Очистка газовых выбросов на промышленном предприятии

 

 

Рис. 5 - Схема очистки выхлопных газов от SO₂ известковым способом

 

Известковый метод. Принципиальная схема установки по очистке отходящих газов от SO₂ известковым способом представлена на рис. 5. По этому способу отходящие газы подвергаются предварительной очистке от механических примесей (пыли, сажи) в батарейных циклонах 1, после чего с помощью газодувки 2 направляются в скруббер 3, орошаемый известковым молоком.

 

При взаимодействии известкового молока с SO₂ протекают реакции

SO₂ + Н₂O = Н₂SO₃;

Са (ОН)₂ + SO₂ = CaSO₃ + 2H₂O.

По мере циркуляции раствора в нем накапливается соль СаSО₃. Когда концентрация ее в растворе достигнет 18—20%, раствор периодически заменяется свежим. Образовавшийся сернистокислый кальций плохо растворим в воде (0,138 г/л), поэтому в системе орошения скрубберов последовательно устанавливается кристаллизатор 5, служащий для выделения кристаллов сульфита кальция. Дальнейшее выделение CaSO₃ происходит на вакуумфильтре 6. Шлам, состоящий из СаSО₃ и CaSO₄, образующийся за счет реакции

2СаSO₃+O₂=2СаSO₄,

выводится в отвал  транспортером 7 и может быть использован  для производства строительных материалов. Известковый метод обеспечивает практически полную очистку газов от SO₂, но требует значительного расхода извести.

Содовый метод. Сущность этого метода заключается в промывке отходящих газов водными растворами кальцинированной соды. При этом протекают реакции

Na₂CO₃ + SO₂ = Na₂SO + СО₂,

Na₂SO₃ + SO₂ + H₂O = 2 NaHSO₃.

Процесс поглощения SO₂ содовым раствором осуществляется в аппаратах насадочного или барботажного типов. Газ проходит последовательно две башни, первая из которых орошается раствором NaHSO₃, вторая — раствором Na₂SO₃. Содовый способ обеспечивает хорошую очистку отходящих газов от SO₂ с одновременным получением товарной соли NaHSO₃ и Na₂SO₃. Однако он не нашел широкого применения ввиду ограниченного сбыта этих солей.

Аммиачный метод. Процесс очистки выхлопных газов от SOg аммиачным методом заключается в промывке газа аммиачной водой. При этом протекает реакция

SO₂ + 2NH₃ + H₂O = (NH₄)₂SO₃;

(NH₄)₂ SO₃ + SO₂ + H₂O = 2 NH₄ HSO₃.

В присутствии кислорода  сульфиты окисляются до сульфатов

(NH₄)₂SO₃ + ½ O₂ = (NH₄)₂SO₄;

(NH₄)HSO₃ + ½ O₂ = NH₄HSO_4.

Так как при взаимодействии сернистого газа с аммиачной водой  получаются аммиачные соли, используемые как удобрение в сельском хозяйстве, аммиачный метод очистки газов от SO₂ перспективен.

Циклические методы. В основе циклических методов лежит способность двуокиси серы поглощаться при низких температурах, а затем при повышении температуры выделяться в чистом виде. В некоторых случаях для абсорбции SO₂ используются твердые сорбенты. Циклические методы извлечения двуокиси серы являются наиболее эффективными и нашли применение в промышленности.

 

Принципиальная схема  извлечения и концентрирования SO₂ циклическим методом показана на рис. 6. Охлажденный и очищенный от механических примесей газ поступает в абсорберы /, орошаемые поглотителем. Очищенный газ выбрасывается в атмосферу, а поглотительный раствор нагревается в теплообменнике 3

Рис. 6. Схема  очистки газов от двуокиси серы циклическим  методом.

и направляется в отгонную колонну 4, снабженную кипятильником 5. Смесь водяных паров с SO₂ поступает в конденсатор 6, а затем в холодильную башню 8, орошаемую циркуляционной холодной водой (насыщенной SO₂). Водяные пары конденсируются, а чистая двуокись серы извлекается из системы. Раствор охлаждают в холодильниках 7 и 9 и собирают в емкости 2.

Водный метод. Недостаток этого способа в том, что на регенерацию воды расходуется большое количество электроэнергии. Ввиду малой растворимости SO₂ в воде поглотительная установка является громоздкой.

 

Аммиачный метод. Капитальные затраты на сооружение очистных сооружений могут быть снижены, если в качестве поглотителя использовать более абсорбционноемкие поглотители (водный раствор аммиака и др.).

 

Магнезитовый  метод. Сущность процесса состоит в поглощении водной суспензии окиси магния

 

MgO  +  SO₂ == MgSO₃.

 

При нагреве сульфит  магния разлагается на

MgSO_{3 ®}^t=0 MgO + SO₂ с получением товарного SO₂, а окись магния снова направляется на поглощение. Как и в случае аммиачного способа часть (до 10°/о) сульфита магния в растворе окисляется в сульфат

2MgSO₃  + O₂ = 2MgSO₄.

Эта часть раствора должна быть компенсирована свежим. В производственных условиях рабочий раствор, содержащий MgSO₃ и MgSO₄ в шламе, непрерывно циркулирует в системе.

Магнезитовый способ прост и обеспечивает полную очистку  газов от 50г. При этом расходуется  незначительное количество сырья-магнезита. Однако из-за больших энергетических затрат и громоздкости технологического оборудования он не получил широкого применения.

Цинковый метод. Этот способ очистки газов от SО₂ аналогичен магнезитовому, но в качестве поглотителя используется суспензия окиси цинка

Отличительной особенностью цинкового способа является то, что на очистку можно подавать газы при высокой температуре (200—250°С). Газ должен быть предварительно очищен от пыли.

Комбинированные методы. Комбинированные методы не позволяют возвращать в систему поглотительный раствор для повторного использования. Выделение двуокиси серы здесь происходит с попутным получением других побочных продуктов.

Аммиачно-сернокислотный метод. При поглощении двуокиси серы аммиачной водой образуются сернистокислые соли, которые под действием серной кислоты разлагаются с получением 100%-ного SO₂ и сульфата аммония

2NН₄НSОз+ Н₃SO₄ = (NН₄)₂SO₄ + 2SO₂ + 2H₂O;

(NH₄)₂ SО₃ + Н₂SО₄ = (NН₄)₂SO₄ + SO₂ + Н₂O.

Из перечисленных методов  наиболее простыми и выгодными являются методы прямой нейтрализации и окисления. На втором месте стоят комбинированные методы. Из циклических методов наиболее перспективными являются аммиачный и ксилидиновый.

Недостаток всех перечисленных  методов — их громоздкость и большие  капитальные затраты. Стоимость  очистки выхлопных газов с малой концентрацией SO₂ может быть значительно снижена, если применить эффективное оборудование и получать продукт, пользующийся большим спросом в народном хозяйстве. Полые распылительные абсорберы при меньшей стоимости и меньшем гидравлическом сопротивлении в 3—4 раза превосходят по эффективности аппараты насадочного типа; полые башни проще в изготовлении, имеют меньший вес и не засоряются в процессе эксплуатации. Применяемый для поглощения двуокиси серы водный раствор сульфита аммония отличается большой химической емкостью. При очистке газов от SO₂ указанным методом получается ценное удобрение для сельского хозяйства — сульфат аммония.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 ОЧИСТКА ГАЗОВ ОТ СЕРОВОДОРОДА

Сероводород в большинстве  случаев является ядом для катализаторов и живых организмов. Тщательная очистка газов от сероводорода необходима в производстве синтетического аммиака, син-тетических спиртов, при гидрогенизации жиров, в производстве газов бытового и, применяемого в металлургической промышленности и т. д.

Современные методы очистки  промышленных газов от сероводорода подразделяются, в соответствии с агрегатным состоянием поглотителя, на сухие и мокрые способы. В качестве сухих поглотителей в промышленности широкое распространение получили гидрат окиси железа и активированный уголь, а в отдельных случаях марганцевые руды.

Мокрые способы очистки  газов от сероводорода (H₂S) подразделяются на окислительные, круговые и комбинированные. При окислительных процессах применяют поглотители, окисляющие сероводород до элементарной серы. В комбинированных процессах очистки в качестве поглотителя применяется обычно раствор аммиака, образующий вместе с сероводородом, при его каталитическом окислении, сульфат аммония. В круговых процессах применяют слабые щелочи, с которыми сероводород связывается в сульфиды, а затем отгоняется от поглотительного раствора в неизменном виде.

Очистка газа от сероводорода гидратом окиси железа. Сущность этого метода заключается в том, что газ пропускают через твердую сыпучую массу, содержащую Fе(ОН)₃. При этом сероводород вступает в реакцию с Fе(ОН)₃, образуя Fе₂S₃ и FеS.

Одновременно в газ  подается небольшое количество воздуха  с тем, чтобы содержание кислорода в нем не превышало 1%, который окисляет серу, содержащуюся в Fe₂S₃ и FеS и образует снова гидрат окиси железа.

Очистка газа от сероводорода активированным углем состоит в  том, что газ пропускается через  слои активированного угля с добавкой к газу кислорода и некоторого количества аммиака, служащего катализатором. При этом на поверхности угля протекает реакция между сероводородом и кислородом с образованием элементарной серы

2Н₂S + О₂ = 2S + 2 Н₂О + 106 ккал.

Степень очистки газа достигает 85—90%, что удовлетворяет требованиям последующих технологических стадий переработки газа.

Мокрая очистка  газа от сероводорода. В процессе мокрой очистки газ промывается соответствующим поглотителем, абсорбирующим сероводород. В дальнейшем поглотитель подвергается регенерации с выделением элементарной серы или сероводорода. В зависимости от типа применяемых поглотителей различают следующие методы мокрой очистки: железощелочной, мышьяковощелочной, никелевый, железоцианидный, этаноламиновый и ряд других.

Мышьяковощелочной метод  очистки газа от сероводорода применяется в двух вариантах: мышьяковосодовом и мышьяково-аммиачном

Технологические схемы  и аппаратура мышьяковосодового  и мышьяковоаммиачного способов одинаковы, поэтому одна и та же установка может работать без существенных изменений как по одному, так и по другому способу.

Железоцианидные способы  основаны на окислении Н₂S суспензией комплексных соединений железоцианидов в аммиачном растворе. Технологическая схема процесса, аппаратура поглощения Н₂S и регенерации раствора аналогичны процессам и аппаратам мышьяковощелочных способов очистки газов от Н₂S в которых содержится NН₃.

Никелевый способ по технологической  схеме и устройству аппаратуры близок к железощелочным методам. В качестве поглотителя применяется 2%-ный раствор кальцинированной соды с добавкой NiSO₄, который служит катализатором для окисления сероводорода в элементарную серу.

Никелевый способ применим для очистки газов, не содержащих HCN (нефтяные, генераторные и водяные газы), с которой NiSO₄ дает устойчивые не регенерируемые соединения. Степень извлечения сероводорода из газов этим способом достигает-—95%, выход элементарной серы — 85%.

Круговые способы  очистки газа от Н₂S. Отличительной особенностью круговых способов очистки газа от Н₂S является выделение сероводорода из поглотителя в концентрированном виде с целью его дальнейшей переработки в серу или серную кислоту. В качестве поглотителя чаще всего применяется моноэтаноламин, который кроме сероводорода поглощает также углекислый газ.

Щелочные (карбонатные  способы). Этот метод нашел применение в ряде стран ввиду сравнительной дешевизны процесса и низкой стоимости получаемой серы. При регенерации сероводород выделяется в виде концентрированного газа

Этот концентрированный газ можно использовать для получения серной кислоты путем сжигания сероводорода. Возможно также использование его для получения элементарной серы путем каталитического окисления. Поглотителем служат разбавленные водные растворы Nа₂СОз (30 г/л) или К₂СОз.

Усовершенствованием процесса явился вакуум-содовый метод с  терморегенерацией поглотительного раствора. В последнее время применяется вакуум-поташный метод, технологическая схема которого и аппаратурное оформление аналогичны вакуум-содовому.

По степени очистки газа и простоте лучшим является этаноламиновый способ, при котором достижима очистка газа до следов сероводорода. В условиях атмосферного давления мышьяково-со-довый способ (2 ступенчатый) обеспечивает степень очистки газа от H₂S 92—98%; при содовом и поташном способах степень очистки достигает 90%. Под давлением степень очистки в последних двух способах повышается.

Интенсификация  очистки коксового газа от сероводорода мышьяковосодовым раствором в ротационных аппаратах. С целью интенсификации процессов абсорбции сероводорода и регенерации мышьяковосодовоге раствора эти процессы исследовались в горизонтальных механических абсорберах с большим числом оборотов. Опыты проводились на установке с использованием промышленного коксового газа, предназначенного для синтеза аммиака.

Горизонтальный механический абсорбер (рис. 1) имел осевой вал с  закрепленными на нем 4 дисками с 12 отогнутыми лопатками на каждом диске. Вал абсорбера непосредственно соединен с валом мотора, число оборотов которого регулировалось с помощью реостата.

Конструкция дисков играет важную роль в создании оптимального гидродинамического режима. Лучшими оказались диски с лопатками, развернутыми навстречу друг другу;

Диски перфорированы  отверстиями диаметром 8 мм; общая площадь отверстий 15—18% ко всей площади диска.

Из сопоставления производительности реакционных объемов насадочных башен и ротационных аппаратов  при равных условиях можно заключить, что при очистке газов от H₂S ротационные аппараты работают интенсивнее насадочных башен в 12— 15 раз.

 

Очистка коксового  газа от сероводорода раствором соды в равнопроточных полых башнях. Исследования очистки коксового газа от сероводорода раствором соды проведены на установке, смонтированной на Днепродзержинском   металлургическом заводе (рис. 18). Коксовый газ, очищенный от сероводорода, предназначался для обогрева безокислительной опытной методической печи 17. Установка обеспечила длительную и непрерывную очистку газа от сероводорода.