М.И. Дайнов, Н.С. Кудрявцева - Оценка затрат на защиту атмосферы и очистку сточных вод от промышленных выбросов, страница 11

где − потребность в энергии природного газа, 10¹² Дж/год.

Это выражение пригодно для отходящих газов любой природы, поскольку наземные факелы не требуют дополнительного вспомогательного топлива.

Возвышенные факелы требуют вспомогательного газа. Следующее уравнение характеризует потребность в газе, включая расход на его продувку и расход на зажигательную горелку для газа низкой калорийности:

, [10¹² Дж/год]. (2.1.61)

Уравнения (2.1.60), (2.1.61) получены в предположении, что продолжительность работы факелов составляет 880 ч/год, и применимы в том же диапазоне расходов отходящего газа, что и уравнение (2.1.59).

Для бездымных факелов и других систем, требующих инжекции пара, потребление пара можно оценить цифрой 0,4 кг на 1 кг отходящего газа.

2.1.16. Абсорберы

Суть абсорбции − удаление газообразного загрязнения из отходящего газа с помощью абсорбента (растворителя), в котором газ растворим. Абсорбция наиболее эффективна при тесном контакте фаз, например, в тарелочных или насадочных колоннах. Хотя могут использоваться орошаемые распыленной жидкостью колонны, скрубберы Вентури и другие системы, эффективность улавливания в этих устройствах низка. В общем случае газ, поступающий снизу колонны, контактирует с жидкостью, стекающей вниз. Очищенный газ выходит сверху, а абсорбент поступает в резервуар или регенерирующую колонну, где уловленное вещество удаляется в виде более концентрированного и более доступного для обработки потока. Хотя используются и тарелочные, и насадочные колонны, последние применяются более широко. Однако конструкция любого типа характеризуется одним и тем же набором параметров: диаметром колонны, перепадом давления, числом секций и высотой секции.

Диаметр колонны D_к [м] зависит от скорости потоков и плотности абсорбента и газа, типа насадки и вязкости жидкости. Определяют диаметр обычно эмпирически, и он должен быть достаточно велик, чтобы предупредить захлебывание, которое наступает, когда скорость газа и перепад давления настолько велики, что наступает унос абсорбента.

Высота колонны Н_к [м] и требуемое количество насадки определяются числом секций N и высотой секции очистки z[м] [1,2]:

, м, (2.1.62)

где h_e − добавочная высота для отделения газа от жидкости, профилактики, осмотра и т.п., м. Обычно h_e = 0,6-0,9 м плюс 0,25 диаметра колонны. Тогда (z N) [м] равно высоте слоя насадки.

Высота одной секции очистки определяется из уравнения

, м, (2.1.63)

где , ,  − параметры насадки [12]; G, J − избыточные скорости течения газа и жидкости через колонну, кг/(ч∙м²); _г − вязкость газа, Па∙с; _г − плотность газа, кг/м³; _г − коэффициент диффузии газа, м²/с.

Для большинства задач улавливания загрязнений число секций N можно рассчитать следующим образом:

(2.1.64)

где m − наклон кривой равновесия растворенное вещество − абсорбент; G_m и J_m − избыточные молярные скорости течения абсорбента и газа соответственно, моль/(ч м²); y₁ и y₂ − мольные доли примеси в газе на концентрированном и разбавленном концах колонны соответственно;
x₂ − мольная доля растворенного вещества в абсорбенте на разбавленном конце колонны.

Типовые размеры для абсорберов: z = 0,15-1,6 м; N = 1-7; Н_к = 8,2-12,2 м; D_к = 0,9-6,4 м. Если требуется число секций N>7, то ставят несколько абсорберов последовательно.

Стоимость абсорбера C_а включает стоимость корпуса колонны С_к, стоимость лестниц и платформы С_лп, стоимость насадки С_н и стоимость трубопроводов С_т [2,11]:

. (2.1.65)

Стоимость корпуса вертикальной колонны выражается в виде

, у.е., (2.1.66)

где W_к − масса корпуса, кг, 1930  W_к  44,5 10⁴ .

Масса корпуса W_к определяется из следующего уравнения:

, кг, (2.1.67)

где Т_к − сложная полуэмпирическая функция внешнего давления, ветровой нагрузки и допуска на коррозию, м; _к − плотность углеродистой стали, кг/м³.

В большинстве случаев абсорбция протекает при давлении, близком к атмосферному, и поэтому достаточна толщина стенок 6,35-12,7 (мм). Тогда величина Т_к _к принимает значения в диапазоне 50-100 (кг/м²).

Если для корпуса используется другой металл, то С_к надо умножить на поправочный коэффициент F_m, получаемый из табл. 2.1.25.

Таблица 2.1.25

Стоимость лестниц и платформы выражается в виде

, у.е. (2.1.68)

Эта зависимость выполняется в диапазонах: 0,9  D_к  6,4 (м) и
8,2  Н_к  12,2 (м).

Стоимость насадки оценивается по ее объему V_н, который вычисляется из следующего уравнения:

, м³. (2.1.69)

Тогда стоимость насадки

, у.е., (2.1.70)

где a_н − стоимость 1 м³ насадки, у.е./м³, определяется из табл. 2.1.26.

Таблица 2.1.26

Стоимость трубопроводов меняется от абсорбера к абсорберу в зависимости от потока жидкости, степени рециркуляции, размера колонны и других факторов. Вследствие специфики трубной обвязки дать обобщенное выражение для ее стоимости нельзя. Стоимости в у.е. участков труб длиной в 30,5 м различного диаметра d_т и изготовленных из разного материала, приводятся в табл. 2.1.27.

Таблица 2.1.27

Кроме обычного вспомогательного оборудования − системы засоса, газоходов, вентиляторов − абсорберы требуют насосных подсистем для подачи и улавливания сорбента, а также для рециркуляции обогащенного сорбента. Стоимость этих насосов зависит от потока жидкости и напора. Последний определяется в основном высотой колонны, поскольку другие потери напора относительно малы. Обычно достаточен напор по жидкости, равный 0,3 МПа.

Кроме стоимости оборудования, необходимо учитывать стоимость начальной заливки абсорбента и последующих доливок для компенсации потерь, разложения абсорбента и т. д. Стоимость абсорбента зависит от его химического состава. На практике наиболее распространенным абсорбентом является вода. Ее стоимость составляет 0,066 у.е. на 1000 литров воды.

Услуги, потребляемые абсорберами, включают расход электроэнергии вентиляторами и насосами. Перепад давления по газу включает потери давления в газоходе, колонне и других вспомогательных узлах. Для расчета перепада давления газа в колонне можно воспользоваться следующим уравнением:

, Па, (2.1.71)

где  и  − коэффициенты, зависящие от типа насадки [12]; _г и
_ж − плотности газа и абсорбента, кг/м³.

2.1.17. Угольные адсорберы

Одним из основных параметров при выборе адсорбента является адсорбционная способность по извлекаемому компоненту. Адсорбционная способность есть масса примеси, поглощенной единицей массы адсорбента в произвольный момент времени, и зависящая от парциального давления примеси р_v [Па] в отходящем потоке у поверхности адсорбента, общей площади этой поверхности, физических, химических и электрических свойств адсорбируемого вещества и адсорбента, температурных условий и присутствия других примесей.

В качестве характеристики адсорбционных свойств пористых тел используют равновесную зависимость адсорбционной способности от парциального давления поглощаемого газового компонента при постоянной температуре (изотерма адсорбции). В этом случае адсорбционная способность часто называется емкостью адсорбента в насыщении (ЕАН). Например, для системы толуол - уголь при Т = 294,5 К изотерма адсорбции (ЕАН) имеет вид [1,2]

, кг/кг, (2.1.72)