Комарова Л.Ф., Кормина Л.А. Инженерные методы защиты окружающей среды. Техника защиты атмосферы и гидросферы от промышленных загрязнений

Подождите немного. Документ загружается.

151

мероприятий, позволяющих при сохранении положительных характе-

ристик циклического магнезитового процесса улучшить работу узла

абсорбции установки сероочистки. Это достигается в разработанном

поташно-магнезитовом процессе, когда в цикле сорбции циркулирует

не суспензия магниевых солей, а хорошо растворимые в воде карбонат

и сульфит калия.

Принцип метода основан на следующих реакциях:

+ SO

= K

+ CO

;

+ SO

+ H

O = 2KHSO

Параллельно может протекать реакция окисления сульфита калия

в сульфат кислородом, присутствующим в очищаемом газе:

+ O

= 2K

Сульфат калия инертен по отношению к SО

, поэтому последняя

реакция является нежелательной для процесса.

Раствор бисульфита калия направляется на нейтрализацию оки-

сью магния при температуре 40-45

С. При нейтрализации образуются

кристаллы гексагидрата сульфита магния, выпадающие в осадок, и

раствор сульфита калия, активный по отношению к SО

2KHSO

+ MgO + 6H

O = MgSO

.6H

O↓ + K

+ H

В дальнейшем, как и при магнезитовом методе, сульфит магния

обезвоживается и подвергается термической диссоциации.

Схема поташно - магнезитового метода очистки газа от SО

при-

ведена на рис. 9.10.

Газ поступает в скруббер 1, заполненный насадкой пакетного ти-

па, позволяющей иметь линейную скорость газа около 5 м/с при незна-

чительном гидравлическом сопротивлении. Скруббер орошается рас-

твором сульфит - бисульфита калия. Отработанный раствор поступает

в циркуляционный сборник 2.

Часть раствора, эквивалентная количеству поглощаемого SО

выводится из цикла сорбции в фильтр 3 для очистки его от твердых

примесей и поступает в реактор 4 для нейтрализации бисульфита. Во

всем остальном схема не отличается от схемы магнезитового “кри-

стального” метода.

Метод является цикличным, как в отношении сорбента K

, так

и оксида магния. Подобный же метод с применением в качестве сор-

бента карбоната и сульфата натрия (содо - магнезитовый) был предло-

жен в Болгарии.

152

Рис. 9.10. Схема поташно-магнезитового метода очистки

1 - скруббер; 2 - циркуляционный сборник; 3 - фильтр; 4 - реактор; 5 - гидроци-

клон; 6 - ленточный вакуум-фильтр; 7 - обжиговая печь

Недостатками этих процессов являются меньшая сероемкость по-

глотительных растворов по сравнению с магнезитовыми методами и

возможность накапливания в растворе сульфатов.

9.2.

ОГЛОЩЕНИЕ ДИОКСИДА СЕРЫ ТВЕРДЫМИ ПОГЛОТИТЕЛЯМИ

Недостатки мокрых методов очистки выбросных газов от SО

(снижение температуры выбрасываемого газового потока, коррозия

аппаратуры, громоздкость и высокая стоимость установки) вызвала не-

обходимость разработки процессов, основанных на поглощении SО

из

газовых потоков адсорбентами и химически активными поглотителями

при температуре, превышающей точку росы газа.

Многие исследователи считают сухие процессы перспективными

для очистки выбросных газов, особенно в энергетической промышлен-

ности и цветной металлургии. Капитальные затраты на сооружение ус-

тановок, как правило, ниже, а эксплуатационные расходы зачастую

бывают значительными.

Несмотря на ряд

преимуществ сухого метода перед мокрыми, у

него имеются собственные проблемы технического порядка, что вызы-

вает необходимость совершенствования установок сухой очистки:

1. В том случае, когда газ имеет температуру 100

С эффективное

удаление SО

затрудняется, если посредством химических реакций не

производится сульфат или серная кислота.

153

2. Для того, чтобы неоднократно использовать адсорбент или гиг-

роскопическое вещество, необходимо, следовательно, десорбировать

этот адсорбент, при наличии восстановительного агента, при высокой

температуре или регенерировать в жидкой фазе. Эти методы требуют

высоких затрат.

3. Затруднительно спроектировать крупноемкостный аппарат не-

прерывного действия для контактирования газов, который имел бы вы-

сокий КПД и небольшие

потери давления.

4. Не существует достаточно экономичного способа, который не

допускал бы загрязнение адсорбента и побочных продуктов сажей.

5. Потери адсорбента на истирание неизбежны.

6. Унос адсорбента с газом и его улавливание.

7. Для повышения КПД установки необходимо усовершенство-

вать конструкцию котла-утилизатора для использования тепла реак-

ции, протекающей при высокой температуре.

9.2.1. Адсорбция SО

на коксах и активированном угле

Исследователями доказана возможность экономичного использо-

вания активированных углей и кокса для удаления SО

из отходящих

газов ТЭЦ, металлургических и сернокислотных заводов.

Промышленные способы очистки выбросных газов с помощью

угольных сорбентов наиболее интенсивно разрабатываются в странах с

развитой промышленностью (Германия, Англия, Япония и др.). В Рос-

сии предложен и отработан метод очистки выбросных газов от SО

кипящем слое зернистого угольного сорбента.

Все методы с использованием угольного сорбента отличаются

простотой и универсальностью, возможностью очистки горячих газов

(температура выше 100

С). Недостатком процессов, в зависимости от

способа регенерации сорбента, является либо большой расход сорбен-

та, либо получение в качестве отхода разбавленной, сильно загрязнен-

ной серной кислоты, сбыт которой затруднен, а переработка требует

дополнительных средств.

Очистка газов от SO

в кипящем слое сорбента

Схема процесса изображена на рис. 9.11.

Газовая смесь подается в многополочный адсорбер 3 с кипящим

слоем зернистого углеродистого сорбента, где происходит поглощение

SО

. Очищенные газы поступают в циклон, в котором отделяются час-

тицы золы, и выбрасываются в атмосферу. Свежий сорбент подается на

верхнюю полку адсорбера при помощи дозирующего устройства 2. Для

движения сорбента с полки на полку служат переточные устройства.

154

Рис. 9.11. Схема очистки газов в

кипящем слое сорбента

1 - емкость; 2 - дозатор; 3 - адсорбер;

4 - циклон; 5 - бункер; 6 - десорбер; 7 -

подогреватель; 8 - газодувка; 9 - сито

После насыщения сернистым

ангидридом сорбент с нижней

полки самотеком поступает в

бункер 5, откуда регулятором

подачи сорбента подается в де-

сорбер 6, в котором осуществля-

ется термическая десорбция в

движущемся слое сорбента, про-

тивотоком к которому для луч-

шего удаления SО

подается

предварительно нагретый

инертный газ или водяной пар.

Для получения более кон-

центрированного SО

, как отхо-

дящего продукта, инертный газ

вместе с десорбированным SО

циркулирует через десорбер при

помощи газодувки 8. Темпе-

ратура циркулирующего газа

поддерживается на необходимом

уровне при помощи подогрева-

теля 7.

Часть циркулирующего га-

за при достаточной степени на-

сыщения SО

отводится на пере-

работку. Соответственно в цикл

добавляется такое же количество

свежего инертного газа.

При таком методе регенерации может быть получен отходящий

газ, содержащий 40-50 % SО

В случае необходимости после десорбции сорбент поступает на

механическое сито 9 для отсева мелких фракций, а затем элеватором

подается в емкость 1 и далее - на повторное насыщение. Для компен-

сации потерь в систему периодически добавляется необходимое коли-

чество свежего сорбента.

Преимуществом схемы является возможность очистки горячих

(до 200

C) запыленных газов. Содержащаяся в газе зола не задержива-

ется в адсорбере, работающем в режиме кипящего слоя. После очистки

газ сохраняет высокую температуру, подъемная сила его значительна и

он легко рассеивается в атмосфере после выброса. При снижении по-

глотительной емкости сорбента вследствие наличия в газе смолистых

155

Рис. 9.12. Метод «Райнлюфт»

1-3 - секции скруббера; 4 - десорбционная

секция; 5 - сито; 6,9 - теплообменники;

7,8 - газодувки

веществ, часть сорбента должна выводиться на регенерацию, которая

осуществляется отмывкой сорбента соответствующими растворителя-

ми с последующей продувкой острым паром.

К недостаткам способа относится большой расход сорбента

вследствие истирания. Перспективы этого способа значительно повы-

сятся при создании более дешевого и прочного сорбента взамен акти-

вированного угля. Применение формированных гранулированных по-

глотителей на

основе торфяного, каменноугольного кокса и полукок-

сов имеет значительные экономические преимущества. Для поглоще-

ния SО

применяются также остатки коксования минеральных продук-

тов. Наилучшие результаты получены при использовании сформиро-

ванного поглотителя на основе кокса из предварительно окисленного

воздухом каменного угля (оксикокса).

Применение полукокса и кокса позволяет снизить затраты на по-

глотитель в 10 раз.

Метод “Райнлюфт”

Разработан непрерывный процесс очистки газов в медленно дви-

жущемся под действием

собственного веса слое гранулированного уг-

лесодержащего сорбента. Поглощаемый SО

, так же как и в других ме-

тодах с угольными сорбентами, каталитически окисляется до SO

связывается в виде серной кислоты, которая растворяется в капилляр-

ной влаге, образовавшейся за счет конденсации водяных паров газа.

Допустимая температура газа, поступающего на очистку, 80-200

Сорбент регенерируется

нагреванием до температуры

350-450

С. При этом серная

кислота разлагается и выде-

лившийся концентрированный

SО

может быть переработан в

серную кислоту или элемен-

тарную серу.

Схема процесса на рис.

9.12.

Все основные операции в

одном аппарате. Газ поступает

в нижнюю секцию 3 адсорбци-

онной колонны, в которой

сверху вниз под действием

собственного веса медленно

движется слой поглотителя. В

нижней секции поглотитель

156

насыщен SО

. Очищаемый газ при помощи дымососа 7 проходит через

слой сорбента по направлению его движения и подается в верхнюю

секцию 2, после чего выбрасывается в атмосферу. В третьей секции по-

глощается SO

, содержащийся в газе, так как углеродосодержащие

сорбенты способны поглощать SO

после их насыщения сернистым ан-

гидридом. Благодаря этому повышается полная емкость сорбента.

Если температура газа выше 200

С, то перед подачей в секцию 2

он охлаждается в теплообменнике 6 до наиболее благоприятной для

этого процесса температуры 100-130

С. Перед подачей в третью сек-

цию газ охлаждать нецелесообразно, так как своим теплом он разогре-

вает сорбент, направляющийся в десорбционную секцию 4. При этом

затраты тепла на десорбцию уменьшаются. Десорбция осуществляется

так же, как и в предыдущем способе. Для лучшего насыщения серни-

стым ангидридом инертного газа он неоднократно циркулирует через

десорбционную

секцию при помощи газодувки 8. Температура газа

поддерживается при помощи подогревателя 9.

Зола и мелкая фракция, содержащиеся в выходящем из десорбци-

онной секции регенерированном сорбенте, отделяется на виброгрохоте

5, после чего сорбент подается в питательный бункер 1.

В качестве поглотителя в данном способе использовался полу-

кокс. При работе установки наблюдалась сильная коррозия в тех

мес-

тах, где температура ниже точки росы.

Процесс «Лурги»

По данному методу газ, насыщенный водяным паром, с темпера-

турой ниже 100

С, пропускается через увлажненный водой слой акти-

вированного угля (рис. 9.13). При этом SО

адсорбируется, окисляется

до SO

за счет кислорода, содержащегося в очищаемом газе, и превра-

щается в серную кислоту. Последняя отмывается водой по мере насы-

щения слоя.

Полученная 10-15 % кислота используется для охлаждения и ув-

лажнения подлежащего очистке газа, что осуществляется в скруббере

Вентури, в котором кислота распыляется и приводится в контакт с тур-

булизированным потоком исходного

горячего газа.

Газ охлаждается за счет упаривания слабой кислоты, концентра-

ция которой повышается.

157

Рис. 9.13. Процесс Лурги

1 - скруббер Вентури; 2 - циклон; 3 - адсорберы; 4 - сборник кислоты; 5 -

насос

Пыль, содержащаяся в газовом потоке, увлажняется в скруббере

Вентури 1, после чего она легко отделяется в центробежном сепарато-

ре 2.

В зависимости от содержания в растворе золы, можно многократ-

ной циркуляцией получить более концентрированную кислоту. При

очистке обеспыленных газов концентрация кислоты достигает 65-70 %,

при очистке запыленных газах - до 25-30 %.

При получении сильно загрязненной кислоты, ее

можно разлагать

известным способом и получать концентрированный сернистый газ,

который перерабатывает в чистую серную кислоту или элементарную

серу.

9.2.2. Поглощение диоксида серы оксидами марганца

158

Рис. 9.14. Марганцевый процесс очистки газов от диоксида серы

1 - адсорбер; 2 - сито; 3 - электролизер; 4 - емкость; 5 – центрифуга; 6 - сушил-

ка

Марганцевый процесс

В качестве поглотителя используется гранулированный, высу-

шенный на воздухе и в вакууме при температуре 300-400

С оксид мар-

ганца Mn

, который получается при взаимодействии сульфата мар-

ганца и едкого натра.

Схема процесса приведена на рис. 9.14.

Дымовой газ с температурой 130-330

С поступает в адсорбер 1,

где SО

поглощается оксидом марганца. Сорбированный SО

окисляет-

ся в SO

и растворяется капиллярной влагой с образованием серной ки-

слоты. Последняя взаимодействует с оксидом марганца, образуя суль-

фат марганца.

Отработанный поглотитель поступает на механическое сито 2, за-

тем в емкость 4, оборудованную мешалкой. В эту емкость подается

раствор едкого натра. Здесь сульфат марганца взаимодействует с гид-

ратом оксида натрия по реакции:

MnSO

+ 2NaOH = MnO↓ + Na

+ H

Далее суспензия разделяется и промывается водой на центрифуге

5, где МnO окисляется в Mn

за счет кислорода воздуха.

159

Фильтрат, состоящий из раствора сульфата натрия, разлагается в

электролизере 3 с образованием разбавленной серной кислоты и рас-

твора едкого натра. Серная кислота после упаривания и концентриро-

вания может быть реализована, а едкий натр возвращается в процесс

для обработки новых порций отработанного поглотителя.

Регенерированный влажный поглотитель, отделенный на центри-

фуге 5, высушивается в сушилке

6 и направляется в адсорбер.

Процесс “Дар-Марганец”

Процесс отработан японской компаний “Мицубиси”. В качестве

поглотителя использовалась смесь оксидов, так называемые активиро-

ванные оксиды марганца, который получают обработкой сульфата

марганца аммиаком с последующим окислением гидрата кислородом в

водной среде:

MnSO

+ 2NH

OH = Mn(OH)

+ (NH

)

;

Mn(OH)

+ 05iO

+ n(n-1)H

O = MnO

1+i

.nH

где i и n изменяются в пределах соответственно от 0,5 до 0,8 и от 0,1 до

1,0.

Схема процесса на рис. 9.15.

Измельченный адсорбент вдувался в поток газа, и вместе с ним

поступал в адсорбер 2. В нем оксиды марганца взаимодействуют с SО

кислородом и капиллярной влагой с образованием сульфата марганца.

Механизм поглощения такой же, как и в предыдущем процессе. Час-

тички поглотителя размером около 40 мкм легко уносились газовым

потоком, скорость которого в адсорбере составляла 13 м/с.

Отработанный адсорбент почти полностью отделялся в батарей-

ном циклоне 3 и электрофильтре 4. Часть отделенного поглотителя

возвращалась в

бункер 1 для повторного использования, другая часть

поступала в аппарат 5, оборудованный мешалкой, где сульфат марган-

ца растворялся в воде. Эта часть составляла 1/4 или 1/5 от общего ко-

личества поглотителя.

160

Рис. 9.15 . Процесс «Дар-марганец»

1 - бункер; 2 - адсорбер; 3- циклон; 4- электрофильтр; 5 -смеситель; 6 - колонна

регенерации аммиака; 7 - окислительная колонна; 8,10 - центрифуга; 9 - флота-

тор

Пульпа из аппарата 5 поступала в колонну 6 регенерации аммиа-

ка, а затем в окислительную колонну 7. В последней пульпа обрабаты-

валась аммиаком и кислородом воздуха. При этом оксиды марганца

регенерировались согласно вышеприведенным реакциям. Непрореаги-

ровавший аммиак, уносимый воздухом, улавливается в колонне 6.

Процесс окисления осуществляется при обычной температуре мелко

диспергированным потоком воздуха.

Кристаллы оксидов

марганца отделялись на центрифуге 8 и воз-

вращались в процесс, а раствор сульфата аммония направлялся на упа-

ривание и кристаллизацию. Раствор сульфата аммония можно обраба-

тывать известью, получая гипс. При этом регенерированный аммиак

возвращается в процесс.

Так как поглощение SО

из запыленных, предварительно не очи-

щенных газов, приводило к засорению поглотителя золой, часть осад-

ка, полученного в центрифуге 8, направлялась в флотатор 9, где зола

отделялась флотацией при добавлении небольшого количества кероси-

на. Отделяемая зола содержала большую часть керосина. Остальное

его количество сорбировалось оксидами марганца.

Очищенный от золы поглотитель отделялся на центрифуге 10

возвращался в процесс. Отмечалось, что наличие керосина не снижало