[RU]

Настоящее изобретение относится к способам селективного удаления загрязняющих веществ из отходящих газов. Более конкретно, различные варианты реализации настоящего изобретения относятся к селективному удалению и извлечению диоксида серы из отходящих газов в регенеративном процессе абсорбции/десорбции диоксида серы, обеспечивающем подходящую энергетическую эффективность. Энергию получают из потока влажного газа из головной части отпарной секции для абсорбирующего раствора, образующегося в десорбционном цикле при косвенной передаче тепла от газа секции для отпаривания в охлаждающую среду, и используют для генерирования пара для применения при отпаривании загрязняющих веществ из абсорбирующего раствора. Зону поглощения можно охлаждать для усиления способности абсорбирующей среды поглощать загрязняющий газ, что позволяет, тем самым, уменьшить объем абсорбирующей среды и обогащенного загрязняющим веществом абсорбирующего раствора, который должен быть откачен насосом, обработан, нагрет и охлажден в цикле поглощения/десорбции.

(57) Реферат / Формула:

Настоящее изобретение относится к способам селективного удаления загрязняющих веществ из отходящих газов. Более конкретно, различные варианты реализации настоящего изобретения относятся к селективному удалению и извлечению диоксида серы из отходящих газов в регенеративном процессе абсорбции/десорбции диоксида серы, обеспечивающем подходящую энергетическую эффективность. Энергию получают из потока влажного газа из головной части отпарной секции для абсорбирующего раствора, образующегося в десорбционном цикле при косвенной передаче тепла от газа секции для отпаривания в охлаждающую среду, и используют для генерирования пара для применения при отпаривании загрязняющих веществ из абсорбирующего раствора. Зону поглощения можно охлаждать для усиления способности абсорбирующей среды поглощать загрязняющий газ, что позволяет, тем самым, уменьшить объем абсорбирующей среды и обогащенного загрязняющим веществом абсорбирующего раствора, который должен быть откачен насосом, обработан, нагрет и охлажден в цикле поглощения/десорбции.

---

РЕГЕНЕРАТИВНОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ИЗ
ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к способам селективного удаления загрязняющих веществ из отходящих газов. В частности, варианты реализации настоящего изобретения относятся к селективному удалению и извлечению диоксида серы из отходящих газов в регенеративном процессе поглощения/десорбции диоксида 10 серы, обеспечивающем благоприятную энергетическую эффективность. Схемы извлечения согласно изобретению применимы к удалению и извлечению других кислых газов, таких как сероводород, диоксид углерода и хлористый водород, а также других загрязняющих газов, таких как аммиак.
15 УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Газообразные выбросы, содержащие загрязняющие газы, образуются в результате различных процессов. Например, диоксид серы образуется при различных химических и металлургических технологических операциях, в том числе в процессах
20 сжигания серы при получении серной кислоты, в установках, использующих отработанную серную кислоту, при обжиге или выплавке сульфидных металлических руд и концентратов и сжигании серосодержащих углеродных топлив (например, топочные газы, образующиеся при работе электростанций на угле). Углеродные топлива играют важную роль в производстве электроэнергии, обеспечивая энергию для отопления, и в
25 качестве топлив на работы автотранспорта. Большинство углеродных топлив содержат серу, которая при сгорании превращается в диоксид серы. Выбросы диоксида серы способствуют появлению широкого круга проблем в области экологии и здоровья населения. Поскольку экономики развивающихся стран расширяются, их потребность в энергии быстро возрастает, и так как углеродные топлива с пониженным содержанием
30 серы исчерпаны, все больше и больше будут использоваться запасы нефти и угля, содержащие повышенные уровни серы, что приведет к возрастанию выбросов диоксида серы.
[0003] Имеет место также усиливающееся давление со стороны регулирующих органов, направленное на снижение выбросов диоксида серы по всему миру. Наиболее 35 часто используемый способ удаления диоксида серы основан на методах абсорбции или
адсорбции. Один из распространенных подходов заключается в приведении диоксида серы в контакт с водяным потоком, содержащим недорогое основание. Диоксид серы растворяется в воде, образуя сернистую кислоту (H2SO3), которая в свою очередь взаимодействует с основанием с образованием соли. Общепринятые основания 5 представляют собой гидроксид натрия, карбонат натрия и известь (гидроксид кальция, Са(ОН)2). В начале процесса рН составляет примерно 9 и понижается до примерно 6 после реакции с диоксидом серы. Как правило, одностадийная система мокрой очистки, позволяет удалить свыше 95% диоксида серы. Мокрые скрубберы и также сухие скрубберы требуют капитальных вложений, переменных издержек, связанных с 10 потреблением извести и удалением твердых отходов, и потребляют энергию и коммунальные услуги, необходимые для функционирования таких систем удаления диоксида серы.
[0004] Вместо взаимодействия с основанием, таким как известь, диоксид серы в отходящих газах можно извлечь для продажи в виде очищенного продукта диоксида серы,
15 применяемого как часть сырьевого газа в установке для контактного получения серной кислоты и улавливаемого в виде серной кислоты и/или олеума, который может удовлетворить растущий мировой спрос промышленности по производству минеральных удобрений или быть направлен в установку типа Клаус для получения элементарной серы. Наряду с решением экологических проблем и проблем со здоровьем, связанных с
20 выбросами диоксида серы, такой подход позволяет извлечь выгоду из серы, содержащейся в угольных и других серосодержащих углеродных топливах. Однако указанные газовые потоки часто имеют сравнительно низкую концентрацию диоксида серы и высокую концентрацию водяного пара. Когда концентрация диоксида серы в газе, загружаемом в установку по производству серной кислоты, составляет меньше от примерно 4 до 5
25 процентов по объему, в установке по производству кислоты могут возникнуть проблемы в отношении, как водного баланса, так и энергетического баланса. В частности, материальный баланс традиционной установки по производству серной кислоты требует, чтобы молярное отношение H2O/SO2 в содержащем диоксид серы газовом потоке, загружаемом в установку, составляло не выше, чем молярное отношение H2O/SO3 в
30 получаемой кислоте. При требуемой концентрации получаемой кислоты 98,5 процентов или выше в содержащем диоксид серы газовом потоке, загружаемом в установку, это отношение не может быть больше, чем примерно 1,08. После образования содержание водяного пара в отходящих газах от металлургических процессов и топочных газах от сжигания сернистых углеродных топлив часто значительно выше отношения 1,08, которое
35 невозможно значительно уменьшить путем охлаждения газа без значительных
капитальных и энергетических затрат. Более того, если концентрация диоксида серы в исходном газе ниже примерно от 4 до 5 процентов по объему, такой концентрации может быть недостаточно для автотермического процесса в каталитическом конвертере. То есть, теплота превращения диоксида серы в триоксид серы может быть недостаточно большой 5 для нагревания поступающих газов до рабочей температуры катализатора и, как следствие, необходима подача теплоты от какого-нибудь внешнего источника. Это в свою очередь также увеличивает как эксплуатационные расходы, так и потребности в капитале предприятия по производству серной кислоты.
[0005] Концентрацию диоксида серы в газообразных выбросах можно повысить за
10 счет селективного поглощения диоксида серы в подходящем растворителе и дальнейшей отгонки абсорбированного диоксида серы с получением регенерированного растворителя и газа, обогащенного содержанием диоксида серы. В регенеративных процессах поглощения/десорбции диоксида серы применяли различные водные растворы и органические растворители и растворы. Например, в качестве регенерируемых
15 абсорбентов диоксида серы применяли водные растворы щелочных металлов (например, раствор сульфита/бисульфита натрия), аминов (например, алканоламинов, тетрагидроксиэтилалкилендиаминов и т.п.), аминовых солей и солей различных органических кислот.
[0006] Неорганические водные буферные растворы также эффективно поглощают
20 диоксид серы. Fung et al. (2000) предоставил данные о растворимости диоксида серы в 1 молярном растворе фосфорной кислоты и карбоната натрия при соотношении Na/P04 примерно 1,57 как функции температуры. Указанные данные относятся к первичной смеси и смеси, в которую добавлено 1000 ррт адипиновой кислоты для усиления растворимости диоксида серы. Fung с соавторами также показал, что при доведении до
25 температуры кипения происходит удаление 95% и 65% диоксида серы, соответственно, в случае первичной смеси и смеси, содержащей адипиновую кислоту. Расчеты рН раствора показывают, что рН изменяется от 6 до примерно 3 после поглощения диоксида серы. Что касается органических растворителей, имеет место незначительная реакция диоксида серы с кислородом с образованием триоксида серы. Хотя указанная реакция очень ограничена и
30 при применении КагСОз происходит ее дополнительное подавление за счет реакции КагСОз со свободными радикалами, образующимися при окислении, указанный триоксид серы приводит к образованию сульфата натрия, который, при удалении сульфата натрия посредством кристаллизации, удаляют в виде декагидрата сульфата натрия (Na2SO4-10H2O), также известного как глауберова соль. Эту соль можно удалить путем
35 отвода потока и охлаждения его для усиления осаждения глауберовой соли, которая легко
кристаллизуется и удаляется с помощью сита, фильтрации, центрифугирования или другого метода разделения твердая фаза/жидкость.
[0007] В патенте США № 4133650 (Gamerdonk et al.) описан регенеративный способ извлечения диоксида серы из отработавших газов с помощью регенерируемого, 5 промывного водного раствора дикарбоновой кислоты (например, фталевой кислоты, малеиновой кислоты, малоновой кислоты и глутаровой кислоты и их смесей), буферизованного до рН от примерно 2,8 до 9. Извлеченный диоксид серы можно использовать в производстве серной кислоты.
[0008] Подобным образом, в патенте США № 2031802 (Тугег) предложено
10 применение солей по существу нелетучих кислот с константой диссоциации от 1 х 10" до 1 х 10~5, измеренной при разбавлении 40 литров на грамм-молекулу и температуре 25°С (например, молочной кислоты, гликолевой кислоты, лимонной кислоты и ортофосфорной кислоты) в регенеративном процессе извлечения диоксида серы из отходящих газов.
[0009] В патенте США № 4366134 (Korosy) описан регенеративный способ
15 десульфуризации топочных газов, в котором используют водный раствор цитрата калия, буферизованный до рН от примерно 3 до примерно 9.
[0010] Органические растворители, применяемые в способах поглощения/десорбции диоксида серы, включают диметиланилин, диметиловый эфир тетраэтиленгликоля и дибутилбутиловый эфир фосфиновой кислоты. Как и в случае
20 большинства растворителей, емкость органических растворителей увеличивается при повышенных давлениях и пониженных температурах. Поэтому газообразный диоксид серы извлекают (и регенерируют растворитель) путем понижения давления и/или увеличения температуры. Указанные органические растворители требуют применения металлической конструкции и часто требуют регенерации растворителя вследствие
25 образования серной кислоты и в некоторых случаях вследствие реакции растворителя с триоксидом серы, образующимся при побочной реакции диоксида серы с кислородом в ходе процесса поглощения/десорбции. Органические растворители, как правило, более дорогостоящие, чем водные абсорбирующие растворы.
[ООН] Крайне большие скорости потоков топочных газов, выбрасываемых из
30 угольных электростанций, требуют применения очень крупногабаритного оборудования для извлечения диоксида серы. Органические растворители, требующие применения металлической конструкции, в целом не могут конкурировать с точки зрения экономических показателей с мокрыми скрубберами, в которых обычно используют конструкцию из пластика, усиленного волокнами (FRP), облицованные сосуды или
35 недорогостоящие сплавы.
[0012] Применение обычных органических растворителей также затруднено из-за одного или более недостатков в отношении характеристик, желательных для абсорбента, применяемого в цикле поглощения/десорбции диоксида серы. Многие из указанных растворителей проявляют сравнительно низкую поглощающую способность в отношении 5 диоксида серы, особенно при парциальных давлениях диоксида серы, обычно встречающихся в выбросах с небольшим содержание диоксида серы (например, от примерно 0,1 до примерно 5 кПа). Такие растворители часто абсорбируют значительные количества водяного пара из содержащего диоксид серы выброса, что приводит к значительному снижению способности растворителя поглощать диоксид серы. В
10 результате молярные расходы указанных растворителей, необходимые для достижения требуемой эффективности поглощения диоксида серы, возрастают. Кроме того, поглощение растворителем больших количеств водяного пара может привести к избыточной коррозии технологического оборудования, применяемого в процессе поглощения/десорбции диоксида серы. Более того, некоторые из перечисленных
15 органических растворителей проявляют чрезмерную склонность к деградации, такой как гидролиз, или другим побочным реакциям или разложению при воздействии на растворитель высоких температур в кислых средах и/или характеризуются высокой летучестью, приводящей к большим потерям растворителя.
[0013] Находящийся в процессе одновременного рассмотрения и в совместном
20 владении патент США № 13/283671, поданный 28 октября 2011 года и опубликованный как US 2012/0107209 А1, описывает способ извлечения диоксида серы, в котором используют буферизованный водный абсорбирующий раствор, содержащий некоторые слабые неорганические или органические кислоты или их соли, предпочтительно, некоторые многоосновные карбоновые кислоты или их соли, для селективного
25 поглощения диоксида серы из отходящего газа. Далее абсорбированный диоксид серы отгоняют для регенерирования абсорбирующего раствора и получения газа, обогащенного содержанием диоксида серы. Обогащенный диоксидом серы газ можно использовать как часть сырьевого газа в установке для контактного получения серной кислоты или в установке типа Клаус для получения элементарной серы или указанный газ можно
30 использовать для производства очищенного диоксида серы. В частности, способ, описанный в US 2012/0107209 А1, подходит для получения обогащенного диоксидом серы газа из отходящих газов со сравнительно небольшим содержанием диоксида серы. В указанной заявке также описаны способы одновременного удаления диоксида серы и оксидов азота (NOx) из отходящих газов и улавливания диоксида серы. В таком способе
35 используют буферизованный водный абсорбирующий раствор, дополнительно
содержащий хелаты металлов для поглощения диоксида серы и NOx из газа и затем восстановления абсорбированного NOx до азота.
[0014] Хотя способ, описанный в US 2012/0107209 А1, работает при высокой энергетической эффективности, сохраняется потребность в дальнейшей экономии при 5 применении энергии в регенеративных способах извлечения диоксида серы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0015] Настоящее изобретение относится к новым способам, характеризующимся
10 признаками, которые позволяют повысить энергетическую эффективность регенеративных циклов абсорбции/десорбции для извлечения диоксида серы и других загрязняющих веществ из газообразных выбросов. Согласно некоторым вариантам реализации указанного способа, энергию извлекают из потока влажного загрязняющего газа, полученного в десорбционном цикле. Согласно указанным и другим вариантам
15 реализации изобретения зону абсорбции можно и предпочтительно охлаждать для усиления способности водной абсорбирующей среды поглощать загрязняющий газ, что позволяет, тем самым, уменьшить объем водной абсорбирующей среды и обогащенного загрязняющим веществом абсорбирующего раствора, который должен быть откачен насосом, обработан, нагрет и охлажден в цикле абсорбции/десорбции.
20 [0016] Основное применение способов согласно настоящему изобретению состоит
в извлечении диоксида серы из различных химических и металлургических отходящих газов, упомянутых выше. Однако улучшения, предложенные в настоящей заявке, также применимы к извлечению других кислых газов, таких как, например, H2S, СО2, NOx или НС1, а также к извлечению других загрязняющих газов, таких как аммиак.
25 [0017] Вкратце, таким образом, настоящее изобретение относится к способу
селективного удаления и извлечения загрязняющего газа из содержащего загрязняющее вещество исходного газа, в котором подаваемый газовый поток, содержащий исходный газ, приводят в контакт в поглотителе загрязняющих веществ с водной абсорбирующей средой, содержащей сорбент для загрязняющего газа, что, тем самым, приводит к
30 абсорбции загрязняющего газа из подаваемого газового потока в абсорбирующую среду и получению отработавшего газа, из которого был удален загрязняющий газ, и обогащенного загрязняющим веществом абсорбирующего раствора. Обогащенный загрязняющим веществом абсорбирующий раствор приводят в контакт с паром для отпарки в отпарной секции для абсорбирующего раствора для десорбирования
35 загрязняющего вещества из обогащенного загрязняющим веществом абсорбирующего
раствора и, тем самым, получения регенерированной абсорбирующей загрязняющее вещество среды и первичного отходящего газа отпарной секции, содержащего водяной пар и загрязняющий газ. Регенерированную абсорбирующую среду удаляют через выходное отверстие для жидкости в отпарной секции для абсорбирующего раствора, и 5 первичный отходящий газ отпарной секции удаляют через выходное отверстие для пара в отпарной секции для абсорбирующего раствора. Воду конденсируют из первичного отходящего газа отпарной секции путем косвенной передачи тепла от первичного отходящего газа отпарной секции в охлаждающую среду в холодильнике/конденсаторе для первичного отходящего газа отпарной секции, получая, тем самым, содержащий
10 загрязняющее вещество конденсат. Содержащий загрязняющее вещество конденсат, выходящий из холодильника/конденсатора для первичного газа отпарной секции, приводят в контакт с паром в секции для отпаривания конденсата с получением отпаренного конденсата и отходящего газа секции для отпаривания конденсата, содержащего водяной пар и загрязняющий газ. Охлаждающая среда, к которой передают
15 тепло от первичного отходящего газа отпарной секции в холодильнике/конденсаторе для первичного газа отпарной секции, содержит по меньшей мере часть отпаренного конденсата и, тем самым, генерирует пар из отпаренного конденсата. Пар, полученный из отпаренного конденсата в холодильнике/конденсаторе для первичного газа отпарной секции, вводят в отпарную секцию для абсорбирующего раствора в качестве пара для
20 отпарки для приведения в контакт с обогащенным загрязняющим веществом абсорбирующим раствором для десорбирования из него загрязняющего вещества.
[0018] Согласно одному вариантов реализации настоящего изобретения первичный отходящий газ отпарной секции, выведенный из отпарной секции для абсорбирующего раствора, сжимают и конденсируют воду из указанного сжатого первичного отходящего
25 газа отпарной секции путем косвенной передачи тепла от указанного сжатого первичного отходящего газа отпарной секции в охлаждающую среду, содержащую по меньшей мере часть отпаренного конденсата, в холодильнике/конденсаторе для первичного газа отпарной секции, получая, тем самым, пар из отпаренного конденсата при давлении, превышающем давление внутри отпарной секции для абсорбирующего раствора на
30 выходе из него жидкости. Затем пар, полученный из отпаренного конденсата в холодильнике/конденсаторе для первичного газа отпарной секции, вводят в отпарную секцию для абсорбирующего раствора в качестве пара для отпарки для приведения в контакт с обогащенным загрязняющим веществом абсорбирующим раствором для десорбирования из него загрязняющего вещества.
[0019] Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения пар, полученный из отпаренного конденсата в холодильнике/конденсаторе для первичного газа отпарной секции, сжимают при давлении, превышающем давление внутри отпарной секции для абсорбирующего раствора на выходе из него жидкости. Затем сжатый пар 5 вводят в отпарную секцию для абсорбирующего раствора в качестве пара для отпарки для приведения в контакт с обогащенным загрязняющим веществом абсорбирующим раствором для десорбирования из него загрязняющего вещества.
[0020] Согласно указанным и другим вариантам реализации изобретения зону поглощения можно охладить для усиления способности водной абсорбирующей среды 10 поглощать загрязняющий газ. Согласно указанным вариантам реализации изобретения часть обогащенного загрязняющим газом абсорбирующего раствора циркулирует между поглотителем и теплообменником, в котором теплоту поглощения отводят путем переноса в охлаждающую жидкость.
[0021] Другие цели и признаки будут частично очевидны и частично указаны
15 далее.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0022] Фиг. 1 и 2 представляют собой альтернативные технологические схемы 20 способов абсорбции/десорбции для селективного удаления и извлечения диоксида серы из содержащего диоксид серы исходного газа, в которых десорбцию диоксида серы из абсорбирующего раствора осуществляют путем приведения в контакт с острым паром в отпарной колонне, причем острый пар получают путем косвенной передачи тепла от газа из головной части отпарной секции в охлаждающую среду, представляющую собой поток 25 кипящей воды, в холодильнике/конденсаторе для газа отпарной секции;
[0023] Фиг. 3 и 4 представляют собой кривые, показывающие растворимость диоксида серы в некоторых поглотительных растворителях как функции температуры;
[0024] Фиг. 5 представляет собой технологическую схему способа абсорбции/десорбции для селективного удаления и извлечения диоксида серы из 30 содержащего диоксид серы исходного газа, в котором абсорбирующий раствор циркулирует между поглотителем и одним или более внешними теплообменниками для охлаждения абсорбирующего раствора и усиления способности абсорбирующей среды переносить диоксид серы из газовой фазы;
[0025] Фиг. 6 представляет собой график, показывающий содержание диоксида 35 серы в газовой фазе и процент извлечения диоксида серы из газовой фазы как функцию
расстояния от нижней части противоточного поглотителя для различных комбинаций состава газа, состава абсорбирующей среды и скорости потока жидкости; и
[0026] На фиг. 7 изображены профили температуры абсорбирующего раствора и мольного процента диоксида серы в паровой фазе для процесса абсорбции/десорбции для 5 извлечения диоксида серы, в котором в поглотителе используют различные количества охлаждающих контуров.
[0027] На всех чертежах соответствующие позиционные обозначения указывают соответствующие компоненты.
10 ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0028] Согласно настоящему изобретению было разработано несколько новых технологических схем извлечения загрязняющего газа из исходного газа при сравнительно
15 высокой энергетической эффективности. В частности, способы согласно настоящему изобретению применимы к извлечению кислых газов, таких как диоксид серы, оксиды азоты, сероводород, диоксид углерода и т.п., но также применимы и полезны при извлечении других загрязняющих газов, таких как, например, аммиак. В настоящей заявке используют общий термин "загрязняющее вещество", поскольку способы согласно
20 настоящему изобретению, как правило, применяют при очистке потоков отходящих газов из химических, металлургических или электроэнергетических установок для минимизации выбросов кислых газов или других газовых компонентов, которые в противном случае являлись бы загрязняющими веществами в атмосфере. Однако как понятно специалистам в данной области техники, загрязняющие газы, удаляемые из
25 потоков отходящих газов, часто имеют экономическую ценность и улавливаются с применением способов согласно настоящему изобретению и далее направляются для полезного в коммерческом смысле применения, такого как, например, превращения диоксида серы в триоксид серы и серную кислоту, извлечение элементарной серы из диоксида серы и сероводорода, извлечение соляной кислоты или водного аммиака для
30 применения в химической обработке, извлечение и превращение хлористого водорода в элементарный хлор и водород т.п.
[0029] Способы согласно настоящему изобретению можно проиллюстрировать на конкретном случае извлечения диоксида серы. При практической реализации настоящего изобретения в качестве абсорбирующей диоксид серы среды можно использовать
35 различные водные и органические растворители. Например, абсорбирующая среда может
содержать водные растворы щелочных металлов (например, раствор сульфита/бисульфита натрия), аминов (например, алканоламинов, тетрагидроксиэтилалкилендиаминов и т.п.), аминовых солей и солей различных органических кислот. Согласно альтернативному варианту реализации абсорбирующая диоксид серы среда может содержать органический 5 растворитель, в том числе, например, диметиланилин, диметиловый эфир тетраэтиленгликоля или дибутилбутиловый эфир фосфиновой кислоты. Некоторые органические растворители требуют применения металлической конструкции и часто требуют регенерации растворителя вследствие образования серной кислоты и в некоторых случаях вследствие реакции растворителя с триоксидом серы, образующимся при
10 побочной реакции диоксида серы с кислородом в ходе процесса поглощения/десорбции, при этом органические растворители, как правило, более дорогостоящие, чем неорганические абсорбирующие среды. Крайне большие скорости потоков топочных газов, выбрасываемых из угольных электростанций, приводят к применению очень крупногабаритного оборудования для извлечения диоксида серы. Применение обычных
15 органических растворителей также может быть затруднено из-за одного или более недостатков в отношении характеристик, желательных для абсорбирующих диоксид серы сред, как указано выше.
[0030] С учетом этих и других соображений, согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения абсорбирующая диоксид серы среда
20 содержит буферизованный водный раствор соли сравнительно слабой многоосновной карбоновой кислоты (например, малат натрия), как описано в упомянутом выше патенте США № 13/283671, поданном 28 октября 2011 года и опубликованном как US 2012/0107209 А1, полное содержание которого явным образом включено в настоящую заявку посредством ссылки. В приведенном ниже описании ссылка сделана на
25 предпочтительную абсорбирующую среду, содержащую соль многоосновной карбоновой кислоты, а также на абсорбирующую среду, содержащую диметиловый эфир тетраэтиленгликоля (тетраглим). Однако следует понимать, что различные особенности способов, описанных в настоящей заявке, могут быть легко адаптированы к системам, в которых используют другие абсорбирующие среды. Как указано выше, следует также
30 понимать, что улучшения, описанные в настоящей заявке, также применимы к системам для удаления и улавливания других кислых газов и загрязняющих веществ, в которых используют подходящие общепринятые абсорбирующие загрязняющие вещества среды, известные в данной области техники. Например, способы, описанные в настоящей заявке, можно использовать при регенеративном поглощении и десорбции различных
35 загрязняющих веществ из потоков отходящих газов, в том числе, сероводорода, диоксида
углерода и хлористого водорода, оксидов азота, а также других загрязняющих газов, таких как аммиак и его смеси.
[0031] Как показано на фиг. 1, возможно кондиционированный технологический поток сырьевого газа 10, содержащий исходный газ, в состав которого входит диоксид 5 серы, вводят в поглотитель диоксида серы 11, оборудованный одной или более теоретическими тарелками, в котором указанный поток приводят в контакт с водной абсорбирующей средой, содержащей сорбент, для поглощения диоксида серы. Поглотитель диоксида серы 11 содержит вертикальную колонну или башню 12, содержащую зону контакта газ/жидкость 13, оборудованную средствами для облегчения
10 массопереноса между газовой и жидкой фазами, которые могут включать слой насадок с неупорядоченным уплотнением, таких как седла или кольца, структурированную насадку или другое устройство для приведения в контакт. Для максимизирования переноса диоксида серы, технологический поток сырьевого газа предпочтительно приводят в контакт в противотоке с водным абсорбирующим раствором. Как показано на фиг. 1,
15 технологический поток сырьевого газа 10 вводят через входное отверстие для газа 14, расположенное около нижней части башни 12, и направляют в нижнюю часть зоны контакта газ/жидкость 13, тогда как поток 15, содержащий регенерированную водную абсорбирующую среду, рециркулируемую из десорбера диоксида серы 30 (описанного в настоящей заявке далее) вводят через входное отверстие для жидкости 16, расположенное
20 около верхней части башни, распределяют по всему объему и направляют в верхнюю часть зоны контакта газ/жидкость. Поток 17 обогащенного диоксидом серы поглотительного раствора, выходящий из нижней части зоны контакта газ/жидкость 13, удаляют через выходное отверстие для жидкости 18, расположенное около нижней части башни 12, и поток отработавшего газа 19, по существу не содержащий диоксида серы и
25 выходящий из верхней части зоны 13, удаляют через выходное отверстие для газа 20, расположенное около верхней части башни. Хотя в качестве поглотителя 11 можно использовать обычную башню с неупорядоченным уплотнением, специалист в данной области техники поймет, что соответствующим образом можно применять и другие конфигурации. Например, абсорбционная башня 12 может содержать структурированную
30 насадку или представлять собой тарельчатую колонну, при этом в обоих случаях технологические потоки предпочтительно протекают в противотоке. Хотя противоток между технологическим потоком сырьевого газа 10 и водной абсорбирующей средой в поглотителе является предпочтительным, поглотитель может работать и при прямотоке. Однако такая компоновка обычно негативно влияет на поглощающую способность и
35 эффективность и в целом является менее предпочтительной.
[0032] В случае, когда в водной абсорбирующей среде в качестве основного сорбента присутствует абсорбент, представляющий собой кислую соль, или другие соединения, химически взаимодействующие с диоксидом серы, концентрация сорбента в абсорбирующей среде и скорость потока абсорбирующей среды должны быть такими, 5 чтобы при температуре, преобладающей на выходе жидкости из поглотителя, в поглотительном растворе сохранялась избыточная абсорбирующая способность. Остаточная абсорбирующая способность предпочтительно составляет по меньшей мере 10%, предпочтительно, по меньшей мере 20% относительно общей абсорбирующей способности среды, поступающей в поглотитель. Для этой цели концентрация сорбента и
10 скорость потока абсорбирующей среды, поступающей в поглотитель, должны быть достаточными для обеспечения стехиометрического избыта при скорости сорбента, проходящего через поглотитель, относительно скорости, при которой диоксид серы предполагают извлекать из указанного технологического потока сырьевого газа, предпочтительно в избытке относительно общего содержания диоксида серы в сырьевом
15 потоке, чтобы, таким образом, компенсировать несколько факторов, таких как: содержание диоксида серы, оставшееся в абсорбирующей среде после ее регенерации; концентрация диоксида серы в обогащенном диоксидом серы газе-поглотителе; возможное присутствие слабокислых компонентов, таких как диоксид углерода; но главным образом для компенсации желательно сравнительно слабого абсорбционного
20 сродства предпочтительных сорбентов, таких как абсорбирующая система на основе водной многоосновной карбоновой кислоты/соли. Сравнительно слабое абсорбционное сродство является предпочтительным, так как способствует последующей десорбции диоксида серы за счет умеренного повышения температуры и/или понижения давления. Соответственно, концентрация сорбента в водной абсорбирующей среде, необходимая для
25 достижения требуемой эффективности удаления, меняется в зависимости от применяемой кислоты, концентрации диоксида серы в газе, подлежащем обработке, а также от характеристик массопереноса поглотителя, и может быть легко определена специалистом в данной области техники. Как правило, стехиометрическое эквивалентное соотношение диоксида серы, абсорбированного на моль соли многоосновной карбоновой кислоты в
30 абсорбирующем растворе, составляет от примерно 0,1 до примерно 1. В случае водного абсорбирующего раствора, содержащего натриевую соль яблочной кислоты для обработки газа, содержащего примерно 2600 ppmv (частей на миллион по объему) диоксида серы, концентрация малата в абсорбирующем растворе может соответственно составлять от примерно 1 мольн. % до примерно 7 мольн. %.
[0033] Отношение массового расхода (L/G) потока водного абсорбирующего раствора 15 и технологического потока сырьевого газа 10, введенного в поглотитель диоксида серы 11, необходимое для достижения значительного переноса диоксида серы из исходного газа в абсорбирующий раствор, можно определить с помощью общепринятой 5 практики проектирования. Более конкретно, L/G можно выбрать на основе содержания загрязняющего вещества в газовом потоке, поступающем в поглотитель, концентрации сорбента в водной абсорбирующей среде и удельной абсорбирующей способности сорбента при температуре жидкости/газа, преобладающей в поглотителе. Как правило, L/G выбирают таким образом, чтобы избыток потока сорбента в поглотитель составлял по
10 меньшей мере от 10 до 20% относительно потока загрязняющего газа в поглотитель. Оптимальная величина избытка зависит от скорости массопереноса и теплопереноса в зоне контакта газ/жидкость.
[0034] Поглотитель диоксида серы предпочтительно сконструирован и работает таким образом, что содержание диоксида серы в потоке отработавшего газа 19,
15 выходящем из поглотителя, составляет менее примерно 500 ppmv, более предпочтительно, менее примерно 200 ppmv (например, до 10-20 ppmv). Такое следовое количество диоксида серы вместе с диоксидом углерода, кислородом, азотом и другими инертными компонентами, содержащимися в технологическом потоке сырьевого газа, удаляют из системы в виде части потока отработавшего газа 19, вентилируемого из верхней части
20 поглотителя. Отработавший газ находится по существу в равновесии с абсорбирующим раствором и в зависимости от содержания водяного пара в технологическом потоке сырьевого газа, подаваемом в поглотитель, и условий в поглотителе, в нем может происходить место прибавка нетто или потеря воды. При необходимости используют воздуходувку 21 для направления газов в дымовую трубу. Для достижения технических
25 нормативов выбросов, соответствующих требованиям, перед сбросом через дымовую трубу поток отработавшего газа 19 можно пропустить через туманоотделитель или подобное устройство для извлечения унесенной жидкости. Дополнительно или в качестве альтернативы, в некоторых случаях поток отработавшего газа 19 можно нагреть путем косвенного теплообмена в теплообменнике 22 с помощью входящего потока
30 технологического сырьевого газа или других теплоносителей или в теплообменнике 64, как описано ниже, так что любой шлейф дыма не будет проявлять склонность к снижению после выброса через дымовую трубу.
[0035] Как показано на фиг. 1, в случае, когда сорбент содержит многоосновную карбоновую кислоту, дополнительный источник основания металла 23, такого как
35 гидроксид натрия, гидроксид калия, карбонат натрия и т.п., объединяют перед введением
с потоком 15, содержащим регенерированную водную абсорбирующую среду, в резервуаре с растворителем 24 около верхней части абсорбционной башни 12. Основание металла взаимодействует с многоосновной карбоновой кислотой с получением абсорбента, представляющего собой соль металла. Согласно описанию в US 2012/0107209 5 А1 для нейтрализации по меньшей мере некоторых из кислотных групп вводят достаточное количество основания металла, так что происходит нейтрализация кислоты в пределах примерно 20%, более предпочтительно, в пределах примерно 10%, относительно эквивалентной точки кислотной диссоциации, значение рКа которой составляет от примерно 3 до примерно 10 при 25°С, предпочтительно, от примерно 4 до примерно 7 при
10 25°С. Специалист в данной области техники может использовать известные технологии и средства измерения для регулирования рН при добавлении основания в регенерированный абсорбирующий раствор, приведенный в контакт с содержащим диоксид серы газом в поглотителе, для поддержания требуемой степени нейтрализации относительно эквивалентной точки значения рКа. Кроме того, для поддержания концентрации ионов
15 металла необходимо добавить достаточное количество основания. Например, как описано ниже, некоторое количество иона металла теряется с солью серной кислоты, удаляемой при работе кристаллизатора. Два моля основания (например, гидроксида натрия) добавляют на моль удаленного сульфата натрия. Концентрацию ионов металла можно отслеживать и контролировать подходящим способом путем отбора проб и проведения
20 анализа на металл в заводской лаборатории.
[0036] Обогащенный диоксидом серы поглотительный раствор 17, выходящий из поглотителя 11, нагревают до промежуточной температуры (как описано ниже) и предварительно нагретый поглотительный раствор вводят в десорбер диоксида серы 30, в котором диоксид серы отделяется от сорбента и десорбируется из поглотительного
25 раствора. Десорбер 30 содержит вертикальную колонну или башню 31, содержащую зону контакта пар/жидкость 32, оборудованную средствами для облегчения массопереноса между газовой и жидкой фазами. Подобно поглотителю 11, десорбер 30 можно выполнить в форме башни с уплотнением, содержащей слой общепринятой насадки с неупорядоченным уплотнением, структурированную насадку, тарелки или любое другое
30 устройство для приведения в контакт газа и жидкости. Нижнюю (отгоночную) секцию зоны контакта пар/жидкость 32 внутри башни 31 можно загрузить острым паром, полученным согласно настоящему изобретению (как описано ниже) и применяемому для удаления диоксида серы из поглотительного раствора. Верхнюю (очистную) секцию зоны контакта пар/жидкость 32 используют для уменьшения количества воды в
35 десорбированном диоксиде серы. Поток первичного обогащенного диоксидом серы газа
уловителя 33, содержащий диоксид серы и по существу насыщенный водяным паром, получают в головной части десорбера 30 выше зоны контакта пар/жидкость 32 и удаляют через выходное отверстие для пара 34 в верхней части башни 31; при этом регенерированный абсорбирующий раствор 15, выходящий из зоны контакта 5 пар/жидкость, удаляют через выходное отверстие для жидкости 3 5 в нижней части башни и повторно направляют обратно в поглотитель 11, завершая указанный цикл. Хотя противоток между обогащенным диоксидом серы поглотительным раствором и отгоночным паром в десорбере, показанный на фиг. 1, является предпочтительным, десорбер может работать и при прямотоке. Однако такая компоновка обычно негативно
10 влияет на эффективность отгонки и в целом является менее предпочтительной.
[0037] Среднюю температуру абсорбирующей диоксид серы среды в поглотителе 11 в целом поддерживают в диапазоне от примерно 10°С до примерно 70°С. Согласно настоящему изобретению среднюю температуру поглотительного абсорбирующего диоксид серы раствора в поглотителе предпочтительно поддерживают от примерно 20°С
15 до примерно 60°С. Хотя, в целом, поглощение диоксида серы усиливается при более низких температурах абсорбирующей среды, для выделения диоксида серы поглотительный раствор необходимо нагревать от температуры поглощения до достаточно высокой температуры и/или при пониженном давлении, причем при обеспечении указанных условий физическое тепло приводит к более высокому
20 потреблению энергии. В процессе регенерации также желательно уменьшить количество испаряющейся воды, чтобы понизить потребляемую энергию и избежать низких концентраций воды в абсорбирующей среде, что может вызвать осаждение сорбента диоксида серы (например, слабой поликарбоновой кислоты или солей). Общая эффективность процесса поглощения/десорбции диоксида серы улучшается, когда
25 поглощение сравнительно сильно зависит от температуры и протекает в пределах более узкого диапазона температур между стадиями поглощения и десорбции указанного цикла.
[0038] Среднюю температуру поглотительного абсорбирующего диоксид серы раствора в десорбере 30 обычно поддерживают в диапазоне от примерно 60°С до точки кипения абсорбирующего раствора при рабочем давлении десорбера.
30 [0039] Поглощение и десорбцию диоксида серы можно повысить путем
увеличения или уменьшения рабочих давлений поглотителя 11 и десорбера 30, соответственно. Подходящие рабочие давления в поглотителе 11 составляют от примерно 70 до примерно 200 кПа абс. Повышенное давление в поглотителе позволяет увеличить долю диоксида серы, которую может абсорбировать абсорбирующая среда, но
35 поглощение предпочтительно проводить при сравнительно низком давлении, снижая, тем
самым, стоимость оборудования. Подобным образом, подходящие рабочие давления в десорбере 30 составляют от примерно 40 до примерно 200 кПа абс, но можно использовать более высокие или более низкие рабочие давления.
[0040]Контроль температуры внутри поглотителя 11 и десорбера 30 можно 5 осуществлять путем регулирования температуры различных технологических потоков, подаваемых в указанные процессы. Температуру в десорбере 30 предпочтительно поддерживают в пределах требуемого диапазона путем регулирования температуры обогащенного диоксидом серы поглотительного раствора 17 и вводимого пара вблизи нижней части десорбера в отгоночной секции зоны контакта пар/жидкость 32. Как
10 показано фиг. 1, обогащенный диоксидом серы поглотительный раствор 17, выходящий из поглотителя 11 при температуре от примерно 10°С до примерно 70°С, более предпочтительно, от примерно 20°С до примерно 60°С, пропускают через теплообменник 40, в котором его предварительно нагревают до промежуточной температуры путем косвенной передачи тепла от регенерированной абсорбирующей среды 15,
15 рециркулируемой из десорбера 30, в поглотитель диоксида серы. Теплопередача от регенерированной абсорбирующей среды в поглотительный раствор внутри обменника увеличивает абсорбирующую способность регенерированной абсорбирующей среды и позволяет нагреть поглотительный раствор, что способствует отгонке из него диоксида серы. При необходимости дополнительного нагревания для достижения в десорбере
20 требуемой температуры обогащенный диоксидом серы раствор 17 можно пропустить через нагреватель растворителя 41, в котором указанный раствор предварительно нагревают (например, путем косвенной передачи тепла от выходящего из процесса потока продукта, представляющего собой извлеченный диоксид серы) и/или можно дополнительно нагреть путем косвенного теплообмена с паром или с горячим потоком
25 конденсата 70. Согласно некоторым преимущественным вариантам реализации изобретения обогащенный диоксидом серы поглотительный раствор нагревают путем передачи тепла от указанного технологического потока сырьевого газа и/или регенерированной абсорбирующей диоксид серы среды без добавления внешнего тепла. Согласно такому варианту реализации изобретения температуру технологического
30 потока сырьевого газа предпочтительно не понижают ниже примерно 50°С и разница температуры между обогащенным диоксидом серы поглотительным раствором, введенном в десорбер, и регенерированной абсорбирующей средой составляет менее примерно 40°С.
[0041] Регенерированную водную абсорбирующую среду 15, выходящую из 35 нижней части десорбера 30 при температуре от примерно 60°С до примерно 140°С,
охлаждают в обменнике 40 путем передачи тепла в обогащенный диоксидом серы поглотительный раствор 17, выходящий из поглотителя диоксида серы 11. Подобным образом, при необходимости дополнительного охлаждения для поддержания требуемой температуры в поглотителе, регенерированную абсорбирующую среду, выходящую из 5 обменника 40, можно пропустить через холодильник для растворителя 42 и дополнительно охладить путем косвенного теплообмена с водой из охлаждающей башни. Использование теплообменника 40 позволяет снизить потребление энергии в системе, так что применение нагревателя для растворителя и/или холодильника для растворителя может не потребоваться.
10 [0042] Согласно предпочтительным вариантам реализации настоящего изобретения
уровни загрязняющих веществ, представляющих собой соли серной кислоты, в водном абсорбирующем растворе, содержащем соль многоосновной карбоновой кислоты, поддерживают на приемлемом уровне путем возможного отведения по меньшей мере промывочной части 90 регенерированной абсорбирующей среды 15, выходящей из
15 десорбера 30, на обработку для удаления сульфат. Относительный объем промывочной части меняется в зависимости от концентрации сорбента в регенерированной абсорбирующей среде и устойчивости диоксида серы к окислению в процессе поглощения и отгонки. Как правило, при работе с использованием малата в качестве абсорбента промывочная часть может составлять менее примерно 5% относительно потока
20 регенерированной абсорбирующей среды.
[0043] Обработка промывочной части 90 включает испарение из нее воды в испарительном кристаллизаторе 92 с получением концентрированного раствора, перенасыщенного солью серной кислоты. Затем кристаллы соли серной кислоты выпадают из концентрированного водного абсорбирующего раствора в кристаллизаторе с
25 образованием кристаллизационной суспензии 94, содержащей осажденные кристаллы соли серной кислоты и маточный раствор. Кристаллы сульфата натрия отделяют от суспензии в обычном устройстве 96 для отделения твердой фазы от жидкой, таком как вакуумный фильтр или центрифуга, и часть маточного раствора 98 повторно направляют в резервуар с растворителем 24, в котором указанный раствор смешивают с основным
30 потоком регенерированной абсорбирующей среды для возврата в поглотитель 11. Подходящую концентрацию водного абсорбирующего раствора можно обеспечивать путем нагревания и/или уменьшения давления или увеличения потока пара в ребойлер для мгновенного испарения воды. Как правило, при концентрировании водный абсорбирующий раствор нагревают до температуры по меньшей мере примерно 40°С,
35 более предпочтительно, по меньшей мере примерно 60°С и, предпочтительно, до точки
кипения абсорбирующего раствора при рабочем давлении десорбера, для подавления образования и осаждения декагидрата сульфата натрия или глауберовой соли (Na2SO4-10H2O). Глауберова соль обычно образует гелеобразный или липкий осадок, который трудно отделить от маточного раствора путем центрифугирования или 5 фильтрация.
[0044] Кристаллизатор может работать при атмосферном давлении или в вакууме. В качестве альтернативы отделению кристаллов сульфата натрия путем центрифугирования или фильтрации, кристаллизатор можно выполнить с возможностью непрерывного декантирования маточного раствора из кристаллизационной суспензии.
10 Кроме того, кристаллы серной кислоты можно промыть водой, при этом образовавшуюся промывочную воду, содержащую абсорбент, представляющий собой соль многоосновной карбоновой кислоты, также направляют в резервуар с растворителем для возврата в поглотитель. Поток головного пара из кристаллизатора можно сконденсировать и вернуть в поглотитель. Согласно альтернативному варианту реализации головной поток из
15 кристаллизатора можно направить в десорбер в качестве источника отгоночного пара.
[0045] Хотя обработка, описанная выше, позволяет эффективно поддерживать приемлемые уровни соли серной кислоты в циркулирующем абсорбирующем растворе, согласно некоторым вариантам реализации настоящего изобретения в абсорбирующий раствор можно ввести ингибитор окисления для уменьшения окисления бисульфита и
20 сульфита до бисульфата и сульфата, соответственно, представляющих собой загрязняющие вещества. Имеются несколько различных типов ингибиторов окисления, которые можно использовать при практической реализации настоящего изобретения, в том числе: поглотители кислорода и ловушки свободных радикалов, такие как п-фенилендиамин и гидрохинон; ингибиторы католизируемого NOx окисления, такие как
25 аскорбиновая кислота; и хелирующие агенты, такие как этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТУ), которая связывает и подавляет катализируемое металлами окисление. Указанные ингибиторы окисления можно использовать по отдельности или в различных комбинациях и, при необходимости, их можно добавлять в регенерированный водный абсорбирующий раствор, вводимый в поглотитель. В зависимости от типа применяемого
30 ингибитора (ингибиторов), его концентрация в абсорбирующем растворе обычно составляет от нескольких ррт до от примерно 1 до примерно 10 процентов по массе. Как правило, ингибиторы добавляют в избытке (например, по меньшей мере примерно 1000 ррт), поскольку при окислении указанные ингибиторы будут постепенно израсходоваться. Аскорбиновая кислота и гидрохинон особенно эффективно подавляют
35 окисление в абсорбирующем растворе малата натрия. Как ожидают, ЭДТУ является
эффективной в качестве ингибитора окисления при наличии в абсорбирующем растворе металлов.
[0046] Повышенная кислотность абсорбирующего раствора увеличивает эффективность отгонки диоксида серы. Таким образом, оставление маленькой 5 концентрации растворенного диоксида серы или сохранение некоторого количества сульфата в абсорбирующем растворе приводит к повышению эффективности десорбера. Например, маленькая концентрация сульфата натрия и/или сернистой кислоты в десорбере делает регенерацию абсорбирующего раствора менее энергоемкой. Согласно одному из вариантов реализации изобретения концентрацию соли серной кислоты 10 поддерживают в абсорбирующем растворе на уровне от примерно 0,5 до примерно 11 массовых процентов, предпочтительно, от примерно 3 до примерно 11 массовых процентов и в регенерированном водном абсорбирующем растворе оставляют небольшую долю диоксида серы, что, таким образом, делает указанный раствор несколько более кислым и, следовательно, делает десорбцию диоксида серы менее энергоемкой.
Получение отгоночного пара из отогнанного конденсата
[0047] Для обеспечения источника энергии для генерирования отгоночного пара, поток первичного газа-поглотителя 33 из десорбера для поглотительного раствора 30
20 компримируют в аппарате, подходящем для увеличения давления потока первичного газа-поглотителя. Подходящий аппарат включает механические компрессоры и термокомпрессоры (т. е., пароструйные эжекторы). Как показано на фиг. 1, поток первичного газа-поглотителя предпочтительно компримируют путем пропускания через пароструйный эжектор 36. После извлечения диоксида серы из остаточного газа
25 установки для контактного получения серной кислоты, пар, образующийся при рекуперации теплоты поглощения триоксида серы, может обеспечить энергетический пар для эжектора.
[0048] Хотя известны системы поглощения/десорбции для извлечения диоксида серы, в которых компримируют влажный газ-поглотитель диоксида серы и скрытую 30 теплоту конденсации водяного пара передают от сжатого газа в обогащенный диоксидом серы поглотительный раствор, в таких системах конденсат выходит из системы, насыщенный диоксидом серы. Если диоксид серы, выделяющийся из конденсата, не улавливают в отдельной системе, такая схема создает неприемлемые выбросы, которые также приравнивают к потере ценностей в виде диоксида серы.
[0049] В способе, описанном в упомянутом выше US 2012/0107209 А1, диоксид серы извлекают из конденсата в колонне для отгонки конденсата, но такой процесс влечет дополнительное потребление энергии.
[0050] Согласно способу, описанному в настоящем изобретении, энергию, 5 необходимую для отгонки конденсата, по существу получают путем применения отогнанного конденсата в качестве источника отгоночного пара для десорбера для поглотительного раствора. Дополнительный подвод энергии необходим для испарения конденсата при давлении, достаточном для переноса указанного конденсата в основание десорбера. В способе согласно изобретению, скрытая теплота водяного пара, который
10 является компонентом газа-поглотителя, обеспечивает такой источник энергии. Умеренное компримирование газа-поглотителя, выходящего из десорбера для поглотительного раствора, создает умеренную разность температур, достаточную для теплопередачи от сжатого газа-поглотителя в отогнанный конденсат, что, тем самым вызывает испарение отогнанного конденсата при давлении, достаточном переноса
15 образовавшегося пара в десорбер.
[0051] Компримирование потока влажного содержащего диоксид серы газа из десорбера предпочтительно увеличивает давление потока на величину приращения от примерно 30 кПа до примерно 65 кПа. Отделение диоксида серы усиливается при работе десорбера 30 при более низких давлениях (например, в вакууме), которые приводят к
20 возрастанию относительной летучести диоксида серы по сравнению с водой и усилению десорбции и уменьшению количества теоретических тарелок, необходимых для данного орошения. Кроме того, в такой системе более низкие давления приводят к более низким температурам, что позволяет применять пар с более низким давлением для нагревания обогащенного диоксидом серы поглотительного раствора. Однако использование энергии
25 является оптимальным при умеренно повышенных рабочих давлениях, и это также позволяет уменьшить требуемый диаметр башни 31 и связанные капитальные затраты. В качестве примера, работа десорбера при низком вакууме (например, при манометрическом давлении -35 кПа) и умеренное увеличение давления обогащенного диоксидом серы газа-поглотителя, выходящего из десорбера (например, при манометрическом давлении до
30 примерно 20 кПа) представляет один экономический подход. Тем не менее, работа десорбера при атмосферном давлении или выше также может быть привлекательным подходом. Экономическая оптимизация позволяет установить конкретные рабочие условия. При уравновешивании указанных соображений давление потока первичного газа-поглотителя, выходящего из десорбера для поглотительного раствора, наиболее
35 предпочтительно поддерживать в диапазоне от примерно 40 до примерно 170 кПа абс.
[0052] Находящийся под давлением поток содержащего диоксид серы газа-поглотителя направляют в холодильник/конденсатор 50 для первичного газа-поглотителя. Из потока первичного газа-поглотителя в холодильнике/конденсаторе 50 конденсируют значительную часть водяного пара путем косвенной передачи тепла в охлаждающую 5 среду. Согласно настоящему изобретению отогнанный конденсат в потоке 51, протекающем в холодильник/конденсатор 50 из колонны для отгонки конденсата или водяной колонны 60 (работа которой описана в настоящей заявке ниже), служит в качестве охлаждающей среды, при этом скрытая теплота конденсации передается в отогнанный конденсат и, тем самым, генерирует пар, который используют в качестве
10 отгоночной среды в десорбере для поглотительного раствора 30. Как показано на фиг. 1, отогнанный поток конденсата 51, выходящий из колонны 60, направляют в сепаратор пар-жидкость 52 (например, паровой барабан) и подвергают циркулированию через линию 54 между сепаратором и холодильником/конденсатором 50, в котором передача тепла из первичного газа-поглотителя вызывает генерирование пара 53 для десорбера. Отогнанный
15 конденсат и пар отделяют в сепараторе 52, пар направляют в десорбер 30 через линию 57, по меньшей мере часть конденсата циркулирует в холодильник/конденсатор для первичного газа-поглотителя 50 через линию 54, при этом другую часть можно рециркулировать и объединить с регенерированным абсорбирующим диоксид серы раствором 15 через линию 55 и возвратить в поглотитель 11, и/или часть 56 можно
20 удалить из системы. Согласно альтернативному варианту реализации, холодильник/конденсатор 50 для газа-поглотителя со стороны конденсата можно выполнить с возможностью высвобождения пара из воды внутри самого теплообменника, что позволяет потоку пара, не содержащему увлекаемую воду, проходить непосредственно из холодильника/конденсатора в поглотитель без необходимости
25 применения отдельного сепаратора пар/жидкость.
[0053] Пар, образующийся в холодильнике/конденсаторе 50 для первичного газа-поглотителя, вводят в десорбер 30 через линию 57, в котором указанный пар вступает в контакт с поглотительным раствором в зоне контакта пар/жидкость 32, при этом пар как поставляет тепло в поглотительный раствор, так и работает в качестве отдувочного газа
30 для удаления диоксида серы из жидкой фазы. Нагревание жидкой фазы в десорбере с поглотительной жидкостью уменьшает в ней равновесную концентрацию диоксида серы и увеличивает движущую силу, необходимую для переноса диоксида серы в паровую фазу. При передаче теплоты в жидкую фазу пар, полученный из отогнанного конденсата в холодильнике/конденсаторе 50, частично конденсируется внутри десорбера,
35 функционируя, таким образом, по существу в качестве конденсируемого отдувочного
газа. При необходимости, теплоту отгонки, поставляемую паром, получаемым из отогнанного конденсата в холодильнике/конденсаторе для первичного газа-поглотителя, можно дополнить теплотой, подаваемой из внешнего источника в ребойлере 37, через который циркулирует жидкая фаза из десорбера для поглотительного раствора. 5 Дополнительный ребойлер обеспечивает широкие возможности при регулировании водного баланса указанного процесса. Как правило, поглотительный раствор, проходящий через ребойлер, удаляют из поглощающего колодца десорбера и возвращают в нижнюю часть зоны контакта пар/жидкость 32, расположенную выше поглощающего колодца.
[0054] В холодильнике/конденсаторе 50 для первичного газа-поглотителя большую
10 часть водяного пара, содержащегося в потоке первичного газа-поглотителя 33, конденсируют и, таким образом, отводят большую часть скрытого теплота за счет переноса в отогнанный конденсат, возвращающийся из колонны для отгонки конденсата 60. Водный конденсат, полученный при конденсации водяного пара из потока первичного газа-поглотителя, содержит растворенный диоксид серы. Такой конденсат удаляют из
15 холодильника/конденсатора 50 и подают через линию 58 в колонну для отгонки конденсата или водяную колонну 60 и нагревают (например, паром или в ребойлере) для десорбирования диоксида серы и получения конденсатного газа-уловителя, содержащего водяной пар и диоксид серы, десорбированный из водного конденсата. Как показано на фиг. 1, конденсатный газ-уловитель объединяют с влажным содержащим диоксид серы
20 вентиляционным газом 59 из холодильника/конденсатора 50 для первичного газа-поглотителя. Объединенный конечный конденсатный газ-уловитель 61, выходящий из верхней части колонны для отгонки конденсата 60, охлаждают до температуры обычно ниже примерно 70°С в низкотемпературном конденсаторе 62 (например, с помощью охлаждающей воды при 50°С) для конденсирования водяного пара и получения потока
25 продукта 63, содержащего извлеченный диоксид серы. Как показано на фиг. 1, периферический дополнительный конденсат можно вытеснить из конденсатного газа-уловителя или объединенного конечного конденсатного газа-уловителя 61, выходящего из верхней части колонны для отгонки конденсата 60, путем пропускания газа сперва через теплообменник 64, в котором конденсатный газ-уловитель охлаждают за счет
30 теплопередачи в ту часть отработавшего газа 19, которая выходит из поглотителя 11. После охлаждения содержащий извлеченный диоксид серы поток продукта 63 выводят из процесса извлечения диоксида серы и направляют в пункт назначения, где указанный продукт можно использовать, например, в сушильную башню или на каталитическую стадию установки для контактного получения серной кислоты для превращения в
35 триоксид серы, в технологический процесс типа Клаус для получения элементарной серы,
в процесс производства сульфита или бисульфита щелочного металла, в бумагоделательный процесс или в компрессорную и холодильную установку для сжижения с получением жидкого диоксида серы.
[0055] Отогнанный поток конденсата 51, обедненный диоксидом серы, выводят из 5 нижней части колонны для отгонки конденсата 60 и направляют в холодильник/конденсатор 50 для первичного газа-поглотителя, в котором в результате конденсации водяного пара из сжатого потока первичного газа-поглотителя 33 происходит перенос тепла в конденсат из десорбера и, тем самым, образуется пар для применения в качестве теплоносителя и отдувочного газа (например, в качестве
10 конденсирующей отдувочной среды) в десорбере для поглотительного раствора 30. При необходимости, часть 56 можно удалить из системы.
[0056] Степень компримирования потока первичного газа-поглотителя 33 из десорбера для поглотительного раствора 30 должна быть достаточной для обеспечения достаточно высокой температуры сжатого пара, чтобы в холодильнике/конденсаторе 50
15 для первичного газа-поглотителя путем нагревания отогнанного конденсата можно было получить пар с давлением более высоким, чем давление в нижней (отгоночной) секции зоны контакта пар/жидкость 32 внутри башни 31. Но степень компримирования предпочтительно регулируют до минимума, необходимого для поступления пара, полученного из отогнанного конденсата, в десорбер. Более конкретно, предпочтительно,
20 чтобы пар получали из отогнанного конденсата при температуре не более чем на примерно 30°С выше температуры жидкой фазы внутри десорбера для поглотительного раствора на выходе 35 из него жидкости или более конкретно, не более чем на примерно 20°С или не более чем на примерно от 5 до примерно 10°С выше температуры жидкой фазы, выходящей из нижней части зоны контакта пар/жидкость 32 внутри десорбера.
25 Согласно некоторым особенно предпочтительным вариантам реализации изобретения температура пара, полученного путем нагревания отогнанного конденсата в холодильнике/конденсаторе 50 для первичного газа-поглотителя, всего лишь равна или может быть даже ниже температуры жидкой фазы внутри десорбера для поглотительного раствора на выходе из него жидкости или в нижней части зоны контакта пар/жидкость. В
30 общем, предпочтительно, что температура пара, полученного в холодильнике/конденсаторе 50 для первичного газа-поглотителя, не более чем на примерно ±Ю°С изменяется относительно температуры регенерированной абсорбирующей среды внутри десорбера на выходе из него жидкости или относительно температуры жидкой фазы, выходящей из нижней (отгоночной) секции зоны контакта
35 пар/жидкость внутри десорбера для поглотительного раствора. Чтобы пар поступал в
десорбер для поглотительного раствора, давление пара, полученного в холодильнике/конденсаторе 50, должно быть выше общего давления в десорбере и, следовательно, выше равновесного давления жидкой фазы внутри секции отгонки зоны контакта пар/жидкость, даже на выходе жидкой фазы из секции отгонки, в которой 5 парциальное давление диоксида серы стремится к нулю как к пределу.
[0057] Таким образом, результирующая движущая сила давления воды в паровой фазе вызывает конденсацию водяного пара в десорбере, независимо от разниц температур между паровой фазой и жидкой фазой, в результате чего происходит конденсация и нагревание жидкой фазы внутри секции отгонки в зоне контакта пар/жидкость, даже если
10 пар вводят в зону при температуре, не больше или даже несколько ниже температуры жидкой фазы. Из-за подавляющего воздействия растворенного вещества, т.е., сорбента, такого как соль многоосновной карбоновой кислоты, в жидкой фазе давление пара жидкой фазы может быть несколько ниже давления пара при той же температуре или даже при температуре жидкой фазы, несколько большей чем температуры пара.
15 [0058] Чтобы соответствовать указанным предпочтительным условиям, средняя
логарифмическая разность температур (At) в холодильнике/конденсаторе для первичного газа-поглотителя составляет не меньше примерно 1,5°С, примерно 2°С, примерно 3°С, примерно 4°С или примерно 5°С и не больше примерно 10°С, примерно 8°С, примерно 6°С или примерно 5°С. Например, средняя логарифмическая разность температур (At) в
20 холодильнике/конденсаторе для первичного газа-поглотителя составляет от примерно 1,5° до примерно 10°С, или от примерно 2° до примерно 9°С, или от примерно 2,5° до примерно 8°С.
[0059] В зависимости от общей энергии процесса и водного баланса объем отогнанного конденсата из колонны для отгонки конденсата 60 может превышать
25 потребность в паре в десорбере для поглотительного раствора 30. Соответственно, отогнанный конденсат можно целесообразно распределить между (i) потоком конденсата, направляемым в холодильник/конденсатор 50 для первичного газа-поглотителя, в качестве охлаждающей жидкости для конденсации воды из газа-поглотителя, и, тем самым, превращения отогнанного конденсата по меньшей мере частично в пар для
30 введения в десорбер для поглотительного раствора; и (ii) потоком отработавшей воды для удаления воды из указанного процесса.
[0060] Часть отогнанного конденсата из колонны для отгонки конденсата 60 в виде отработавшей воды можно также использовать для кондиционирования содержащего диоксид серы исходного газа или технологического потока сырьевого газа 10. Как
35 показано на фиг. 1, отогнанный конденсат из сепаратора пар-жидкость 52 пропускают
через линию 70 и вводят в сатуратор 71, установленный перед поглотителем диоксида серы 11 относительно направления потока сырьевого газа. Сатуратор может содержать одностадийный контактор (например, в общем состоящий из колонны или башни с уплотнением, содержащей насадку с неупорядоченным уплотнением или 5 структурированную насадку, или из распылительной колонны), в котором отогнанный конденсат вступает в контакт с газовым потоком, что, тем самым, увеличивает влажность сырьевого газа, поступающего в поглотитель диоксида серы. Поток воды, выходящий из сатуратора, можно удалить из указанного процесса. Сатуратор также охлаждает содержащий диоксид серы газ посредством охлаждения испарением и позволяет удалить
10 кислые газы (например, серную кислоту, соляную кислоту, триоксид серы) перед поступлением в поглотитель. Сатуратор преимущественно позволяет увлажнить поток сырьевого газа, используя воду более низкого качества, что обеспечивает дополнительное снижение производственных затрат по сравнению с увлажнением газа в поглотителе, в котором применяемая вода должна быть подвергнута деионизации или дистилляции для
15 избежания накопления примесей. Хотя выходящий из сатуратора поток воды насыщен диоксидом серы, объем такого потока является маленьким. Более того, когда, например, диоксид серы извлекают из остаточного газа установки по производству серной кислоты, нагруженный диоксидом серы поток воды, выходящий из сатуратора, можно использовать в качестве воды для разбавления в поглотителе SO3. В межпроходной установке воду
20 преимущественно используют для разбавления в межпроходном поглотителе, и минимальный участвующий в процессе поток нетто диоксида серы возвращается через установку для извлечения диоксида серы и не покидает указанный процесс.
[0061] Процесс, показанный на фиг. 1, позволяет компримировать поток первичного газа-поглотителя для обеспечения разности температур, вследствие чего
25 скрытая теплота, рекуперированная при конденсации водяного пара из первичного газа-поглотителя, передается в отогнанный конденсат для получения пара, который вводят для отгонки поглотительного раствора в десорбер для поглотительного раствора. Согласно настоящему изобретению предложены другие альтернативные варианты реализации для достижения указанной разности температур и проведения процесса отгонки.
30 [0062] На фиг. 2 приведен вариант реализации, альтернативный способу,
показанному на фиг. 1, в котором пар, полученный из отогнанного конденсата, компримируют с помощью компрессора 39 во время его прохождении между выходным отверстием для пара холодильника/конденсатора 50 и десорбером для поглотительного раствора 30. На указанном чертеже показано компримирование пара с помощью
35 механического компрессора, но для достижения требуемого компримирования пар также
можно ввести в горловину пароструйного эжектора. Устанавливают размер диаметра десорбера 30 и внутри зоны контакта пар/жидкость 32 десорбера 30 конструируют насадку или другую способствующую массопереносу структуру, позволяющую избежать избыточного падения давления при прохождении газовой/паровой фазы по направлению 5 вверх через зону. Устанавливают размеры выходного отверстия для первичного газа-поглотителя 34 и линии, применяемой для переноса потока первичного газа-поглотителя 33 в холодильник/конденсатор 50, таким образом, чтобы избежать избыточного падения давления. При сохранении давления со стороны первичного газа-поглотителя в холодильнике/конденсаторе 50, которое является более высоким, чем давление со
10 стороны отогнанного конденсата в указанном обменнике, устанавливают разность температур, при которой теплоту передают отогнанному конденсату, когда водяной пар конденсируется из потока первичного газа-поглотителя и образуется пар со стороны конденсата для применения в десорбере 30. Пар, образующийся в холодильнике/конденсаторе 50, вводят со стороны всасывания компрессора 39, который
15 компримирует пар для введения в десорбер через линию 57.
[0063] Для рекуперирования скрытой теплоты конденсации водяного пара из отдувочного газа компрессор 39 увеличивает давление пара до такого уровня, что при достижении первичным газом-поглотителем холодильника/конденсатора 50 давление со стороны газа-поглотителя в холодильнике/конденсаторе выше, чем давление пара,
20 полученного из отогнанного конденсата со стороны отогнанного конденсата в холодильнике/конденсаторе. Более конкретно, степень компримирования является достаточной, так что давление водонасыщения, при котором происходит конденсация водяного пара со стороны первичного газа-поглотителя в холодильнике/конденсаторе, выше, чем давление, при котором получают пар со стороны отогнанного конденсата в
25 холодильнике/конденсаторе.
[0064] Разность температуры и давления, достигаемая в способе, показанном на фиг. 2, является предпочтительно по существу такой же, что и разность, которая преобладает в холодильнике/конденсаторе 50 согласно варианту реализации изобретения, показанному на фиг. 1, в котором поток первичного газа-поглотителя компримируют во
30 время прохождения через выходное отверстие для газа десорбера во входное отверстие для газа холодильника/конденсатора. Абсолютное давление, преобладающее в зоне контакта пар/жидкость, предпочтительно также находится в одинаковом диапазоне для каждого из вариантов реализации изобретения, соответственно показанных на фиг. 1 и 2. В обоих случаях желательно поддерживать в десорбере давление несколько выше
35 атмосферного, например, от примерно 15 до примерно 18 psia (от примерно 100 до
примерно 125 кПа абс). Однако поскольку в процессе, показанном на фиг. 2, компримируют только пар, оптимальное давление в зоне отгонки поглотительного раствора в процессе, показанном на фиг. 2, может быть немного ниже оптимального давления в процессе, показанном на фиг. 1, в котором диоксид серы, являющийся 5 компонентом первичного газа-поглотителя, также должен быть компримирован при доведении парциального давления водяного пара до уровня, при котором водяной пар будет конденсироваться при температуре выше, чем температура кипения воды со стороны отогнанного конденсата в холодильнике/конденсаторе 50.
[0065] Оставшуюся часть процесса, показанного на фиг. 2, проводят по существу
10 способом, идентичным описанному выше со ссылкой на фиг. 1.
[0066] Хотя способы, показанные на фиг. 1 и 2, обеспечивают сравнимую энергетическую эффективность, преимущество способа, показанного на фиг. 2, заключается по существу в отсутствии диоксида серы из потока, подвергаемого компримированию. Это означает, что сжатая текучая среда в целом является менее
15 корродирующей, чем текучая среда, сжатая в процессе, показанном на фиг. 1 и, таким образом, обеспечивает экономию, как при техническом обслуживании, так и при выборе конструкционных материалов для изготовления компрессора или эжектора.
[0067] Зависимость от насыщенного пара, получаемого из отогнанного конденсата в холодильнике/конденсаторе для первичного газа-поглотителя, как единственного
20 источника энергии для отгонки диоксида серы из поглотительного раствора может привести к увеличению количества нетто воды в регенерированной абсорбирующей среде, циркулирующей обратно в поглотитель и, в конечном счете, в контуре циркуляции поглощающей среды между поглотителем и десорбером. Фактически, любая работа десорбера, основанная исключительно на остром паре, обязательно имеет такой эффект
25 вследствие приращения количества пара, который должен быть добавлен для обеспечения теплоты испарения диоксида серы, и приращения в результате потери теплоты в окружающую среду. Таким образом, регулирование водного баланса в указанном контуре циркуляции требует принятия некоторых мер для удаления водной фракции, которая в противном случае может накапливаться при такой схеме работы. Для этой цели имеются
30 различные средства. Например, энергия, подаваемая от внешнего источника в ребойлер 37, может немного повысить температуру первичного газа-поглотителя с тем, чтобы указанный газ переносил несколько более высокое количество водяного пара, и холодильник/конденсатор для первичного газа-поглотителя может работать при немного более высокой At и немного более высокой температуре вентиляционного газа для
35 удаления приращенного водяного пара в достаточном количестве и сохранения водного
баланса. Такой процесс может потребовать несколько большего компримирования первичного газа-поглотителя в варианте реализации изобретения, показанном на фиг. 1, или несколько большего компримирования отгоночного пара в варианте реализации изобретения, показанном на фиг. 2. Согласно альтернативному варианту реализации 5 некоторая часть или весь регенерированный поглотительный раствор может обходить обменник 40 и/или концевой холодильник 42, что, тем самым, позволяет поглотителю работать при немного более высокой температуре, что приводит к постепенному увеличению содержание водяного пара в отработавшем газе для поддержания баланса.
[0068] При типичном технологическом процессе, показанном на фиг. 1, примерно
10 2% увеличение объема воды происходит во время каждого оборота контура поглотителя/десорбера. Согласно одному из вариантов реализации изобретения, в котором топочный газ, содержащий диоксид серы на уровнях, отражающих содержание серы в угле или другом серосодержащем углеродном топливе, подают в поглотитель при 27°С, баланс можно обеспечить путем обхода регенерированной абсорбирующей среды вокруг
15 обменника 40 и концевого холодильника 42 и подачи абсорбирующей среды в поглотитель при 40°С. Отработавший газ, выходящий из поглотителя при 35°С, содержит достаточное количество водяного пара, чтобы уравновесить указанное увеличение объема, возникающее в результате приращения пара, необходимого для испарения диоксида серы из поглотительного раствора в десорбере для поглотительного раствора.
Извлечение диоксида серы из потоков богатого газа
[0069] Способ согласно настоящему изобретению подходит для извлечения диоксида серы из остаточного газа установки для контактного получения серной кислоты
25 и других процессов, в которых образуются выбросы, содержащие сравнительно небольшие количества диоксида серы. Однако указанный способ применим и к другим технологическим операциям, требующим извлечение диоксида серы, в том числе процессам, в которых происходит образование потоков сравнительно богатых газов, обогащенных диоксидом серы. Поскольку реакции поглощения диоксида серы из
30 сырьевого газа обычно являются экзотермическими, происходит выделение значительного количества теплоты реакции в поглотителе, в котором указанный процесс используется для извлечения диоксида серы из богатых газов, содержащих, например, от примерно 2 до примерно 4 % об. диоксида серы или выше, в том числе, из газовых потоков, в которых содержание диоксида серы может доходить до 10 % об., 15 % об., 20 % об., 25 % об., 30 %
35 об., 40 % об. или даже выше. Например, концентрация диоксида серы может составлять
по меньшей мере примерно 4 % об., или по меньшей мере примерно 5 % об., или по меньшей мере примерно 10 % об., или по меньшей мере примерно 15 % об., или по меньшей мере примерно 20 % об., или по меньшей мере примерно 30 % об.
[0070] Способ согласно изобретению может быть вполне легко адаптирован к 5 извлечению диоксида серы из потоков указанных богатых газов с высоким содержанием диоксида серы. Однако, когда содержание диоксида серы в газовом потоке высоко, физическое тепло, генерируемое в экзотермической реакции поглощения, может резко повысить температуру поглотительного раствора, в некоторых случаях до уровней, которые могут серьезно ухудшить эффективность поглощения и/или абсорбирующую
10 способность циркулирующей абсорбирующей среды. Например, в абсорбирующей системе, в которой в качестве сорбента используют тетраглим, при достижении концентрации диоксида серы в поступающем сырьевом газе 2,9 % об., температура поглотительного раствора может возрасти от обычно предпочтительной температуры 17°С до температуры 30°С при иных подходящих отношениях L/G в поглотителе. Когда
15 содержание диоксида серы в поступающем газе составляет 43 мольн. %, температура обычно может увеличиться от 17° до 49°С. Для абсорбирующей системы, содержащей тетраглим, такой рост температуры может серьезно ухудшить способность абсорбирующей среды к поглощению диоксида серы.
[0071] На фиг. 3 и 4 проиллюстрировано негативное влияние температуры на
20 равновесную абсорбирующую способность двух известных абсорбирующих диоксид серы растворителей. Как показано на фиг. 3, при применении 100 % масс, тетраглима (100S) в качестве сорбента и содержании SO2 в газе 4 мольн. % сорбционная емкость абсорбирующей среды значительно уменьшается при повышении температуры даже в узком диапазоне от 20° до 30°С. Абсорбирующая способность продолжает падать даже
25 при более высоких температурах, хотя указанное снижение является менее резким. Как показано на фиг. 4, при содержании в сырьевом газе 30 мольн. % SO2, абсорбирующая способность чистого тетраглима (100S) уменьшается при увеличении температуры более равномерно. Как также показано на фиг. 3 и 4, сравнимые снижения абсорбирующей способности происходят при применении другого сорбента на основе тетраглима, т.е.,
30 955_5 W (95 % масс, тетраглима и 5 % масс. воды). Таким образом, для богатых газов, содержащих более чем 2 % об. диоксида серы, в целом требуются повышенные расходы абсорбирующей среды для уменьшения степени повышения температуры в жидкой фазе, проходящей через поглотитель, что приводит к сравнительно более низким концентрациям диоксида серы в обогащенном диоксидом серы поглотительном растворе.
[0072] Увеличенный поток абсорбирующей среды и поглотительного раствора воздействует на десорбер для поглотительного раствора в двух важных направлениях. Такой поток увеличивает потребление энергии на нагревание поглотительного раствора до температуры, подходящей для отгонки из него диоксида серы, снижая, таким образом, 5 энергетическую эффективность процесса. Но он также приводит к повышенному массовому расходу по всему объему отгоночной колонны, что увеличивает диаметр колонны в целом, необходимый для размещения потока жидкости без затопления зоны контакта пар/жидкость. Кроме того, необходимость применения повышенного диаметра абсорбционной колонны также диктуют более высокие скорости потока жидкой фазы.
10 [0073] Согласно дополнительной предпочтительной особенности способа
поглощения диоксида серы охлаждение обеспечивают на основе поглотителя с тем, чтобы уменьшить повышение температуры в абсорбирующей среде при ее прохождении через зону поглощения (т.е., контакта газ/жидкость) и, таким образом, позволить как поглотителю, так и десорберу работать при сравнительно низких отношениях L/G.
15 Регулирование повышения температуры в абсорбирующей среде, особенно в нижней части зоны поглощения, позволяет сохранить равновесную адсорбционную емкость абсорбирующей среды и, таким образом, сохранить движущую силу для массопереноса диоксида серы из газовой фазы в жидкую фазу внутри зоны поглощения, а также движущую силу для реакции диоксида серы с сорбентом в жидкой фазе. Сравнительно
20 более низкие температуры жидкой фазы также поддерживают степень превращения в аддукт диоксида серы внутри жидкой фазы, в которой реакция между диоксидом серы и сорбентом представляет собой экзотермическую равновесную реакцию. Поглотительный раствор предпочтительно удаляют из зоны контакта газ/жидкость внутри поглотителя, при этом указанный раствор циркулирует через внешний теплообменник и возвращается в
25 зону поглощения. Более конкретно, циркулирующий поглотительный раствор удаляют из зоны контакта газ/жидкость в области, расположенной ниже области, в которую охлажденный циркулирующий поглотительный раствор возвращают в указанную зону, ограничивая, таким образом, секцию внутри зоны поглощения, расположенную ниже области, в которую возвращается охлажденный поглотительный раствор, внутри которой
30 предпочтительно происходит большая часть поглощения диоксида серы и выделяется основная часть теплоты поглощения.
[0074] Например, как показано на фиг. 5, часть горячего обогащенного диоксидом серы поглотительного раствора 17 удаляют через выходное отверстие для жидкости 18 или удаляют из области 13.1, расположенной вблизи нижней части вертикальной зоны
35 контакта газ/жидкость 13 в поглотителе 11, и подвергают циркуляции через внешний
теплообменник 80, в котором теплоту поглощения отводят путем переноса в охлаждающую жидкость. Охлажденный поглотительный раствор возвращают в поглотитель в область 13.2 зоны контакта газ/жидкость, которая расположена выше области, из которой удаляют горячий поглотительный раствор, но находится ниже 5 верхней части зоны контакта газ/жидкость. Более предпочтительно, когда область 13.2, в которую возвращают охлажденный циркулирующий поглотительный раствор, расположена в нижней части зоны контакта газ/жидкость.
[0075] Циркуляция поглотительного раствора между поглотителем диоксида серы 11 и внешним теплообменником 80 обуславливает повышенный массовый расход и
10 неизбежное обратное смешивание поглотительного раствора в секции циркуляции зоны поглощения, расположенной между областями 13.1 и 13.2, и такое смешивание может немного компенсировать увеличение массопереноса для удаления диоксида серы в указанной секции зоны. Поэтому область возврата 13.2 предпочтительно расположена ниже верхней части зоны контакта газ/жидкость на расстоянии, равном высоте по
15 меньшей мере одного элемента переноса, ограничивая, тем самым, секцию ректификации зоны поглощения, содержащей по меньшей мере один элемент переноса, расположенный ниже верхней части зоны. Секция ректификации предпочтительно содержит по меньшей мере два элемента переноса. Также предпочтительно, когда область возврата 13.2 расположена выше области удаления 13.1. на расстоянии, равном высоте по меньшей мере
20 одного элемента переноса, более предпочтительно, по меньшей мере двух элементов переноса. Для обеспечения достаточной способности к массопереносу как в секции циркуляции зоны поглощения, расположенной между областью возврата 13.2 и областью удаления 13.1, так и в секции ректификации, расположенной между областью возврата 13.2 и верхней частью зоны поглощения, зона поглощения в целом предпочтительно
25 содержит по меньшей мере три, более предпочтительно, по меньшей мере четыре элемента переноса. Поскольку внутри секции ректификации как газовый, так и жидкий потоки протекают по существу в пробковом режиме потока, в этой секции обеспечена максимальная движущая сила массопереноса, что позволяет уменьшить концентрацию диоксида серы в отработавшем газе до уровня, соответствующего техническим
30 нормативам выбросов. Правильный выбор местоположения области 13.2 возврата циркулирующей жидкости основан на выборе области, в которой уровень диоксида серы в газе, проходящем по направлению вверх относительно указанной области, не достаточно высокий, чтобы генерировать теплоту поглощения/реакции в секции ректификации, что оказывало бы значительный негативный эффект на абсорбирующую способность водной
35 абсорбирующей среды или на движущую силу массопереноса в секции ректификации.
[0076] Когда сорбент представляет собой тетраглим, температуру области 13.2, в которую в зону контакта газ/жидкость возвращается охлажденный циркулирующий поглотительный раствор, предпочтительно поддерживают на уровне не больше примерно 40°С, более предпочтительно, не больше примерно 30°С, наиболее типично, от примерно 5 15° до примерно 25°С. В системе на основе тетраглима температуру области 13.1, из которой из зоны контакта газ/жидкость удаляют горячий циркулирующий поглотительный раствор, предпочтительно поддерживают на уровне не больше примерно 45°С, более предпочтительно, не больше 35°С, наиболее типично, от примерно 15° до примерно 30°С. Специалист в данной области техники поймет, что различные, в
10 некоторых случаях, существенно различные, диапазоны температур являются оптимальными и для других сорбентов. Например, когда сорбент представляет собой малат натрия, температуру в области 13.2, в которую в зону контакта газ/жидкость возвращается охлажденный циркулирующий поглотительный раствор, поддерживают на уровне не больше примерно 45°С, более предпочтительно, не больше примерно 45°С,
15 наиболее типично, от примерно 20° до примерно 40°С. В этом случае температуру области 13.1, из которой из зоны контакта газ/жидкость удаляют горячий циркулирующий поглотительный раствор, предпочтительно поддерживают на уровне не больше примерно 50°С, более предпочтительно, не больше 40°С, наиболее типично, от примерно 25° до примерно 35°С. В каждом случае скорость циркуляции между областями 13.1 и 13.2
20 обусловлена указанными температурными ограничениями и единичной выработкой энергии процесса поглощения.
[0077] В целях удобства, перед внешним теплообменником 80 часть прямого потока горячего обогащенного диоксидом серы поглотительного раствора 17 удаляют из потока циркулирующего поглотительного раствора и направляют в десорбер для
25 поглотительного раствора 30.
[0078] Местоположение области 13.2 возврата циркулирующего поглотительного раствора можно выбрать на основе профиля поглощения для зоны поглощения диоксида серы. Типичные профили при применении различных абсорбирующих сред показаны на фиг. 6.
30 [0079] Когда при контакте сырьевого газа с абсорбирующей средой в зоне
контакта газ/жидкость поглощение происходит немедленно и по существу является количественным, одного поглотительного раствора, охлаждающего контур циркуляции, обычно достаточно для сохранения эффективности поглощения и регулирования объемного расхода поглотительного раствора до уровня, соответствующего
35 эффективному использованию энергии в десорбере для поглотительного раствора. Однако
когда сродство сорбента к диоксиду серы более ограничено, что также желательно для целей эффективной работы десорбера для поглотительного раствора, градиент концентрации диоксида серы по всему объему зоны поглощения, т.е., скорость, с которой концентрация диоксида серы в газовом потоке (и потоке жидкости) уменьшается с 5 расстоянием над входным отверстием для газа в зону поглощения, может быть только умеренной. В таких условиях большую эффективность при работе поглотителя и десорбера можно реализовать путем применения двух или более охлаждающих контуров, расположенных вертикально вдоль пути прохождения газового потока внутри зоны поглощения (т.е., контакта газ/жидкость). Например, на фиг. 5 показаны два таких
10 охлаждающих контура. Во втором охлаждающем контуре вторую часть горячего обогащенного диоксидом серы поглотительного раствора, проходящего вниз в зону контакта газ/жидкость 13 поглотителя 11, удаляют из области 13.3, расположенной выше области 13.2, в которую в зону контакта газ/жидкость возвращают охлажденный циркулирующий поглотительный раствор в первом охлаждающем контуре, и подвергают
15 циркуляции через внешний теплообменник 81, в котором теплоту поглощения отводят путем переноса в охлаждающую жидкость. Охлажденный поглотительный раствор возвращают в поглотитель в область 13.4 зоны контакта газ/жидкость, расположенную выше области 13.3, из которой удаляют горячий поглотительный раствор, но находящуюся ниже верхней части зоны контакта газ/жидкость.
20 [0080] На фиг. 7 показана работа системы поглотитель/десорбер, в которой
диоксид серы имеет только умеренное сродство в отношении сорбента, так что градиент диоксида серы сравнительно пологий. На фиг. 7 построен график температуры поглотительного раствора и концентрации диоксида серы в газовом потоке внутри зоны поглощения, в каждом случае как функции местоположения в зоне поглощения,
25 выраженном как расстояние в элементах переноса от верхней части, т.е., выходного отверстия для газа указанной зоны, при этом различные кривые для указанных систем, соответственно, не содержат охлаждающих контуров, содержат один охлаждающий контур, два охлаждающих контура и три охлаждающих контура. Данные о влиянии одного, двух или трех охлаждающих контуров также приведены ниже в таблице 1.
Расход растворителя (млн. фунтов/час) (млн. кг/час)
2Д (0,94)
1,6 (0,73)
1,3 (0,59)
1,3 (0,59)
Нагрузка ребойлера (млн. БТЕ /час) (млн. кДж/час)
70,5 (74,3)
59,4 (62,6)
53,3 (56,2)
52,7 (55,6)
Пар: отношение SO2
1,1
0,93
0,83
0,82
Экономия на паре
15,70%
24,40%
25,20%
[0081] Данные, нанесенные на график на фиг. 7 и обобщенные в таблице 1 относятся к абсорбирующей диоксид серы системе, в которой поглотитель содержит 15 тарелок (по существу соответствующих элементам переноса). В каждом случае, когда 5 охлаждают циркулирующий поглотительный раствор, имеется по меньшей мере один контур, в котором область удаления представляет собой тарелку 15 и область возврата представляет собой тарелку 13, т.е., область возврата расположена на расстоянии, равном высоте по существу двух элементов переноса, от нижней части зоны поглощения и находится на расстоянии, равном высоте 12 элементов, от верхней части зоны. При
10 добавлении второго контура область удаления представляет собой тарелку 10, и область возврата представляет собой тарелку 8, а при применении третьего контура область удаления представляет собой тарелку 5 и область возврата представляет собой тарелку 3.
[0082] Указанные графики и обобщенные в таблице данные графически иллюстрируют значение одного или более охлаждающих контуров в улучшении общей
15 энергетической эффективности способа. Как показано в таблице 1, один охлаждающий контур позволяет уменьшить количество пара, применяемого в десорбере для поглотительного раствора, на примерно 15% по сравнению с функционированием без охлаждения. Работа с применением двух охлаждающих контуров снижает потребление пара на 24% по сравнению с работой без охлаждения; и работа с тремя контурами
20 позволяет уменьшить потребление пара на 25% по сравнению с функционированием без охлаждения. При отсутствии охлаждения температура достигает максимально 31°С. Такая максимальная температура падает до 27°С, 22,5 и 19°С, соответственно при введении одного, двух или трех охлаждающих контуров циркуляции.
[0083] По сравнению с системой, работа которой показана на фиг. 7 и в таблице 1,
25 как правило, было бы целесообразно применять только один охлаждающий контур в способе поглощения диоксида серы, в котором в качестве сорбента используют многоосновную кислоту, такую как малат натрия.
[0084] Оставшуюся часть процесса, показанного на фиг. 5, проводят по существу способом, описанным выше со ссылкой на фиг. 1 или фиг. 2. Однако следует понимать,
30 что регулирование роста температуры в абсорбирующей среде внутри поглотителя 11
согласно настоящему изобретению можно осуществлять независимо от обеспечения источника энергии для получения отгоночного пара путем компримирования потока первичного газа-поглотителя или пара, полученного из отогнанного конденсата (т.е., указанный процесс может полностью зависеть от ребойлера 37 как источника энергии для 5 отгоночной колонны 30 для поглотительного раствора).
[0085] При введении элементов настоящего изобретения или его предпочтительного варианта (вариантов) реализации подразумевают, что существительные в единственном или множественном числе означают один или более элементов. Подразумевают, что термины "содержащий", "включающий" и "имеющий" 10 являются включающими терминами и означают, что могу быть дополнительные элементы, отличные от перечисленных элементов.
[0086] С учетом изложенного выше, будет видно, что предложено несколько предметов изобретения и достигнуты другие преимущественные результаты.
[0087] Поскольку в описанных выше композициях и способах могут быть сделаны 15 различные изменения, лежащие в пределах объема изобретения, предполагают, что весь материал, содержащийся в приведенном выше описании, следует рассматривать как иллюстративный, а не в ограничивающем смысле.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ селективного удаления и извлечения загрязняющего газа из исходного содержащего загрязняющее вещество газа, включающий:
приведение подаваемого газового потока, содержащего исходный газ, в поглотителе загрязняющего газа в контакт с водной абсорбирующей средой, содержащей сорбент для загрязняющего газа, тем самым, абсорбируя загрязняющий газ из подаваемого газового потока в абсорбирующую среду и получение отработанного газа из которого загрязняющий газ удален и обогащенного загрязняющим веществом абсорбирующего раствора;
приведение обогащенного загрязняющим веществом абсорбирующего раствора в контакт с паром для отгонки в отпарной секции для абсорбирующего раствора для десорбирования загрязняющего вещества из обогащенного загрязняющим веществом абсорбирующего раствора и, тем самым, получения регенерированной абсорбирующей загрязняющее вещество среды и первичного отходящего газа отпарной секции, содержащего водяной пар и загрязняющий газ;
извлечение регенерированной абсорбирующей среды через выходное отверстие для жидкости в отпарной секции для абсорбирующего раствора и первичного отходящего газа отпарной секции через выходное отверстие для пара в отпарной секции для абсорбирующего раствора;
сжатие первичного отходящего газа отпарной секции;
конденсацию воды из сжатого первичного отходящего газа отпарной секции путем косвенной передачи тепла от сжатого первичного отходящего газа отпарной секции в охлаждающую среду в холодильнике/конденсаторе для первичного газа отпарной секции и, тем самым, получение содержащего загрязняющее вещество конденсата;
приведение содержащего загрязняющее вещество конденсата, выходящего из холодильника/конденсатора для первичного газа отпарной секции, в контакт с паром в секции для отпаривания конденсата с получением отпаренного конденсата и конденсата отходящего газа секции для отпаривания конденсата, содержащего водяной пар и загрязняющий газ;
причем охлаждающая среда, в которую передают тепло от сжатого первичного отходящего газа отпарной секции в холодильнике/конденсаторе для первичного газа отпарной секции, содержит по меньшей мере часть отпаренного конденсата и, тем самым, генерирует пар от отпаренного конденсата при давлении, превышающем давление внутри отпарной секции для абсорбирующего раствора на выходе из него жидкости; и
введение пара, полученного из отпаренного конденсата в холодильнике/конденсаторе для первичного газа отпарной секции, в отпарную секцию для абсорбирующего раствора в качестве пара для отпарки для приведения в контакт с обогащенным загрязняющим веществом абсорбирующим раствором для десорбирования из него загрязняющего вещества.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отпарная секция для абсорбирующего раствора включает колонну, содержащую вертикальную зону контакта пар/жидкость и пар, полученный в холодильнике/конденсаторе для первичного газа отпарной секции, вводят в нижнюю часть зоны пар/жидкость, а обогащенный загрязняющим веществом абсорбирующий раствор вводят в верхнюю часть зоны пар/жидкость.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что первичный отходящий газ отпарной секции удаляют через выходное отверстие для пара в отпарной секции для абсорбирующего раствора, расположенное в верхней части зоны контакта пар/жидкость, и регенерированную абсорбирующую загрязняющее вещество среду удаляют через выходное отверстие для жидкости в отпарной секции для абсорбирующего раствора, расположенное в нижней части зоны контакта пар/жидкость.
4. Способ по п. 2 или 3, отличающийся тем, что пар, полученный из отпаренного конденсата в холодильнике/конденсаторе для первичного газа отпарной секции, вводят в нижнюю часть зоны контакта пар/жидкость отпарной секции для абсорбирующего раствора, при этом по меньшей мере часть пара конденсируется в зоне контакта пар/жидкость с нагреванием жидкой фазы, в результате чего происходит уменьшение равновесной концентрации загрязняющего вещества в жидкой фазе и увеличение движущей силы для переноса загрязняющего вещества в паровую фазу.
5. Способ по любому из п.п. 1-4, дополнительно включающий циркулирование части регенерированной абсорбирующей среды, извлеченной из отпарной секции для абсорбирующего раствора, через ребойлер, при этом указанную среду нагревают паром, поступающим из внешнего источника.
6. Способ по любому из п.п. 1-5, отличающийся тем, что температура пара, поступающего из холодильника/конденсатора для первичного газа отпарной секции в отпарную секцию для абсорбирующего раствора, не более чем на от примерно 5° до
2.
примерно 10°С выше температуры жидкой фазы внутри отпарной секции для абсорбирующего раствора на выходе из нее жидкости или в нижней части зоны контакта пар/жидкость.
7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что температура пара, поступающего из холодильника/конденсатора для первичного газа отпарной секции в отпарную секцию для абсорбирующего раствора равна или меньше температуры жидкой фазы внутри отпарной секции для абсорбирующего раствора на выходе из нее жидкости или в нижней части зоны контакта пар/жидкость.
8. Способ по п. 6 или 7, отличающийся тем, что температура пара, поступающего из холодильника/конденсатора для первичного газа отпарной секции в отпарную секцию для абсорбирующего раствора изменяется относительно температуры жидкой фазы внутри отпарной секции для абсорбирующего раствора на выходе из него жидкости или относительно температуры жидкой фазы в нижней части зоны контакта пар/жидкость, не более чем на примерно ±Ю°С
9. Способ по любому из п.п. 1-8, отличающийся тем, что средняя логарифмическая разность температур (At) в холодильнике/конденсаторе для первичного газа отпарной секции составляет не больше примерно 10°С, примерно 8°С, примерно 6°С или примерно 5°С.
10. Способ по любому из п.п. 1-9, отличающийся тем, что средняя логарифмическая разность температур (At) в холодильнике/конденсаторе для первичного газа отпарной секции составляет не меньше чем примерно 1,5°С, примерно 2°С, примерно 3°С, примерно 4°С или примерно 5°С.
11. Способ по любому из п.п. 1-9, отличающийся тем, что средняя логарифмическая разность температур (At) в холодильнике/конденсаторе для первичного газа отпарной секции составляет от примерно 1,5° до примерно 10°С или от примерно 2° до примерно 9°С или от примерно 2,5° до примерно 8°С.
12. Способ по любому из п.п. 1-11, отличающийся тем, что давление первичного отходящего газа отпарной секции, выходящего из отпарной секции для абсорбирующего раствора, составляет от примерно 40 и примерно 170 кПа абс.
9.
13. Способ по любому из п.п. 1 - 12, отличающийся тем, что сжатие первичного отходящего газа отпарной секции, выходящего из отпарной секции для абсорбирующего раствора увеличивает его давление на от примерно 30 до примерно 65 кПа.
14. Способ по любому из п.п. 1 - 13, отличающийся тем, что первичный отходящий газ отпарной секции, выходящий из отпарной секции для абсорбирующего раствора сжимают путем пропускания через пароструйный эжектор и сжатый первичный газ отпарной секции подают в холодильник/конденсатор для первичного газа отпарной секции.
15. Способ по любому из п.п. 1 - 14, отличающийся тем, что конечный газ отпарной секции пропускают через концевой конденсатор для конденсации содержащегося в нем водяного пара, при этом конечный газ отпарной секции содержит поток, объединяющий отходящий газ секции для отпаривания конденсата и вентиляционный газ из холодильника/конденсатора для первичного газа отпарной секции.
16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что конденсат из концевого конденсатора возвращают в секцию для отпаривания конденсата.
17. Способ по любому из п.п. 1-16, отличающийся тем, что отпаренный конденсат из секция для отпаривания конденсата разделяют с получением: (Г) потока конденсата, направляемого в холод ил ьник/конденсатор для первичного газа отпарной секции в качестве охлаждающей среды для конденсации воды из первичного отходящего газа отпарной секции и получения пара для введения в отпарную секцию для абсорбирующего раствора; и (й) потока отработавшей воды для удаления воды из указанного процесса.
18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что по меньшей мере часть потока отработавшей воды приводят в контакт с содержащим загрязняющие вещества исходным газом или подаваемым газовым потоком в сатураторе, установленном перед поглотителем загрязняющего газа относительно потока исходного газа, что, тем самым, увеличивает влажность подаваемого газового потока, поступающего в поглотитель загрязняющего газа.
9.
19. Способ по п. 18, отличающийся тем, что поток воды, выходящий из сатуратора, удаляют из указанного процесса.
20. Способ по любому из п.п. 1-19, отличающийся тем, что регенерированную водную абсорбирующую среду повторно направляют в поглотитель загрязняющего газа для дальнейшего поглощения загрязняющего вещества из дополнительного подаваемого газового потока.
21. Способ по п. 20, отличающийся тем, что рециркулируемую регенерированную водную абсорбирующую среду пропускают через обменник для абсорбирующего раствора в процессе рециркуляции из отпарной секции для абсорбирующего раствора в поглотитель загрязняющего газа, при этом обогащенный загрязняющим веществом абсорбирующий раствор пропускают через обменник в процессе переноса из поглотителя загрязняющего газа в отпарную секцию для абсорбирующего раствора, причем теплоту передают от регенерированной абсорбирующей среды в обогащенный загрязняющим веществом абсорбирующий раствор внутри обменника.
22. Способ по п.п. 1-21, отличающийся тем, что отработанный газ, из которого удален загрязняющий газ, выходит из поглотителя загрязняющего газа и проходит через концевой холодильник для загрязняющего газа, в котором передают теплоту от конечного отходящего газа отпарной секции в отработанный газ, при этом конечный отходящий газ отпарной секции содержит поток, объединяющий конденсированный отходящий газ отпарной секции и вентиляционный газ из холодильника/конденсатора для первичного отходящего газа отпарной секции.
23. Способ по п. 22, зависимому от п. 16, отличающийся тем, что концевой холодильник для загрязняющего газа расположен перед концевым конденсатором относительно потока конечного отходящего газа отпарной секции.
24. Способ по любому из п.п. 1 - 23, отличающийся тем, что обогащенный загрязняющим газом абсорбирующий раствор циркулирует между поглотителем загрязняющего газа и внешним теплообменником, в котором теплоту поглощения отводят путем переноса в охлаждающую жидкость.
9.
25. Способ по п. 24, отличающийся тем, что поглотитель загрязняющего газа включает колонну, содержащую вертикальную противоточную зону контакта газ/жидкость, при этом подаваемый газовый поток вводят в нижнюю часть зоны контакта газ/жидкость, абсорбирующую загрязняющий газ среду вводят в верхнюю часть зоны контакта газ/жидкость, отработанный газ удаляют из верхней части зоны контакта газ/жидкость и обогащенный загрязняющим веществом абсорбирующий раствор удаляют из нижней части зоны контакта газ/жидкость.
26. Способ по п. 25, отличающийся тем, что горячий циркулирующий абсорбирующий раствор удаляют из зоны контакта газ/жидкость в области, расположенной ниже области, в которую в указанную зону контакта газ/жидкость возвращают охлажденный циркулирующий абсорбирующий раствор.
27. Способ по п. 25 или 26, отличающийся тем, что зона контакта газ/жидкость содержит множество элементов переноса и охлажденный циркулирующий абсорбирующий раствор возвращают в зону контакта газ/жидкость в область, расположенную ниже верхней части зоны контакта газ/жидкость на расстоянии, равном высоте по меньшей мере одного элемента переноса.
28. Способ по п. 27, отличающийся тем, что охлажденный циркулирующий абсорбирующий раствор возвращают в зону контакта газ/жидкость в область, расположенную ниже верхней части зоны контакта газ/жидкость на расстоянии, равном высоте по меньшей мере двух элементов переноса или по меньшей мере трех элементов переноса.
29. Способ по п. 27 или 28, отличающийся тем, что горячий циркулирующий абсорбирующий раствор удаляют из зоны контакта газ/жидкость в области, расположенной ниже области, в которую в указанную зону контакта газ/жидкость возвращают охлажденный циркулирующий абсорбирующий раствор, на расстоянии, равном высоте по меньшей мере одного элемента переноса.
30. Способ по п. 29, отличающийся тем, что горячий циркулирующий абсорбирующий раствор удаляют из зоны контакта газ/жидкость в области, расположенной ниже области, в которую в указанную зону контакта газ/жидкость
9.
возвращают охлажденный циркулирующий абсорбирующий раствор, на расстоянии, равном высоте по меньшей мере двух элементов переноса.
31. Способ по п. 29 или 30, отличающийся тем, что горячий циркулирующий
абсорбирующий раствор удаляют по существу из нижней части зоны контакта
газ/жид кость.
32. Способ по любому из п.п. 1-31, отличающийся тем, что загрязняющий газ выбирают из группы, состоящей из SO2, СО2, NOx, H2S, НС1 и аммиака.
33. Способ по любому из п.п. 1-31, отличающийся тем, что загрязняющий газ содержит кислый газ.
34. Способ по любому из п.п. 1-31, отличающийся тем, что загрязняющий газ содержит диоксид серы.
35. Способ по любому из п.п. 24 - 34, отличающийся тем, что содержание загрязняющего газа в подаваемом газовом потоке составляет по меньшей мере примерно 4 % об., или по меньшей мере примерно 5 % об., или по меньшей мере примерно 10 % об., или по меньшей мере примерно 15 % об., или по меньшей мере примерно 20 % об., или по меньшей мере примерно 30 % об.
36. Способ по п. 35, отличающийся тем, что охлажденный циркулирующий абсорбирующий раствор возвращают в зону контакта газ/жидкость при температуре не больше примерно 40°С.
37. Способ по п. 35 или 36, отличающийся тем, что горячий циркулирующий абсорбирующий раствор удаляют из зоны контакта газ/жидкость при температуре не больше примерно 50°С.
38. Способ по п. 37, отличающийся тем, что горячий циркулирующий абсорбирующий раствор удаляют из зоны контакта газ/жидкость при температуре от примерно 25° до примерно 35°С.
35.
39. Способ по любому из п.п. 24 - 38, отличающийся тем, что часть прямого потока
обогащенного загрязняющим веществом абсорбирующего раствора удаляют из
поглотителя загрязняющего газа, расположенного перед внешним теплообменником, и
указанную часть прямого потока вводят в отпарную секцию для абсорбирующего
раствора.
40. Способ селективного удаления и извлечения загрязняющего газа из
содержащего загрязняющее вещество исходного газа, включающий:
приведение подаваемого газового потока, содержащего исходный газ, в поглотителе загрязняющих веществ в контакт с водной абсорбирующей средой, содержащей сорбент для загрязняющего газа, и, тем самым, поглощение загрязняющего вещества из подаваемого газового потока в абсорбирующую среду и получение отработанного газа, из которого было удалено загрязняющее вещество, и обогащенного загрязняющим веществом абсорбирующего раствора;
приведение обогащенного загрязняющим веществом абсорбирующего раствора в контакт с паром для отпарки в отпарной секции для абсорбирующего раствора для десорбирования загрязняющего вещества из обогащенного загрязняющим веществом абсорбирующего раствора и, тем самым, получения регенерированной абсорбирующей загрязняющее вещество среды и первичного отходящего газа отпарной секции, содержащего водяной пар и загрязняющий газ;
извлечение регенерированной абсорбирующей среды через выходное отверстие для жидкости в отпарной секции для абсорбирующего раствора и первичного отходящего газа отпарной секции через выходное отверстие для пара в отпарной секции для абсорбирующего раствора;
конденсацию воды из первичного отходящего газа отпарной секции путем косвенной передачи тепла от первичного отходящего газа отпарной секции в охлаждающую среду в холодильнике/конденсаторе для первичного газа отпарной секции и, тем самым, получение содержащего загрязняющее вещество конденсата;
приведение содержащего загрязняющее вещество конденсата, выходящего из холодильника/конденсатора для первичного газа отпарной секции, в контакт с паром в секции для отпаривания конденсата с получением отпаренного конденсата и отходящего газа секции для отпаривания конденсата, содержащего водяной пар и загрязняющий газ;
при этом охлаждающая среда, в которую передают тепло от первичного газа отпарной секции в холодильнике/конденсаторе для первичного газа отпарной секции
содержит по меньшей мере часть отпаренного конденсата и, тем самым, генерирует пар из отпаренного конденсата;
сжатие пара, полученного из отпаренного конденсата в холодильнике/конденсаторе для первичного газа отпарной секции, при давлении, превышающем давление внутри отпарной секции для абсорбирующего раствора на выходе из него жидкости; и
введение сжатого пара в отпарную секцию для абсорбирующего раствора в качестве пара для отпарки для приведения в контакт с обогащенным загрязняющим веществом абсорбирующим раствором для десорбирования из него загрязняющего вещества.
41. Способ селективного удаления и извлечения загрязняющего газа из содержащего загрязняющее вещество исходного газа, включающий:
приведение подаваемого газового потока, содержащего исходный газ, в поглотителе загрязняющих веществ в контакт с водной абсорбирующей средой, содержащей сорбент для загрязняющего газа, и, тем самым, поглощение загрязняющего вещества из подаваемого газового потока в абсорбирующую среду и получение отработанного газа, из которого было удалено загрязняющее вещество, и обогащенного загрязняющим веществом абсорбирующего раствора;
приведение обогащенного загрязняющим веществом абсорбирующего раствора в контакт с паром для отпарки в отпарной секции для абсорбирующего раствора для десорбирования загрязняющего вещества из обогащенного загрязняющим веществом абсорбирующего раствора и, тем самым, получения регенерированной абсорбирующей загрязняющее вещество среды и первичного отходящего газа отпарной секции, содержащего водяной пар и загрязняющий газ;
извдучение регенерированной абсорбирующей среды через выходное отверстие для жидкости в отпарной секции для абсорбирующего раствора и первичного отходящего газа отпарной секции через выходное отверстие для пара в отпарной секции для абсорбирующего раствора;
конденсацию воды из первичного отходящего газа отпарной секции путем косвенной передачи тепла от первичного отходящего газа отпарной секции в охлаждающую среду в холодильнике/конденсаторе для первичного газа отпарной секции и, тем самым, получение содержащего загрязняющее вещество конденсата;
приведение содержащего загрязняющее вещество конденсата, выходящего из холодильника/конденсатора для первичного газа отпарной секции, в контакт с паром в
секция для отпаривания конденсата с получением отпаренного конденсата и конденсата отходящего газа отпарной секции, содержащего водяной пар и загрязняющий газ;
при этом охлаждающая среда, в которую передают тепло от потока первичного отходящего газа отпарной секции в холодильнике/конденсаторе для первичного газа отпарной секции, содержит по меньшей мере часть отпаренного конденсата и, тем самым, генерирует пар из отпаренного конденсата; и
введение пара, полученного из отпаренного конденсата в холодильнике/конденсаторе для первичного газа отпарной секции, в отпарную секцию для абсорбирующего раствора в качестве пара для отпарки для приведения в контакт с обогащенным загрязняющим веществом абсорбирующим раствором для десорбирования из него загрязняющего вещества.
42. Способ по п. 41, отличающийся тем, что пар получают в холодильнике/конденсаторе для первичного газа отпарной секции при давлении ниже давления водонасыщения при температуре, при которой водяной пар из первичного газа отпарной секции конденсируется в газовом холодильнике/конденсаторе.
43. Способ по п. 41 или 42, отличающийся тем, что пар получают в холодильнике/конденсаторе для первичного газа отпарной секции при давлении ниже давления первичного газа отпарной секции в холодильнике/конденсаторе для первичного газа отпарной секции.
44. Способ по любому из п.п. 41 - 43, отличающийся тем, что первичный газ отпарной секции сжимают при его прохождении между выходным отверстием для газа и входным отверстием для газа в холодильнике/конденсаторе для первичного газа отпарной секции.
45. Способ по любому из п.п. 41 - 43, отличающийся тем, что пар, образующийся в холодильнике/конденсаторе для первичного газа отпарной секции, сжимают при его прохождении между выходным отверстием для пара в холодильнике для первичного газа отпарной секции и входным отверстием для пара в отпарной секции для абсорбирующего раствора.
46. Способ удаления загрязняющего газа из содержащего загрязняющее вещество исходного газа, включающий:
44.
приведение подаваемого газового потока, содержащего исходный газ, в контакт с водной абсорбирующей средой, содержащей сорбент для загрязняющего газа, в поглотителе загрязняющего газа и, тем самым, поглощение загрязняющего газа из подаваемого газового потока в абсорбирующую среду и получение отработанного газа, из которого был удален загрязняющий газ, и обогащенного загрязняющим веществом абсорбирующего раствора; и
циркулирование по меньшей мере части обогащенного загрязняющим газом абсорбирующего раствора между поглотителем и теплообменником, в котором теплоту поглощения отводят путем переноса в охлаждающую жидкость.
47. Способ по п. 46, отличающийся тем, что абсорбирующий раствор циркулирует между поглотителем и внешним теплообменником, в котором теплоту поглощения отводят путем переноса в охлаждающую среду.
48. Способ по п. 46 или 47, отличающийся тем, что поглотитель загрязняющего газа включает колонну, содержащую вертикальную противоточную зону контакта газ/жидкость, при этом подаваемый газовый поток вводят в нижнюю часть зоны контакта газ/жидкость, абсорбирующую загрязняющий газ среду вводят в верхнюю часть зоны контакта газ/жидкость, отработанный газ удаляют из верхней части зоны контакта газ/жидкость и обогащенный загрязняющим веществом абсорбирующий раствор удаляют из нижней части зоны контакта газ/жид кость.
49. Способ по п. 48, отличающийся тем, что горячий циркулирующий абсорбирующий раствор удаляют из зоны контакта газ/жидкость в области, расположенной ниже области, в которую в указанную зону контакта газ/жидкость возвращают охлажденный циркулирующий абсорбирующий раствор.
50. Способ по п. 48 или 49, отличающийся тем, что зона контакта газ/жидкость содержит множество элементов переноса и охлажденный циркулирующий абсорбирующий раствор возвращают в зону контакта газ/жидкость в область, расположенную ниже верхней части зоны контакта газ/жидкость на расстоянии, равном высоте по меньшей мере одного элемента переноса.
51. Способ по п. 50, отличающийся тем, что охлажденный циркулирующий абсорбирующий раствор возвращают в зону контакта газ/жидкость в область,
49.
расположенную ниже верхней части зоны контакта газ/жидкость на расстоянии, равном высоте по меньшей мере двух элементов переноса или по меньшей мере трех элементов переноса.
52. Способ по п. 50 или 51, отличающийся тем, что горячий циркулирующий абсорбирующий раствор удаляют из зоны контакта газ/жидкость в области, расположенной ниже области, в которую в указанную зону контакта газ/жидкость возвращают охлажденный циркулирующий абсорбирующий раствор, на расстоянии, равном высоте по меньшей мере одного элемента переноса.
53. Способ по п. 52, отличающийся тем, что горячий циркулирующий абсорбирующий раствор удаляют из зоны контакта газ/жидкость в области, расположенной ниже области, в которую в указанную зону контакта газ/жидкость возвращают охлажденный абсорбирующий поглотительный раствор, на расстоянии, равном высоте по меньшей мере двух элементов переноса.
54. Способ по п. 53, отличающийся тем, что горячий циркулирующий абсорбирующий раствор удаляют из зоны контакта газ/жидкость в области, расположенной ниже области, в которую в указанную зону контакта газ/жидкость возвращают охлажденный циркулирующий абсорбирующий раствор, на расстоянии, равном высоте по меньшей мере трех элементов переноса.
55. Способ по любому из п.п. 52 - 54, отличающийся тем, что горячий циркулирующий абсорбирующий раствор удаляют по существу из нижней части зоны контакта газ/жидкость.
56. Способ по любому из п.п. 46 - 55, отличающийся тем, что загрязняющий газ выбирают из группы, состоящей из SO2, СО2, NOx, H2S, НС1 и аммиака.
57. Способ по любому из п.п. 46 - 55, отличающийся тем, что загрязняющий газ содержит кислый газ.
58. Способ по любому из п.п. 46 - 55, отличающийся тем, что загрязняющий газ содержит диоксид серы.
56.
59. Способ по любому из п.п. 46 - 58, отличающийся тем, что содержание загрязняющего газа в подаваемом газовом потоке составляет по меньшей мере примерно 4 % об., или по меньшей мере примерно 5 % об., или по меньшей мере примерно 10 % об., или по меньшей мере примерно 15 % об., или по меньшей мере примерно 20 % об., или по меньшей мере примерно 30 % об.
60. Способ по любому из п.п. 49 - 59, отличающийся тем, что охлажденный циркулирующий абсорбирующий раствор возвращают в зону контакта газ/жидкость при температуре не больше примерно 40°С.
61. Способ по любому из п.п. 49 - 60, отличающийся тем, что горячий циркулирующий абсорбирующий раствор удаляют из зоны контакта газ/жидкость при температуре не больше примерно 50°С.
62. Способ по любому из п.п. 49 - 61, отличающийся тем, что горячий циркулирующий абсорбирующий раствор удаляют из зоны контакта газ/жидкость при температуре от примерно 25° до примерно 35°С.
63. Способ по любому из п.п. 46 - 62 дополнительно включающий:
приведение обогащенного загрязняющим веществом абсорбирующего раствора в контакт с паром для отпарки в отпарной секции для абсорбирующего раствора для десорбирования загрязняющего вещества из обогащенного загрязняющим веществом абсорбирующего раствора и, тем самым, получения регенерированной абсорбирующей загрязняющее вещество среды и первичного отходящего газа отпарной секции, содержащего водяной пар и загрязняющий газ.
64. Способ по п. 63, отличающийся тем, что часть прямого потока обогащенного загрязняющим веществом абсорбирующего раствора удаляют из поглотителя загрязняющего газа, расположенного перед внешним теплообменником, и указанную часть прямого потока вводят в отпарную секцию для абсорбирующего раствора.
По доверенности
{¦ээеи о/0)эгеф яомклж a JOS инпеЛьнэпжод
( ээси о/0) at сф вом?нж a ZOS нвпеЛьвэвнод
{3) ctLiLEdenivaj,
3/7
3/7
4/7
4/7
7/7
7/7