close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY16110

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2012.08.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
F 23G 7/07
(2006.01)
СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ АБГАЗОВ
(21) Номер заявки: a 20090183
(22) 2009.02.11
(43) 2010.10.30
(71) Заявитель: Производственное частное унитарное предприятие "Теплосила" (BY)
(72) Авторы: Кучко Тимофей Владимирович; Пушкарев Павел Александрович (BY)
BY 16110 C1 2012.08.30
BY (11) 16110
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Производственное
частное унитарное предприятие "Теплосила" (BY)
(56) SU 1388662 A1, 1988.
Термические методы обезвреживания
отходов. - Л.: Химия, 1975. - С. 112-117.
SU 879157, 1981.
JP 7-243635 A, 1995.
DE 3518192 A1, 1986.
SU 1606811 A1, 1990.
SU 877242, 1981.
SU 385139, 1973.
(57)
Способ термического обезвреживания абгазов, образующихся при получении нитрилакриловой кислоты, путем дожигания содержащихся в абгазах горючих компонентов в
каталитической камере в слое катализатора в потоке продуктов сгорания первичного топлива, который смешивают с потоком абгазов, отличающийся тем, что продукты сжигания первичного топлива с температурой 300-700 °С и содержанием свободного кислорода
6-16 об. % получают в теплосиловой установке, в поток продуктов сжигания первичного
топлива перед смешением его с потоком абгазов вводят мелкодисперсный катализатор с
диаметром частиц 0,05-5,00 мкм, содержащий окислы металлов, преимущественно окислы
алюминия, железа, цинка, меди, хрома или их смеси, из расчета 0,01-1,00 г активного вещества на каждый нормальный кубический метр смеси продуктов сжигания первичного
топлива и абгазов.
BY 16110 C1 2012.08.30
Изобретение относится к технике обезвреживания газовых выбросов в атмосферу, образующихся в химическом производстве при работе с нитрилакриловой кислотой.
Известен способ обезвреживания абгазов в химическом производстве, например нитрилакриловой кислоты, когда дожигание органических компонентов, содержащихся в
абгазах, осуществляют в слое несущей каталитической насадки, содержащей окись алюминия. Абгазы смешивают с высокотемпературными продуктами сгорания первичного
топлива, получаемыми в топке, и дожигают в камере каталитического дожигания. Смесь
газов после камеры дожигания поступает в котел-утилизатор, где генерируют пар и горячую воду промышленных параметров. После котла-утилизатора обезвреженную и охлажденную смесь абгазов с продуктами сгорания первичного топлива сбрасывают в
атмосферу.
Указанный способ является прототипом по отношению к заявляемому [1].
Общим признаком для заявляемого способа и прототипа является термическое обезвреживание абгазов в химическом производстве при работе с нитрилакриловой кислотой
путем дожигания в слое катализатора содержащихся в абгазах горючих компонентов в потоке продуктов сгорания первичного топлива, для чего этот поток смешивают с потоком
абгазов.
В процессе смешения и каталитического окисления абгазов возрастает их температура, а также температура слоя несущей каталитической насадки, что усиливает активность
катализатора. При температуре потока смеси газов более 800 °С полное термическое обезвреживание абгазов наступает без каталитического воздействия. Использование катализатора, снижающего температуру полного термического обезвреживания абгазов до 300400 °С, снижает расход первичного топлива, повышая тем самым экономичность их обезвреживания.
Однако способ-прототип обладает следующими недостатками: в связи с падением
температуры продуктов сгорания первичного топлива в смесительной камере в процессе
смешения их с абгазами, а также старением катализатора снижается химическая активность процесса дожигания, в силу чего остаются несгоревшие тяжелые фракции органики
абгазов, которые попадают в атмосферу и ухудшают экологическое состояние окружающей среды. Кроме того, энергетическая эффективность использования первичного топлива низка, т.к. в процессе смешения высокотемпературных и низкотемпературных газов
снижается термический коэффициент полезного действия цикла.
Задачей заявляемого способа является более полное термическое разложение тяжелых
фракций горючих компонентов абгазов и повышение коэффициента полезного использования первичного топлива.
Поставленная задача достигается следующим образом.
Предложен способ термического обезвреживания абгазов, образующихся в химическом производстве нитрилакриловой кислоты при получении путем дожигания в каталитической камере в слое катализатора содержащихся в абгазах горючих компонентов в
потоке продуктов сгорания первичного топлива, который смешивают с потоком абгазов;
при этом продукты сжигания первичного топлива получают в теплосиловой установке с
содержанием свободного кислорода 6-16 об. % при температуре 300-700 °С, причем в поток продуктов сжигания первичного топлива предварительно вводят мелкодисперсный, с
диаметром частиц 0,05-5,00 мкм катализатор, содержащий окислы металлов из расчета
0,01-1,00 г активного вещества на каждый нормальный кубический метр смеси продуктов
сжигания первичного топлива и абгазов, преимущественно окислы алюминия, железа,
цинка, меди, хрома или их смеси.
Заявляемая технология способа обусловлена тем, что теплосиловая установка, в которой сжигают первичное топливо, генерирует высокотемпературные газы с температурой
300-700 °С, которые в смеси с абгазами обеспечивают в присутствии катализатора термическое разложение тяжелых фракций вредных компонентов. Содержание свободного кис2
BY 16110 C1 2012.08.30
лорода 6-16 об. % при указанной температуре обеспечивает интенсивное и глубокое каталитическое окисление органических примесей в газах. Механизм физико-химического
воздействия на обрабатываемые абгазы по данному способу имеет следующие преимущества в отличие от использования способа-прототипа:
каталитическая активность слоя носителя, состоящего из дисперсной насадки с развитой рабочей поверхностью, например, из окиси алюминия, пемзы, шамотной крошки и
др., в рабочем состоянии усиливается улавливанием активных мелкодисперсных каталитических частиц из потока газов;
поскольку приготовление активных каталитических частиц размером 0,05-5,00 мкм
осуществляют путем распыления и высокотемпературного обжига окислов металлов или
их смесей в потоке продуктов сгорания первичного топлива в зонах высоких температур,
то, смешиваясь вместе с потоком продуктов сжигания первичного топлива после теплосиловой установки с абгазами, каталитически активные частицы окислов металлов интенсифицируют процесс окисления горючих компонентов; их действие усиливается после
оседания (адсорбции) на рабочей поверхности в слое каталитической (несущей) насадки
за счет увеличения размера рабочей поверхности и относительной скорости газов;
изменение компонентного состава, количества, периодичности подачи окислов металлов в обрабатываемый поток газов обеспечивает оптимизацию каталитического воздействия на абгазы, т.е. на степень их обезвреживания, количество каталитически активных
частиц в потоке газов варьируют в пределах 0,01-1,00 г на каждый нормальный кубический метр газов (при вышеуказанных размерах частиц). Используют окислы алюминия,
железа, цинка, меди, хрома или их смеси (табл. 18, с. 116, 117 л. 1) в связи с тем, что они
обладают каталитическими свойствами в отношении горючих компонентов абгазов;
в процессе сжигания первичного топлива в теплосиловой установке часть его исходной энергии преобразуется в электроэнергию (или механическую энергию). В газотурбинной установке эта часть энергии составляет 20-30 % от исходной, а в двигателе
внутреннего сгорания - до 42 %. Это в целом повышает энергетическую эффективность
использования первичного топлива в технологическом процессе.
Заявляемый способ иллюстрируется фигурой, где 1 - котел-утилизатор (КУ), совмещенный с камерой смешения газов 2, на выходе которой несущий слой катализатора 3;
двигатель внутреннего сгорания (ДВС) 4, соединенный с электрогенератором 5, питается
первичным топливом 6, используя для его сжигания наружный воздух 7. Первичное топливо 6 и воздух для горения 7 подают также в пусковую топку 8, которую включают в
момент пуска и разогрева всей установки, а также при необходимости повышения параметров пара на выходе из парового коллектора 19. Высокотемпературные продукты сгорания 9 первичного топлива подают в смесительную камеру 2, в которую подают также
абгазы 10, подогретые в теплообменнике 11. В поток высокотемпературных газов 9 подают мелкодисперсный катализатор 12. Питание котла-утилизатора 1 химически очищенной
водой (ХОВ) 13 и охлаждение ДВС 4 ХОВ осуществляют питательным насосом 14. Перед
подачей ХОВ в испарительные поверхности 15 КУ ее подогревают в секциях экономайзера 16 и 17. Водяной пар перегревают в пароперегревателе 18. Смесь охлажденных в КУ 1
газов подают дымососом 20 в дымовую трубу 21.
Способ осуществляется следующим образом.
Первичное топливо 6 сжигают в ДВС 4 и уходящие высокотемпературные газы подают в камеру смешения 2, куда на время пуска установки подают также высокотемпературные газы из топки 8. В камеру смешения 2 подают абгазы 10, подогретые в
теплообменнике 11 уходящими газами после КУ 1. Запускают в работу пароводяной контур КУ-1. В камере 2 устанавливают температуру смеси газов, достаточную для того, чтобы при их прохождении через слой катализатора 3 началось каталитическое дожигание
содержащихся в смеси газов органических веществ. Далее смесь газов из слоя катализатора 3 поступает в котел-утилизатор 1, где генерируют пар промышленных параметров. Пи3
BY 16110 C1 2012.08.30
тание котла 1 химически очищенной водой осуществляют насосом 14 через секции 16 и 17
водяного экономайзера, одновременно химочищенной водой охлаждают и ДВС 4. В поток
газов после ДВС 4 подают мелкодисперсный катализатор (окислы металлов) 12, прошедший высокотемпературную обработку и приобретший высокую каталитическую активность, который с потоком газов подают в несущий слой катализатора 3, где
мелкодисперсный катализатор адсорбируется и удерживается рабочей поверхностью несущей насадки 3.
В ДВС 4 и электрогенераторе 5 дополнительно вырабатывают электроэнергию в количестве до 42 % от энергии первичного топлива, что повышает энергетическую эффективность технологического процесса обезвреживания абгазов.
Далее процесс каталитического обезвреживания абгазов регулируют в направлении
снижения температуры смеси газов и уменьшения концентрации мелкодисперсного катализатора в них, не снижая при этом полноты термического разложения органических компонентов абгазов. Для этого постепенно выводят из работы топку 8 и уменьшают подачу
катализатора 12, контролируют степень очистки газов от вредных компонентов на выходе
из КУ 1. Подачу катализатора в поток газов можно осуществлять непрерывно или периодически.
Часть мелкодисперсного катализатора уносится потоком газов из несущего слоя 3 в
КУ 1, где частично адсорбируется на теплообменных поверхностях и продолжает обезвреживающее воздействие на газы. Небольшая часть мелкодисперсных частиц достигает
секции 16 экономайзера, где может быть уловлена полностью в случае, когда секцию 16
выполняют мокрой.
Несущий слой катализатора 3 может быть выполнен неподвижным - с газораспределительной решеткой или без нее, в виде набора решетчатых элементов, или подвижным в виде кипящего слоя.
Учитывая разнообразие возможных технологических, проектных и конструкторских
решений, предложенный способ отличается универсальностью и полифункциональностью, следовательно, расширяет технологические возможности производства.
Приготовление мелкодисперсного катализатора для подачи в поток газов осуществляют различными способами: распылением гелей или растворов окислов металлов в потоке высокотемпературных продуктов сгорания первичного топлива; размолом и
эмульгированием в жидком топливе или другой жидкости и др. При указанных размерах
частиц они практически не вызывают абразивного износа деталей теплосиловой установки. С уменьшением размера частиц увеличиваются удельная рабочая поверхность и эффективность работы мелкодисперсного катализатора.
В табл. 1 приведены поагрегатные расчетные данные по топливно-энергетическому
балансу для когенерационной установки, работающей в технологическом режиме согласно заявляемому способу.
В табл. 2, рассчитанной на основании данных табл. 1, приведены показатели расхода
топлива когенерационной установки, работающей по заявляемому способу и по способупрототипу.
Как следует из сопоставительного анализа показателей работы когенерационной установки по обезвреживанию 55 тыс. нм3/ч (или 467 млн. нм3/год) абгазов по способупрототипу и по заявляемому способу, расчетная народнохозяйственная экономия топлива,
обеспечиваемая использованием заявляемого способа по сравнению с действующим способом-прототипом, составляет ≈ 35,4 тыс.т у.т. в год.
При цене топлива в 150-200 долларов США за 1 т условного топлива расчетное снижение топливных затрат в народном хозяйстве составит 5,3-7,8 млн. долл./год. Срок окупаемости капиталовложений в установку оценивается в 2,0-2,5 года.
4
BY 16110 C1 2012.08.30
Таблица 1
№
1
2
3
Топливно-энергетический поагрегатный баланс
энерготехнологической когенерационной установки
(по заявляемому способу термического обезвреживания абгазов)
Вариант 3
ПримеНаименование
Размерность
Приход Расход % от ∑Q чание
Газопоршневые агрегаты
нм3/ч
2718,5
Подача топливного газа
46,92
Гкал/ч
8,71
Подача абгаза
нм3/ч Гкал/ч
кВт
9141
Электрическая мощность
19,71
Гкал/ч
7,86
Потери в окруж. среду (3 %)
Гкал/ч
0,56
Регенерация тепла охл. маГкал/ч
4,84
12,14
шин и смазки в тепл. сеть
Тепло ух. газов (42000 нм3/ч
Гкал/ч
5,45
13,67
при 420 °С - передача в КУ)
ИТОГО:
Гкал/ч
18,71
18,71
Камера горения (топка)
нм3 /ч
851,5
Подача топливного газа
14,69
Гкал/ч
5,86
нм3/ч
55000
Подача абгаза
Гкал/ч
15,31
Подача свежего воздуха
нм3/ч
2500
Гкал/ч
5,45
Подача ух. газов от ГПА
нм3/ч
42000
Потери в окруж. среду
Гкал/ч
0,4
Подача газов в котелГкал/ч
26,22
утилизатор
нм3/ч
99500
ИТОГО:
Гкал/ч
26,62
26,62
Котел-утилизатор
Тепло газов из КГ
Гкал/ч
26,22
Потери в окруж. среду
Гкал/ч
0,61
Тепло отпускаемого пара
Гкал/ч
20,42
51,2
Паропроизводительность
т/ч
28,0
Отпуск тепла в тепловую сеть
Гкал/ч
1,78
4,46
Потери тепла с ух. газами
(tyx..г = 110 °С, Vyx..г = 100000
3,41
8,55
нм3/ч)
ИТОГО:
26,22
Сумм, расход тепла по
КГТУ,
Гкал/ч
39,88
в т.ч. топл. газа:
100,0
3
нм /ч
3570
топл.газа:
Гкал/ч
24,57
топл.газа:
61,61
кг у.т/ч
3510
Полезное использование
Гкал/ч
34,9
87,51
суммар. тепла по КГТУ
Коэффиц. избыт. воздуха за
1,11
α, ед.
котлом
5
BY 16110 C1 2012.08.30
№
4
Продолжение табл. 1
Вариант 3
ПримеНаименование
Размерность
Приход Расход % от ∑Q чание
Годовые показатели (τr = 8500 г)
Выработка электроэнергии
млн. кВтч
77,7
тыс. тонн
238,0
Отпуск пара (28 т/ч)
тыс. Гкал
173,6
Отпуск тепла в сеть от ГПСВ тыс. Гкал
15,13
Отпуск тепла в сеть от охлатыс. Гкал
41,14
ждения машин и смазки
Суммарный отпуск тепла
тыс. Гкал
229,87
(пар + гор. вода)
тыс. нм3 тыс.
30345,0
Суммар. расход топл. газа
Гкал тыс.
208,840
(МВФ + ПГ)
т у.т.
29,834
6
BY 16110 C1 2012.08.30
7
Таблица 2
Показатели расхода топлива по действующей установке обезвреживания абгазов (прототип) и проектируемой энерготехнологической
когенерационной установки (по заявляемому способу термического обезвреживания абгазов)
Действующая устаПроектируемая установка (сущ. полоновка
№
Наименование
Размерность
Примечание
жение)
значение
%
значение
%
1
2
3
4
5
6
7
8
1 Подача топлива в установку
Топливный газ
т у.т/ч
0,543
3,510
в т.ч. 10 %
ПГ
Топливный газ
т у.т/год
4614
29834
в т.ч. 10 %
ПГ
Абгаз
т у.т/ч
1,989
2,187
Абгаз
т у.т/год
16891
18590
Суммарная подача топлива в установку
т у.т/ч
2,532
5,697
Суммарная подача топлива в установку
т у.т/год
21522
100
48424
100
2 Выработка электроэнергии
Электрическая мощность установки
кВт
9141
Расход усл.топлива на выработку тепло- и электроэнеркг у.т/ч
2673
гии, в т.ч.
на выработку электроэнергии
1859,5
на выработку теплоэнергии (передача в разд. 3)
813,5
Удельный расход усл. топлива на выработку электрокг у.т./тыс. кВтч
349,8
100
энергии в энергосистеме (Лукомльская ГРЭС:
318x1,1 = 349,8)
Удельный расход усл. топлива на выработку электрокг у.т./тыс. кВтч
203,4
57
энергии на предприятии
Выработка электроэнергии за год
тыс. кВтч
77700
Нар. хоз. экономия усл. топлива на выработку электрот у.т/год
11375,3
74
энергии
Расход топлива на выработку электроэнергии
15540,0
100
в т.ч. 10 %
т у.т/год
ПГ
BY 16110 C1 2012.08.30
Продолжение табл. 2
Наименование
Размерность
1
3
2
Выработка тепловой энергии
Полезная тепловая мощность установки, в т.ч.:
отпуск пара
отпуск горячей воды
Удельный расход усл. топлива на выработку тепла в
энергосистеме
Расход усл. топлива на выработку теплоэнергии
Удельный расход усл. топлива на выработку теплоэнергии в установке
Выработка тепловой энергии за год
Нар .хоз. экономия усл. топлива на выработку теплоэнергии
Расход топлива на выработку теплоэнергии
Обезвреживание абгаза
Расход обезвреживаемого абгаза
Расход усл. топлива для обезвреживания абгаза
Удельный расход усл. топлива для обезвреживания абгаза
Расчетная экономия топлива по обезвреживанию абгаза
Суммарная нар. хоз. экономия топлива
По выработке электрической и тепловой энергии
По выработке электрической и тепловой энергии + обезвреживание абгаза
3
4
5
Гкал/ч
Гкал/ч
Гкал/ч
3,6
3,6 (6 т/ч)
-
27,04
20,42
6,62
кг т.у/Гкал
168,07
168,07
кг у. т/ч
605
3837,5
кг т.у/Гкал
168,07
141,91
Гкал
30600
229870
т у.т/год
0
6013,4
50,29
т у.т/год
5143
23,9
32884,0
100
нм3/ч
кг у. т/ч
50000
1927
76,1
55000
0
кг у.т/тыс. нм3
38,54
38,54
т у.т/год
0
18017
т у.т/год
0
17388,7
36
т у.т/год
0
35405,7
73
8
28 т/ч
100
ηk = 0,85
84
τгод = 8500 ч
от подачи
топлива в
установку
BY 16110 C1 2012.08.30
8
№
Действующая устаПроектируемая установка (сущ. положеновка
Примечание
ние)
значение
%
значение
%
4
5
6
7
8
BY 16110 C1 2012.08.30
Таким образом, достигаемый технический результат заявляемого способа заключается
в следующем:
достигается более полное, за счет повышения температуры смеси газов и увеличения
рабочей поверхности катализатора, дожигание горючих компонентов абгазов, что снижает
расход первичного топлива и улучшает экологию окружающей среды;
кроме того, вырабатывается в режиме когенерации электроэнергия в количестве до
42 % от исходного энергетического потенциала первичного топлива, уменьшается удельный расход первичного топлива, повышается коэффициент полезного использования топлива;
расширяются технологические возможности использования способа за счет вариации
состава абгазов и применяемых катализаторов в различных промышленных процессах.
Например, обезвреживание уходящих газов сушильных установок лакокрасочных покрытий на основе органических растворителей; при утилизации метана шахтных газов и др.
Способ обеспечивает как эффективную комбинированную когенерационную выработку тепловой и электрической энергии, так и обезвреживание абгазов, образующихся в
производстве нитрилакриловой кислоты и в других химических производствах.
Источники информации:
1. Беспамятнов Г.П. и др. Термические методы обезвреживания отходов. Изд. 2-е. - Л.:
Химия, 1975. - С. 115 (прототип).
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
154 Кб
Теги
by16110, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа