Введение к работе
Диссертация посвящена созданию технологии безотходной сероочистки бедных отходящих газов (с содержанием окислов серы до 1% об.) применительно в первую очередь к теплоэнергетическим установкам.
Основная часть диссертации является экспериментальной и включает в себя результаты как лабораторных экспериментов, так и заводских испытаний.
Кроме того, в диссертации разработаны расчетные модели для описания основных процессов предложенных технологических циклов, а также предложены патентно защищенные конкретные технологические решения для основных процессов и аппаратов предложенных технологических схем сероочистки отходящих газов. Работа выполнена в соответствии с программой РАН 4.2.6 "Коренное повышение эффективности энергетических систем" по теме "Разработка и . внедрение эффективных и экономичных методов очистки отходящих газов от окислов серы и азота, полуциклических углеводородов и окислов углерода в стационарных и транспортных энергетических установках".
Актуальность работы определяется прежде всего практической важностью создания промышленных систем сероочистки отходящих газов с полной или частичной утилизацией или регенерацией отходое сероулавливания. При этом в связи о резким увеличением количества выбрасываемых окислов серы проблема отходов становится все более актуальной.
Вторым аспектом, определяющим актуальность работы, является преимущество использования активных щелочных сорбентов (карбонатов и/или гидроксидов калия и натрия). Использование активных сорбентов позволяет, во-первых, сдклать все оборудование компактным, пригодным не только для иоього строительтва, но и для реконструкции существующего производства, и, во-вторых, облегчает регенерацию п утилизацию отработанных сорбентов. Более высокая стоимость активных сорбентов по сравнению, например, о известняком
полностью компенсируется этими преимуществами.
Ш^ьЮ-Работы является комплексное исследование всех процессов, необходимых для создания промышленной технологии Оезотходной сероочистки отходящих газов с активным щелочным сорбентом. Указанная цель определила следующие задачи:
-
Исследование взаимодействия активного щелочного сорбента с сернистым ангидридом в отходящих газах в низкотемпературной области при условии полной утилизации отработанного сорбента;
-
Экспериментальное и теоретическое исследование физико-химических и теплофизических параметров основных процессов, определяющих технологию регенерации отработанного сорбента;
-
Разработка технических решений для основных узлов системы сероочистки дымовых газов с активным щелочным сорбентом;-
-
Анализ технологических схем безотходной сероочистки о регенерацией ели полной утилизацией отработанного сорбента.
Научная новизна работы состоит в следующем:
-
Разработаны методы расчета взаимодействия сернистого ангидрида с активным щелочным сорбентом в твердой и жидкой фазе, когда скорость процесса определяется только масссобменом и не зависит от химической .кнетики. Проведены експеримент и промышленные испытания, показавшие адекватность расчетных моделей.
-
Разработана математическая модель процессов паровой и углекислотной каталитической конверсии углеводородов, на основании которой предложен метод интенсификации процесса за счет улучшения теплообмена в зове реакции. Проведены эксперименты и промышленные испытания, показавшие адекватность предложенной модели.
-
Разработана и реализована экспериментальная методика исследования высокотемпературного (1000-1300 К) восстановления сульфата калия газообразными восстановителями в кинетическом и диффузионном режимах. На основании полученных экспериментальных результатов предложены расчетные модели процессов.
При этом на защиту выносятся; J/
результаты расчета взаимодействия распыленного раствора активного сорбента с сернистым ангидридом в газоходе по предлохекнои модели;
результаты промышленных испытаний сероочистки дымовых газов путем подачи распыленного раствора карбоната калия в газоход для печей обжига керамических изделий, работыощих на сернистом мазуте и для пылеугольного котла, работающего на подмосковном угле. Свда входит сравнение результатов,, испытаний и расчетов, а также химический и спектральный анализ отработанного сорбента; .
результаты расчетов и промышленных испытаний взаимодействия сернистого ангидрида в уходящих газах с раствором карбоната калия в тарельчатом скруббере с замкнутой системой орошения. Окисление сульфіте капия. Использование отработанного раствора в процессе получения пигментной двуокиси титана;
результаты экспериментального исследования полей температур и концентраций при паровой и углекислотной конверсии природного газа на лаборі орной установке. Сравнение результатов расчетов по предложенной модели и экспериментов:
результаты промышленных испытаний паровой и пароуглекислотной конверсии природного газа и нефтезаводских газов в трубах с чередующимися (каталитической и ингибирупцей) насадками;
результаты експериментального исследования кинетики взаимодействия отработанного сорбента с восстановительным газом. Сравнение с результатами расчета по предложенной модели;
результаты экспериментального исследования взаимодействия отработанного сорбента с восстановительным газом в диффузионном реаиме. Влияние различных параметров на массообмен . Сравнение с расчетом по предлокенной модели;
результаты экспериментального исследования совмещенных в одном реакторе процессов паровой газификации угля и восстановления сульфата калия;
- результаты технических разработок патентно защищенных
отдельных узлов и процессов системы сероочистки.
Практическая ценность работы
1) Разработана технология паровой и углекислотной каталитической конверсии углеводородов, позволяющая увеличить производительность трубчатых печей конверсии, срок службы катализатора и прошедшая как кратковременные, так и длительные промышлэнные испытания. В настоящее время эта технология подготовлена к внедрению в полном масштабе (приобретен материал насадки, утверждена схема загрузки) для процесса паровой конверсии нефтезаводских газовЛПО "Анггтэск-
2. Разработана технология сероочистки с 'калийсодержащим сорбентом. Проведенные промышленные испытания сероочистки дымовых газов с использованием карбоната калия показали, что отработанный сорбент не содержит сульфитов и монет быть полностью использован либо как самостоятельное удобрительное вещество, либо в других целях (приготовление /. жидких комплексных удобрений, приготовление питательных растворов для БВК, солевая обработка титановой пасты и'" т.п.). В, частности показано, что при сероочистке продуктов сгорания мазута отработанный сорбент не содержит соединений тяжелых металлов и соответствует стандартам на калийные удобрения. В настоящее время введена в режим нормальной промышленной эксплуатации установка по.безотходной сероочистке отходящих газов печей обжига пасты двуокиси титана,, работающая по. предложенной технологии .(Крымское ПО "Титан").
Апробация работы и публикации
Результаты представленные в диссертации, докладывались на Yl, VDt-X Международных ков^рессах по химической технологии ХИСА)(Прага, Чехословакия, 1973, 1984, 1987/ \Э90 гг.) Ш, ЕС Международных конференциях по мТД - преобразованию энергии (Москва, 1983 г., Цукуба, Япония, 1986 г.), П, Ш Всесоюзных совещаниях "Перспективы расширения производства попутной серы" (Львов, 1982 г., 1986 г.), I Всесоюзной конференции по аэродинамике химических аппаратов "Аэрохим-i" (Северодонецк, 1991 Г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Современные технические средства защиты воздушного бассейна от загрязнений". (Москва, 1983 г.). Всесоюзном совещании
"Мероприятия по обеспечению ІЩВ в энергетшее" (Mockeu, 1983 г.), Всесоюзном совещания ",Мало- н безотходных технологии в _, энергетике" (Москва, IS84 г.), Международном :. научно-техническом совещании -"Физико-технические проблема создания МГДЭС (Киев, 1984 г.), УІІ Всесоюзной конференции по тепло- и массообмену (Минск, 1984 г.), XI Международном h Семинаре "Атомно-водородная энергетика и технология" (Москви, 1986 г.), Ш Всесоюзном совещании "Метанол-Ш" (Новомосковск,^ 1986 г.), ХІУ Всесоюзний научно-технизеской конференции технологии неорганических веществ (Львов, 1988 г.), II Международное конференции по технологии поташа "Калай-91" (Гамбург, ФРГ, 1991 г.).
По теме диссертации опубликовано .45 научных работ, в тон , числе 9 авторских свидетельств на изобретения.
Структура и объем диссертации '
