Очистка газов от диоксида серы. Источник: Родионов А.И. Технологические проблемы экологической безопасности/ А.И

Родионов А. И., Клушин В. Н., Систер В. Г.

Источник: Родионов А.И. Технологические проблемы экологической безопасности/ А.И. Родионов, В.Н. Клушин, В.Г. Систер. – Калуга: изд-во Н.Бочкаревой, 2000. – 800 с.

Недостатки абсорбционных методов очистки газов от диоксида серы привели к разработке процессов, основанных на использовании твердых хемосорбентов, путем их введения в пылевидной форме в топки и (или) газоходы теплоэнергетических агрегатов. В качестве хемосорбентов могут быть использованы: известняк, доломит или известь. Для увеличения активности хемосорбентов, подавления процесса окисления SO₂ в SO₃ и решения некоторых других задач наряду с поглотителем диоксида серы вводят ряд специальных добавок в виде дешевых неорганических солей, оксихлорида меди, оксида магния и других веществ. Наряду с перечисленными хемосорбентами в качестве агентов для связывания диоксида серы могут быть использованы и некоторые оксиды металлов. С позиций обеспечения приемлемых скоростей поглощения диоксида серы и регенерации насыщенных хемосорбентов наиболее перспективными среди них являются оксиды Al, Bi, Се. Со, Сп Си, Fe, Hf. MnT Ni, Sn, Th, Ti, V, U, Zr. Среди исследованных и опробованных методов некоторую практическую реализацию получил окисно-марганцевый метод (метод фирмы «Мицубиси»). По этому методу горячие дымовые газы (≈135°С) обрабатывают оксидом марганца в виде порошка. В процессе контакта оксида марганца с диоксидом серы и кислородом происходит реакция:

В соответствии с рисунок 1 инжектируемый в дымовые газы оксид марганца взаимодействует с содержащимся в них диоксидом серы в адсорбере. Выходящие из адсорбера газы освобождают от взвешенных примесей в циклоне и электрофильтре, после чего через дымовую трубу при 115°С очищенные газы поступают в атмосферу. Основное количество хемосорбента из циклона и электрофильтра вновь направляют на контактирование с дымовыми газами, а небольшую его часть в виде водной пульпы с целью регенерации оксида марганца последовательно обрабатывают в аммонийном скруббере и реакторе водным раствором аммиака и воздухом. Уловленную в процессе газоочистки сажу; находящуюся в поступающей из реактора пульпе, отделяют в сепараторе. Регенерированный оксид марганца выделяют из раствора на фильтре и направляют в голову процесса. Освобожденный от взвешенных веществ раствор сульфата аммония через кипятильник передают на вакуум-кристаллизацию. Образующиеся кристаллы сульфата аммония отделяют от маточного раствора на центрифуге, и после высушивания горячим воздухом отделяют от последнего в циклоне. При содержании диоксида серы в подаваемом на очистку газе 0,15% (об.) окисно-марганцевый метод в соответствии с такой технологией обеспечивает его 90%-е извлечение.

Адсорбер; 2 – циклон; 3 – электрофильтр; 4 – дымовая труба; 5 – аммонийный скрубер; 6 – реактор; 7 – сепаратор; 8 – фильтр; 9 – кипятильник; 10 – кристаллизатор; 11 – центрифуга; 12 – циклон

Рисунок 1 – Схема установки оксидно-марганцевой очистки дымовых газов от диоксида серы

Сухие процессы санитарной очистки газов от диоксида серы обеспечивают, как следует из изложенного, возможность реализации обработки газов при повышенных температурах без увлажнения очищаемых потоков, что позволяет снизить коррозию аппаратуры, упрощает технологию газоочистки и сокращает капитальные затраты на нее. Наряду с этим они обычно предусматривают возможность цикличного использования поглотителя и (или) утилизацию продуктов процесса очистки газов.

Среди сухих способов адсорбционного улавливания диоксида серы в наибольшей степени исследованы и опробованы в производственных условиях (применительно к газам процессов сжигания твердого и жидкого топлива) углеродные поглотители (в основном активные угли и полукоксы), позволяющие проводить обработку газов при (110÷150)°С.

Динамическая активность углеродных адсорбентов по диоксиду серы при содержании его в газах 0,5% (об.) в интервале температур (50÷100)°С находится в пределах (3÷43) г/кг. В присутствии в очищаемых газах кислорода и паров воды величина адсорбции возрастает, а поглощение углеродными адсорбентами диоксида серы сопровождается каталитическими процессами окисления, приводящими к образованию серной кислоты, концентрация которой определяется условиями сорбции и влагосодержанием обрабатываемого газового потока.

Углеадсорбционное извлечение диоксида серы из дымовых газов основано на использовании как стационарного, так и движущегося слоя углеродных адсорбентов. Установки характеризуются эффективностью очистки (90÷95)%, высоким гидравлическим сопротивлением (0,4÷6,0) кПа и способностью очищать дымовые газы, содержащие 20 г/м3 и более золы. Отдельные разновидности таких процессов наряду с диоксидом серы позволяют частично извлекать из дымовых газов оксиды азота.

Для регенерации насыщенных поглотителей могут быть использованы термический и экстракционный способы. При термической регенерации необходимы нагрев адсорбента газовым или твердым теплоносителем до (400÷450)°С с целью разложения серной кислоты (H₂S0₄+0,5C = S0₂+H₂0+0,5C0₂) и эвакуация продуктов десорбции определенным количеством отдувочного агента, что обеспечивает возможность получения газов десорбции, концентрация диоксида серы в которых может достигать (40÷50)% (об.). Такие газы могут служить источником производства серной кислоты, элементной серы, жидкого диоксида серы. Экстракционная регенерация сводится к обработке насыщенного поглотителя подогретой водой, приводящей к получению разбавленных растворов серной кислоты (10÷15)%-й. Последние необходимо концентрировать упариванием.

Разработанные способы улавливания диоксида серы углеродными адсорбентами («Reinluft» в ФРГ, «Hitashi» в Японии, «Westvaco» в США) ввиду дефицитности и высокой стоимости адсорбентов могут быть рекомендованы лишь для обработки относительно небольших объемов отходящих газов в производствах серной кислоты и целлюлозы, на нефтеперерабатывающих предприятиях и в ряде других процессов.

Сорбционная способность силикагелей по диоксиду серы составляет существенную величину даже при высоких температурах (150÷200)°С и низких концентрациях целевого компонента в газах [ <1% (об.)], что объясняют происходящим окислением адсорбированного SO2 в SO3 кислородом, содержащимся в обрабатываемых потоках. Регенерацию насыщенного поглотителя ввиду его негорючести можно проводить нагретым воздухом. Если в очищаемых газах содержатся пары воды, величина поглощения силикагелями диоксида серы резко уменьшается.

В качестве поглотителей диоксида серы из газов исследованы ионообменные смолы — аниониты. Их сорбционная способность по SO2 практически не зависит от концентрации последнего в газе и влагосодержания обрабатываемого потока в широком диапазоне этих параметров, она может достигать 20%. Оптимальные температуры газоочистки находятся в интервале (25÷60)°С. Использование ионо-обменников предусматривает тщательную очистку обрабатываемых газов от твердых взвешенных примесей. Регенерация насыщенных по диоксиду серы анионитов возможна раствором гидроксида натрия.

Как эффективные агенты улавливания диоксида серы из отходящих газов зарекомендовали себя кислотостойкие цеолиты, в том числе природные (в основном клиноптилолит и морденитсодержащие породы).

Способность цеолитов поглощать значительные количества диоксида серы при повышенных температурах и низких концентрациях SO2 в газах выгодно отличает их от других промышленных адсорбентов при использовании в процессах санитарной газоочистки. В то же время, присутствующая в обрабатываемых газах влага ухудшает поглощение SO2 цеолитами. Наряду с этим цеолиты катализируют реакцию окисления SO2 в SO3, что приводит к накоплению последнего в цеолитах и постепенной их дезактивации по отношению к SO2. Утилизация отработанных цеолитов остается задачей, требующей эффективного решения, что наряду со значительными энергозатратами на десорбцию насыщенных поглотителей и рядом других обстоятельств сдерживает решение вопросов практической реализации процессов санитарной очистки газов от диоксида серы цеолитами.

Большинство сухих методов очистки газов от диоксида серы требует значительных затрат тепла на регенерацию. Их реализация связана также с повышенными капитальными затратами ввиду необходимости выполнения адсорбционной аппаратуры из дорогостоящих специальных материалов, поскольку она предназначается для работы в условиях коррозионных сред при повышенных температурах. Это препятствует внедрению адсорбционных процессов для очистки газов.

 

Сероводород - сильнодействующий нервно-токсичный яд Порог ощущения запаха у человека соответствует его концентрации в воздухе (1-3) х 10 \"6 мг / л

Сероводород имеет неприятный запах, парализует функцию органов дыхания При вдыхании Н28 с концентрацией 1 мг / л наступает мгновенное отравления: судороги, потеря сознания, остановка дыхания и смерть индикаторы двищення концентрации сероводорода являются органы зрения: чувство жжения, покраснение и отек глаз, слезотечение тощщо.

Основными источниками выбросов сероводорода в атмосферу являются промышленные предприятия по производству вискозного волокна, целлюлозы, древесноволокнистых плит Сюда относятся также предприятия химической, нефтехимической й, пищевой, металлургической промисловостей.

Очистка газа от сероводорода и сероорганические соединений осуществляется в двух направлениях:

- санитарная очистка выхлопных производственных и вентиляционных газов;

- очистки природных, коксовых и других промышленных газов, которые используются как сырье для синтеза, а также газов, образующихся на разных ступенях технологических процессов химических и нефтехимических х производств В этом случае одновременно решаются две задачи С одной стороны, яд для каталитических процессов - сероводород - выводится из схемы и перерабатывается в товарные продукты: серы, сернистый и ангидрид, серную кислоту и т.п. С другой стороны, изъятие сероводорода и сирчаноорганичних соединений снижает или даже устраняет вероятность выброса в атмосферу диоксида серы, образующейся окислюваль них стадиях химического процессесу.

Все горючие газы с содержанием сероводорода должны очищаться В таких газов, кроме природного и коксового, относят все газы нефтепереработки (крекинга, реформинга, гидроочистки и др.), генераторный, сланцы евои перерабои.

При выборе метода очистки от сероводорода всегда необходимо наличие в газе второго \"кислого\" компонента - диоксида углерода СО технологически экономической точки зрения изымать диоксид углерода не всегда целями льно Но тогда поглотитель сероводорода должен обладать высокой способностью сорбции основного целевого компонента Н28 при наличии диоксида углеродасиду вуглецю.

Требования к степени очистки газа от сероводорода разные, в зависимости от назначения Для природного и других газов, предназначенных для транспортировки магистральными газопроводами и для бытовых нужд, пре чно допустимое содержание Н2В составляет 0,02 г/м3, в газе для производства обычного металлургической стали допускается 2-3 г/м3, а для химического синтеза - 1 до 60 г/м3 Предельно допустимая концентрация в рабочем й зоне составляет 10 г/м3, а при наличии углеводородов - 3 г/м3 Максимальная разовая и средняя разовая предельно допустимая концентрации в атмосферном воздухе составляют 0,008 г / м/м3.

Сероводород, изъят из газов, в зависимости от метода очистки выделяется в виде элементной серы или концентрированного газа, каталитически перерабатываются в серную кислоту и элементную серу

Рассмотрим основные методы очистки газов от сероводорода