposób według zastrzeżenia 1, w którym sekcja (110) szybkiego chłodzenia i sekcja(120) płukania znajdują się w jednej wieży.
9.
Sposób według zastrzeżenia 1, obejmujący ponadto etap odprowadzania nadmiaru
czynnika szybko chłodzącego do ścieków lub jako składnik procesowy do innej in-
15
stalacji.
10.
Sposób według zastrzeżenia 9, obejmujący ponadto etap zobojętniania nadmiaru
czynnika szybko chłodzącego przed odprowadzeniem.
11.
20
Układ (100) do obróbki gazu spalinowego, obejmujący:
- sekcję (110) szybkiego chłodzenia, która jest skonfigurowana tak, aby przejmować gaz spalinowy (102) w pierwszej temperaturze i zmniejszać temperaturę gazu
spalinowego (102) do drugiej temperatury z użyciem wody jako czynnika szybko
chłodzącego, bez udziału jakiegokolwiek środka kaustycznego i/lub innej substancji chemicznej zdolnej do znaczącego pochłaniania SOx i NOx;
25
- sekcję (120) płukania obejmującą zbiornik recyrkulacyjny (170) środka kaustycznego, sprzężony w sposób umożliwiający przepływ płynu z sekcją (110)
szybkiego chłodzenia i skonfigurowany tak, aby przejmować szybko schłodzony
gaz spalinowy w drugiej temperaturze i kontaktować szybko schłodzony gaz spalinowy z obiegowym wodnym rozpuszczalnikiem kaustycznym;
30
znamienny tym, że:
- sekcja (110) szybkiego chłodzenia obejmuje:
- obiegowy obwód szybkiego chłodzenia skonfigurowany tak, aby działać w
drugiej temperaturze i w innych warunkach, w których szybkie chłodzenie gazu spalinowego (102) następuje tak, że zasadniczo unika się skraplania netto
35
wody w sekcji (120) płukania, wskutek czego wodny rozpuszczalnik kaustycz-
14
ny pozostaje zasadniczo nierozcieńczony wodą wykraplającą się z szybko
schłodzonego gazu spalinowego i obejmujący:
- obwód (162) regulacji przepływu;
- chłodnicę (150);
- pierwszy zawór regulacyjny (140), przez który nadmiar czynnika szybko
5
chłodzącego odprowadza się z układu (100); oraz
- drugi zawór regulacyjny (164) przez który czynnik szybko chłodzący wprowadzany jest do zbiornika recyrkulacyjnego (170) środka kaustycznego w celu
utrzymania stężenia wodnego rozpuszczalnika kaustycznego skutecznego w
zmniejszaniu w sposób ciągły zawartości co najmniej jednego spośród SOx i
10
NOx w przepłukanym gazie spalinowym (106) do wstępnie ustalonego stężenia.
12.
Układ według zastrzeżenia 11, w którym sekcja (110) szybkiego chłodzenia jest
skonfigurowana tak, aby gromadzić wodę wykraplaną z gazu spalinowego (102).
Uprawniony:
Fluor Technologies Corporation
Pełnomocnik:
mgr Katarzyna Rudnicka
Rzecznik patentowy
16
DOKUMENTY CYTOWANE W OPISIE
Ta lista dokumentów cytowanych przez Zgłaszającego została przyjęta jedynie dla informacji czytającego i
nie jest częścią europejskiego opisu patentowego. Została ona utworzona z dużą starannością; Europejski
Urząd Patentowy nie ponosi jednak żadnej odpowiedzialności za ewentualne błędy i braki.
Dokumenty patentowe cytowane w opisie
• US 4400362 A [0003]
• US 3920421 A [0003]
• US 5607654 A [0004]
• US 5154734 A [0005]
• US 6126910 A [0006]
• GB 2208163 A [0007]
• GB 2050325 A [0007]
15
Figura 1