способ очистки дымовых газов

Формула изобретения

Способ очистки дымовых газов от оксидов, включающий прокачивание потока очищаемых газов через емкость, заполненную 5,0-10,0 М водным раствором трифторуксусной кислоты, насыщенным кислородом, отделение образующихся побочных продуктов, утилизацию последних, регенерацию отработанного раствора трифторуксусной кислоты путем насыщения кислородом и рециркуляцию регенерированного раствора на прокачивание.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области комплексной очистки различных газообразных выбросов промышленных производств и может быть использовано, в частности, для улавливания токсичных газов, таких как NO_x, SO₂, CO, CO₂ из дымовых газов.

Известны способы удаления оксидов серы, азота, углерода из отходящих дымовых газов путем введения их в контакт с окислителями в присутствии катализатора, либо путем использования основных реагентов (RU № 2149679, 1995; № 2100058, 1995; № 2089287, 1995; RU № 2211728, 2001; № 2041737, 1995; ЕР № 0393515, 1990, SU № 521925, 1989; RU: № 2199389, 2001; № 2043146, 1995; № 2080177, 1997; US № 05155077, 1992; ЕР № 0687495, RU № 2007148935, 2009; 94020423, 1996).

Основной недостаток указанных способов заключается в том, что они не являются комплексными, то есть их использование не приводит к эффективной очистке отходящих газов от смеси загрязнителей.

Недостатками указанных способов являются также недостаточно высокая степень очистки отходящих газов, высокие эксплуатационные затраты при их реализации, а также возможность их реализации только при высоких концентрациях загрязнителей в отходящих газах.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ очистки отходящих дымовых газов от токсичных оксидов, описанный в RU № 2292939, 2005.

Сущность данного способа заключается в следующем. Способ включает прокачку потока очищаемых газов через емкость, заполненную трифторуксусной кислотой, насыщенной кислородом, последующее ее отстаивание, отделение продуктов реакции в виде отстоя и утилизацию последних. В процессе очистки осуществляют постоянный контроль состава очищенных газов. При фиксировании проскока загрязнителей поток очищаемых газов направляют во вторую емкость, заполненную новой порцией трифторуксусной кислоты, насыщенной кислородом. Отработанную трифторуксусную кислоту регенерируют путем ее насыщения кислородом и направляют в рецикл. Результатом предварительного насыщения ТФК кислородом является образование сильного окислителя. Соответственно, при прокачивании отходящих газов загрязняющие их токсичные низшие оксиды серы, азота, углерода мгновенно окисляются в пероксосоединения с последующей перегруппировкой и образованием олигомеров - оксидов этих же элементов, но более высокой валентности. Изобретение позволяет осуществлять очистку отходящих газов от указанных газовых загрязнителей с эффективностью, близкой к 100%.

Недостатком данного способа является его недостаточная эффективность, обусловленная следующим. При проведении указанного способа наряду с продуктами окисления образуются эфиры трифторуксусной кислоты. Образование последних приводит к необходимости частой регенерации трифторуксусной кислоты, при которой указанные эфиры разрушаются. С образованием эфиров трифторуксусной кислоты связана также пониженная поглотительная способность реагента, сложность отделения побочных продуктов и сложность их утилизации вследствие необходимости проведения дополнительной стадии контактирования с водой для получения соответствующих кислот. Кроме того, способу свойственна высокая агрессивность среды, приводящая к необходимости соблюдения мер защиты при контакте с ней и к коррозии оборудования, связанной с проблемами экологического характера.

Задачей изобретения является повышение эффективности способа.

Поставленная задача достигается описываемым способом очистки дымовых газов, включающим прокачивание потока газов через емкость, заполненную 5,0-10,0 М водным раствором трифторуксусной кислоты, насыщенной кислородом, отделение образовавшихся побочных продуктов, утилизацию последних, регенерацию отработанного раствора трифторуксусной кислоты путем насыщения кислородом и рециркуляцию регенерированного раствора на прокачивание.

Технический результат заключается в создании способа, позволяющего проводить процесс очистки дымовых газов в менее агрессивной среде, увеличить поглотительную способность реакционной среды, снизить количество стадий регенерации, упростить процессы отделения и утилизации получаемых побочных продуктов.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Поток отходящих дымовых газов, содержащий в своем составе, в том числе, низшие оксиды серы, азота, углерода и диоксид углерода в любом сочетании и соотношении (далее - загрязнители), прокачивают через емкость, заполненную 5,0-10,0 М водным раствором трифторуксусной кислоты (далее - ТФК), насыщенной кислородом (далее ТФК-О₂ ) при поддерживаемой технологически обусловленной температуре 10-25°С и атмосферном давлении.

Результатом предварительного насыщения водного раствора ТФК кислородом является образование сильного окислителя. При прокачивании отходящих газов загрязняющие их токсичные газообразные оксиды серы, азота, углерода превращаются в высшие олигомеры (оксиды), а затем, в результате взаимодействия последних с водой, присутствующей непосредственно в реакционной среде - водном растворе ТФК, в соответствующие кислоты. Образование эфиров трифторуксусной кислоты в меньшей степени, чем в известном способе приводит к повышению поглотительной способности реакционной среды, снижению количества стадий регенераций, упрощению процесса отделения побочных продуктов, и, как следствие, упрощению процесса их утилизации за счет отсутствия необходимости очистки последних от указанных эфиров.

Насыщение 5,0-10,0 М водного раствора ТФК кислородом осуществляют любым известным способом, в том числе прокачкой через ее объем воздуха или газообразного кислорода.

При прокачке отходящих дымовых газов загрязнители - низшие оксиды серы, азота, углерода и диоксид углерода через стадию образования оксидов превращаются в соответствующие кислоты. При этом образуются также эфиры трифторуксусной кислоты. Количество образующихся эфиров составляет незначительную величину и почти на 30% масс. ниже, чем в известном способе. Таким образом, поглотительная способность реакционной среды - 5,0-10,0 М водного раствора ТФК-О₂ возрастает в несколько раз. При фиксировании сигнала о проскоке загрязнителя поток отходящих дымовых газов, подаваемых на очистку, направляют во вторую емкость, заполненную новой порцией 5,0-10,0 М водного раствора ТФК-О ₂. Отработанный водный раствор ТФК направляют на регенерацию, заключающуюся в насыщении водного раствора ТФК новой порцией кислорода. При регенерации указанные эфиры разрушаются. После регенерации 5,0-10,0 М водный раствор ТФК-О₂ направляют на рецикл. Очищенный газовый поток выводят в атмосферу.

Продукты окисления подвергают разделению с отделением водного раствора ТФК, который возможно использовать в процессе очистки, и побочных продуктов окисления, преимущественно, в виде серной, азотной, щавелевой кислот без примесей, которые утилизируют по назначению.

Ниже приведены примеры, иллюстрирующие описываемый способ, но не ограничивающие его применение.

Пример 1.

Очистку отходящих дымовых газов, содержащих, в том числе, по объему 10% CO₂, 0,14% NO₂ , 0,09% СО, 0,03% SO₂, проводят в лабораторных условиях при температуре 20°С и атмосферном давлении. 5,0 М водный раствор ТФК предварительно насыщают кислородом воздуха в течение 30 мин. Смоделированные газы прокачивают (барботируют) через 5,0 М водный раствор ТФК-О₂ в течение 60 мин со скоростью 20 мл/мин. На выходе из системы состав газа на содержание окисляемых вредных соединений исследуют с помощью газоанализатора. Токсичные соединения обнаруживаются на выходе из реакционной емкости на 60-й минуте. При проведении известного способа, при использовании исходного дымового газа аналогичного состава, время проскока сернистых соединений составляет 30 мин. Таким образом, поглотительная способность реакционной среды возрастает в два раза. В начале проскока токсичных соединений подачу газов осуществляют во вторую емкость, содержащую 5,0 М водный раствор ТФК-О₂. Водный раствор ТФК первой емкости, содержащий 3,5% масс. эфиров ТФК, подвергают регенерации кислородом воздуха до достижения максимального содержания кислорода в реакционной жидкости (в известном способе содержание эфиров составляет 35% масс.). Регенерированный раствор направляют на прокачивание. После пятикратного цикла пропускания очищаемых газов через емкость (пять регенераций) продукты окисления, содержащие 0,5% масс. эфиров трифторуксусной кислоты, подвергают разделению с отделением водного раствора ТФК, который возможно использовать в процессе, и побочных продуктов окисления, преимущественно, в виде серной, азотной, щавелевой кислот без примесей, которые утилизируют по назначению. Таким образом, содержание в продуктах окисления незначительного количества указанных эфиров позволяет упростить процессы отделения побочных продуктов и утилизации последних. В известном способе побочные продукты отделяют после десятикратного цикла. Количество стадий регенерации снижается в два раза. Степень очищения дымовых газов составляет, практически, 100% отн.

Пример 2.

Способ проводят аналогично примеру 1.

При этом используют 10,0 М водный раствор ТФК. Токсичные соединения обнаруживают на выходе из реакционной емкости на 70-й минуте. Побочные продукты окисления отделяют после четырехкратного цикла пропускания очищаемых газов через емкость. Содержание эфиров трифторуксусной кислоты в побочных продуктах после их отделения составляет 0,8% масс., количество регенераций уменьшается примерно в 2,5 раза. Степень очищения дымовых газов составляет, практически, 100% отн.

Таким образом, описываемый способ позволяет полностью очищать отходящие газы в менее агрессивной среде, снизить количество стадий регенерации трифторуксусной кислоты, упростить процессы отделения и утилизации получаемых побочных продуктов.