Улавливание абсорбентами на основе Na (содой и щелочью)

Использование щелочных вод и технических стоков

Схема, основанная на циркуляции раствора муравьиной кислоты

Основной раствор: Са(ОН)₂+СаС1₂+НСООН (муравьиная кислота) для увеличения массообмена при абсорбции.

Основные стадии: абсорбция, окисление, нейтрализация, фильтрация.

1 – абсорбер; 2 – сборник-реактор; 3 – смеситель; 4 – отстойник; 5 – фильтр; 6 – сушилка.

- газ очищают до содержания пыли не более 8 г/м³;

- раствор имеет наибольшую поглотительную способность при рН=4,5-5;

- после полного связывания формиат-ионов рН↓ до 4, что оптимально для окисления в (2), избыток воздуха – пятикратный. Суспензию с гипсом направляют в (3), где рН↑ путем добавки извести для оптимального отстоя в (4).

Далее 10-30%-ю суспензию гипса → вакуумный фильтр → гипс → на затаривание. Содержит около 0,5% СаSО₃.

Недостаток схемы – необходимость такого дорогого реактива, как Са(ОН)₂.

Для очистки газов от SО₂ на ТЭС.

· Наиболее широко применяют воды золоуловителей, т.е. шлам, который легко перекачивается по трубам.

· Контактные аппараты – тарельчатого типа различной конструкции.

Сточная вода золоуловителя имеет рН=10,3-11,4. Её свободная щелочность достигает 21мг-экв/л, а карбонат-бикарбонатная щелочность 147 моль-экв/л

Дымовые газы – наоборот, всегда кислые: SО₂ 0,08-0,15%об.

СО₂ 5,6-9,7%об.

Абсорбция: 46-54^оС при: Ж/Г=3,2 кг/кг (расход), при этом η=99% и рН=11,4 снижается → 7,0.

Особенности подобных схем:

· Химический состав золы изменяется в широких пределах в зависимости от исходного угольного топлива, его месторождения.

· Засоренность угля породой также влияет на состав золы.

· Технология сжигания влияет на долю неорганики, уносимой с потоком газа из топки.

Таблица - Обычный состав золы:

SiО2 - 30-68%	А12О3 - 10-40%	Nа2О - 0,04-1,1%
СаО - 1,5-50%	Fе2О3 - 2-30%	К2О - 0,5-1,3
МgО - 0,8-4,8%	SО3 - 0,2-1,6%	ТiО2 - 0,3-0,9%

Щелочные оксиды дают с водой основные соединения Са(ОН)₂, Мg(ОН)₂, К Nа(ОН)₂ и т.д. рН↑ в суспензии.

В щелочной среде протекают процессы гидролиза силикатов, алюминатов, ферритов:

хСаО·уSiО₂· z Fе₂О₃·кА1₂О₃ + (х+у+3z+3к)Н₂О→уН₂SiО₃+2zFе(ОН)₃ + 2кА1(ОН)₃ +хСа²⁺ + 2хОН^-

Характерно образование коллоидных форм продуктов гидролиза.

Коллоидная система – большая поверхность раздела фаз (десятки и сотни метров). D_част ≈ 1 мкм, хлопьевидные. Это положительный фактор.

В зависимости от соотношения щелочности в золе и SО₂ в дымовых газах, поглощение SО₂ может быть полным или неполным. При дефиците золы необходимо подщелачивать суспензию золы в (3), либо выброс SО₂ растет.

Уравнения реакции могут быть составлены лишь в общем виде.

1 – циклон очистки дымовых газов; 2 – абсорбер; 3 – реактор гидролиза; 4 – нейтрализатор; 5 – реактор-окислитель; 6 – отстойник (сгуститель); 7 – емкость для оборотной воды; 8 – газоподогреватель (почему так назван?); 9 – центрифуга.

В реакторе с мешалкой (3) происходит смешивание частиц летучей золы с водой, образование гидроксидов Са и Мg при выщелачивании наиболее тонкодисперсных частиц (рН =3,5; 45-50^оС).

В (4) поступает жидкость из абсорбера (2) насыщенная SО₂ и СО₂. Реакция происходит как в жидкой фазе, так и на поверхности коллоидных частиц гидроксидов.

Крупные частицы и нерастворимые частицы являются затравочными центрами образования осадка.

SО₂+2 ОН^-→SО₃^2- +Н₂О - основная реакция связывания SО₂.

Но если щелочи мало, то: SО₂+ ОН^-→НSО₃^-

Реакции в нейтрализаторе (5) НSО₃^- +0,5О₂→ НSО₄^-

Шлам – смесь сульфата кальция 2х водного и золы.

Варианты использования:

1) Добавки к цементу и получение гипсобетонных изделий сразу из суспензии.

2) Прокаливание при 250-400^оС и получение гипсового вяжущего.

Примеры теоретического анализа, показывающие эффективность такого метода, исходя из состава отходов сжигания угля разных разрезов:

Месторождение	Выход SО2 мг-экв/кг	СаО/SО2 моль/моль
Эстонское сланцевое		3,95
Березовское		1,35
Карагандинское		0,05

Моль/моль ~ 1 ед. (СаО + SО₂=СаSО₃)

46.9 Магнезитовый метод улавливания SО₂

Включает стадии абсорбции, хемосорбции, регенерации хемосорбента, утилизации концентрата SО₂ в серную кислоту.

В упрощенном выражении: SО₂ через стадию абсорбции водой, хемосорбируется оксид-гидроксидом магния - МgО· Мg(ОН)₂.

Образующийся МgSО₃ имеет ограниченную растворимость и выпадает в осадок в виде смеси: МgSО₃·6Н₂О, МgSО₃·3Н₂О.

Эту соль сушат и прокаливают. МgО – возвращают в цикл. SО₂ – переводят в Н₂SО₄.

Реакции:

МgО+Н₂О→ Мg(ОН)₂

МgSО₃+Н₂О+SО₂→Мg(НSО₃)₂

Мg(НSО₃)₂ + Мg(ОН)₂ → 2 Мg SО₃↓+2Н₂О

Кислая соль слабое основание пересыщенный раствор

1 – абсорбер Вентури; 2 – нейтрализатор; 3 – центрифуга; 4 – сушилка; 5 – печь.

Орошение суспензией 1:10, где начальная рН = 6,8-7,5;

конечная рН=5,5-6,0

Состав суспензии:

МgО - 1,5%

МgSО₃ - 6,7%

МgSО₄ - 12,4%

Сульфат магния образуется в абсорбере, но его образование нежелательно (т.к. регенерация при t^о=1200-1300, тогда МgО становится неактивным). Поэтому на стадии абсорбции - сокращают время контакта, а на стадии обжига в шихту вводят кокс для снижения температуры разложения МgSО₄ или используют природный газ в печах-КС или во вращающихся печах.

На центрифугу подают лишь часть суспензии.

После сушилки получают продукт:

MgO – 2,6%;

MgSO₃ – 65%;

MgSO₄ – 12%.

После обжига во вращ. печах при 900ºС MgO с 8% MgSO₄, возвращают в цикл, обжиговый газ после печи содержит SO₂ с концентрацией 7-15%.

Схема требует пополнения MgO и доп. воды.

Достоинства метода:

- можно очищать горячие газы.

- продукт рекуперации – H₂SO₄ – проблемы сбыта – нет.

- доступность и дешевизна MgO

- высокая эффективность очистки

Недостатки метода:

- сложность схемы.

- неполное разложение MgSO₄ и его потери.

- потери MgO при регенерации

46.10 Цинковый метод улавливания SО₂

Абсорбент – суспензия ZnO

ZnO+ SО₂ ® ZnSO₃ – нерастворим, образует осадок, что проще отделять.

Обжиг – всего 350ºС.

Недостаток ZnSO₄ – нерентабельно регенерировать – выводится из системы.

Na₂CO₃ + SO₂ ® Na₂SO₄ + CO₂

Na₂SO₃ + SO₂ + H₂O ® 2NaHSO₃ и тоже самое с NaOH

Далее NaHSO₃ + ZnO ® ZnSO₃ ↓ + NaOH

т.е. цинковый метод с добавлением солей Na в раствор.

Дата добавления: 2014-01-15