Очистка газообразных промышленных выбросов 
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
[pic]
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
MgSO3 (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.
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.
Основным аппаратом установки является полая равнопроточная распылительная
башня 9 с объемным центробежным распылителем, приводимым во вращение
электродвигателем 12.
[pic]
Рис. 18. Очистка газа от сероводорода в полой башне.
Газ на очистку поступал из газохода 3 через вентиль 2 в башню 9. Расход
газа контролировался диафрагмой /. Поглотительный раствор поступал в башню
из банка 4 через вентиль 6 и ротаметр 5. Температура и давление в башне
контролировалось термометром 11 и манометром 10. Очищенный газ отводился
через газоход 13 в смеситель 16, куда поступал также и воздух; далее
газовая смесь поступала в печь 17. Отработанный раствор из башни 9 поступал
в сборник 8 и насосом 7 подавался на рециркуляцию.
Поглощение сероводорода из газов раствором цианамида кальция с получением
тиомочевины. Донецким институтом ИРЕА совместно с Днепропетровским химико-
технологическим институтом проведены исследования по очистке газов от
сероводорода раствором СаСN2 с получением тиомочевины.
Абсорбция газов раствором цианамида кальция протекает с большой
скоростью. Степень поглощения сероводорода из коксового газа в механическом
абсорбере достигала 98—99%.
При этом в растворе образовывалась тиомочевина, которая отделялась от
Са(Н8)г на фильтре и после кристаллизации представляла собой стандартный
продукт.
Очистка газов от сероводорода с получением сульфида аммония. Водный
раствор аммиака является хорошим поглотителем сероводорода. Взаимодействие
NНз и Н2S протекает по уравнениям
NН3 + Н2S = NH4HS;
2 NН3 + Н2S = (NН4)2S.
Однако этот метод до сих пор не нашел практического применения вследствие
сложности и дороговизны регенерации сульфидных соединений аммония с
возвратом аммиака в процесс.
Устранение дорогостоящей и сложной операции (регенерации раствора с
возвратом аммиака в процесс) делает этот метод экономически рентабельным.
Указанный метод обеспечивает полную очистку газа от сероводорода с
одновременным получением сульфида аммония.
Очистка коксового газа от сероводорода и других примесей торфоаммиачным
поглотителем. Основными недостатками существующих методов очистки коксового
газа является многостадийность процесса, громоздкость аппаратуры, большие
капитальные и эксплуатационные затраты. С целью устранения этих недостатков
исследован процесс очистки коксового газа с помощью торфощелочного сорбента
в непрерывно действующем аппарате с кипящим слоем. Отличительной
особенностью этого метода является его непрерывность, одностадийность,
компактность и попутное получение дешевых органоминеральных удобрений.
ОЧИСТКА ГАЗОВ ОТ СО2
В настоящее время в промышленной практике применяются в основном три
метода очистки газа от СО2: водная, щелочная (NаОН или Nа2СОз) и
моноэтаноламиновая.
Очистка газа водой осуществляется под давлением 12—30 атм и при этом
степень очистки не превышает 80%. Метод требует больших расходов
электроэнергии. Очистка газа щелочью является дорогостоящей операцией и
поэтому применяется лишь для поглощения малых концентраций СО2. Наиболее
совершенной является моноэтаноламиновая очистка, которая находит все более
широкое применение.
Исследовали следующие методы: поглощение СО2 водноаммиачным раствором с
одновременным полученим углеаммонийных солей; поглощение СО2 суспензией
СаSO4 в аммиачной воде с одновременным получением сульфата аммония;
поглощение СО2 раствором гидросульфида кальция с выделением в газовую фазу
сероводорода; интенсификация процесса очистки газа от СО2 раствором
моноэтаноламина в ротационных аппаратах, совместное поглощение СO2, Н2 и
других кислых компонентов из коксового газа торфоаммиачным поглотителем в
аппаратах с кипящим слоем. В первых двух случаях продукты очистки —
углеаммонийные соли и сульфат аммония — являются удобрениями для сельского
хозяйства. Третий метод является одной из стадий процесса синтеза
тиомочевины. В последнем методе получается комбинированное
органоминеральное удобрение.
Комбинирование процесса очистки газов от СО2 с получением углеаммонийных
солей.
В настоящее время назрела необходимость в рационализации метода очистки
синтез-газа от СО2. Сущность предлагаемого метода заключается в
комбинировании процессов очистки азотоводородной смеси от СО2 с получением
углеаммонийных солей. В этом случае поглощение СO2 из газа осуществляется
водным раствором аммиака (или совместное поглощение NНз и СО2 водой) до
компрессии газа.
По этому методу около 50% аммиака, производимого в системе, связывается с
углекислотой, образуя углеаммонийные соли, а оставшиеся 50% NНз
используются в качестве жидкого удобрения (в виде чистого аммиака или его
водного раствора). Таким образом, получается короткая схема производства
связанного азота. Еще более рационально совместить процесс синтеза аммиака
с очисткой газа от СО2 и с производством мочевины. В этом случае вся
продукция может быть получена в виде мочевино-углеаммонийных удобрений.
Поглощение СО2 водноаммиачной суспензией гипса с получением сульфата
аммония. Одним из рациональных методов очистки азотоводородной смеси от СО2
является совмещение этого процесса с конверсией СаSO4 в сульфат аммония.
Перспективность этого метода в том, что наряду с улавливанием СО2 из газа
вырабатывается ценное удобрение без затрат на него дефицитной серной
кислоты.
Так как конверсия гипса и абсорбция СО2 в обычных условиях протекает
медленно, то для интенсификации этих процессов применены горизонтальные
аппараты ротационного типа, в которых обеспечивалось интенсивное
перемешивание газовой и жидкой фаз. По своей конструкции эти аппараты
аналогичны механическим абсорберам с большим числом оборотов.
При осуществлении этого процесса в условиях высокотурбулентного режима
при 30—35° С и атмосферном давлении можно осуществить практически полное
поглощение СO2 из газа.
Абсорбция СО2 раствором гидросульфида кальция в условиях
высокотурбулентного режима. В некоторых производствах (синтез тиомочевины и
др.) в качестве побочного продукта (или отхода производства) получается
гидросульфид кальция, который может быть использован, как эффективный
поглотитель углекислого газа с одновременным выделением в газовую фазу
сероводорода
Са (НS)2 + СО2 + Н2О = СаСОз + 2Н2S.
Полученный таким образом сероводород может быть использован для получения
тиомочевины, серной кислоты, элементарной серы и других ценных продуктов.
Интенсификация абсорбции СО2 раствором моноэтаноламина в механических
абсорберах. Поглощение СО2 из газов моноэтаноламином нашло широкое
применение в технике. Этим путем осуществляется получение чистого СО2, или
очистка технологических газов от СO2, или сочетание того и другого.
С целью интенсификации процесса абсорбции СО2 раствором моноэтаноламина
насадочные аппараты заменялись горизонтальными механическими абсорберами с
большим числом оборотов.
В условиях высокотурбулентного режима, создаваемого в механических
абсорберах, скорость абсорбции CO2 раствором моноэтаноламина резко
возрастает.
Совмещение процесса очистки азотоводородной смеси от СО2 с получением
аммиачной селитры. Помимо непосредственного получения и применения
углеаммонийных солей процесс очистки азотоводородной смеси от СО2 может
быть совмещен с получением аммиачной селитры и чистого CO2.
Образование аммиачной селитры протекает при взаимодействии углеаммонийных
солей с азотной кислотой по уравнениям
NH4НСО3 + НNОз = NH4NO3 + Н2О + СО2;
(NH4)2 СОз + 2 HNO3 = 2 NH4 NO3 + 2H2O + СО2.
Выделяющаяся по этой реакции углекислота может быть применена для синтеза
мочевины и других технологических целей, а аммиачная селитра — в виде
жидких удобрений, или в виде твердой соли после выпарки и грануляции.
Помимо указанных здесь методов разработан способ комплексной очистки
коксового газа от H2S, СО2 и других кислых компонентов торфощелочным
поглотителем в аппаратах с кипящим слоем. Этот процесс осуществляется
непрерывно и одностадийно в одном аппарате.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ганз С.Н., Кузнецов И.Е. Очистка промышленных газов. Киев, 1967
2. Очистка промышленных газов и вопросы воздухораспределения. Сборник
статей. Л.,1969
3. Очистка промышленных выбросов и утилизация отходов. Сборник научных
трудов. Л.,1985
Страницы: 1, 2, 3
|
