Очистка газов от диоксида серы

Отходящие газы, содержащие оксид серы (IV) характеризуются, как правило, низкой концентрацией SO₂, высокими температурами и значительным содержанием пыли.

Для очистки газов от диоксида серы используют, в основном, хемосорбцию. В качестве поглотителей применяют: воду, водные растворы и суспензии щелочных и щелочно-земельных металлов.

Абсорбция водой

Реакция, протекающая при абсорбции водой:

SO₂ + H₂O ↔ H₂SO₃ ↔ H⁺ + HSO₃^-

Так как диоксид серы плохо растворим в воде, для очистки требуется большой её расход и абсорберы с большими объёмами. Процесс ведут при температуре около 100 ⁰С, следовательно, он сопровождается ещё и высокими энергозатратами.

На рисунке 16а показана схема норвежского процесса, в котором в качестве поглотителя SO₂ используется морская вода, имеющая слабощелочную реакцию, благодаря чему увеличивается растворимость в ней диоксида серы. В электрофильтре (1) происходит очистка от золы, в полых скрубберах Вентурри (2,3) абсорбция и охлаждение, после подогрева в аппарате (4) очищенные газы выбрасываются а атмосферу. Полученные в абсорберах в результате реакции взаимодействия диоксида серы с солями морской воды сульфитные соединения перед сбросом в море окисляются в реакторе (5) до сульфатов.

Известняковые и известковые методы

Достоинства:

-простая технологическая схема;

- низкие эксплуатационные затраты;

- доступность и дешевизна сорбента;

- возможность очистки без преварительного охлаждения и обеспыливания.

Недостатки:

-зарастание систем охлаждения гипсом;

- коррозия и эррозия оборудования;

- значительный брызгоунос;

- образование осадков.

В качестве реагентов используются:

Известняк, % масс.: SiO₂ – 5,19; TiO₂ – 0,06; Al₂O₃ – 0,81; Fe₂O₃+FeO – 0,54; MnO – 0,05; CaO - 42,61; MgO – 7,9; K₂O – 0,33; Na₂O – 0,05; H₂O - 0,76; CO₂ - 41,58; P₂O₅ – 0,04; S – 0,09; SO₃ – 0,05; Cl₂ – 0,02

Доломит, % масс.: CaCO₃ + MgCO₃: CaO – 30,4; MgO – 21,7: CO₂ – 47,9

Мергель (осадочная горная порода глинисто-карбонатного состава), % масс.: SiO₂ -8,02÷53,32; Al₂O₃ – 1,52÷9,92; Fe₂O₃ – 0,44÷3,3; MgO – 0,26÷1,95; CaO – 18,18÷50,44; SO₃ – 0,05÷0,75.

Известь – Са(ОН)₂, получаемая обжигом карбонатных пород при 1100-1300 ⁰С:

СаСО₃→ СаО + СО₂

СаО + Н₂О → Са(ОН)₂

Химические реакции, протекаемые в известняковых и известковых методах:

SO₂ + Н₂О↔ H₂SO₃

CO₂+ Н₂О↔ H₂CO₃

CaCO₃ + H₂SO₃↔ CaSO₃ + H₂CO₃

CaCO₃ + H₂CO₃↔ Ca(HCO₃)₂

CaSO₃ + H₂SO₃↔ Ca(HSO₃)₂

Ca(HSO₃)₂ + 2 CaCO₃↔ Ca(HCO₃)₂ + 2 CaSO₃

Ca(HCO₃)₂ + 2 H₂SO₃↔ Ca(HSO₃)₂ + 2 H₂CO₃

Ca(HSO₃)₂ + O₂↔ Ca(HSO₄)₂

2CaSO₃ + O₂↔2 CaSO₄

Сульфит и сульфат кальция гидратируются с образованием соответствующих осадков:

CaSO₃+ 0,5Н₂О↔ CaSO₃∙0,5Н₂О

CaSO₄+ 2Н₂О↔ CaSO₄∙2Н₂О (гипс)

Наличие примесей усложняет процесс очистки.

Известняковые и известковые методы делятся на нерекуперационные и рекуперационные (позвляют выделять хемосорбент и использовать его в новом цикле очистки).

К нерекуперационным методам относится очистка с использованием СаСО₃, схема которой приведена на рисунке 16 б.

В качестве реагента использована суспензия известняка с частицами размером 0,1 мм, соотношением Т:Ж=1:10, рН суспензии 6-6,2; достигаемая степень очистки 85%, коэффициент использования извести около 50 %.

Это один из распространённых методов очистки отходящих газов ТЭС, но главным его недостатком является образование значительных объёмов осадков. Так на ТЭС мощьностью 1000 МВт образуется примерно 780 т шлама в год, содержащего сульфит кальция и до 65% воды. Шлам, как правило, захоранивают после сгущения, но возможна его переработка в материал для дорожного строительства, включающая его предварительное окисление (сульфита в сульфат). Окисление и переработка шлама оправданы экономически.

Также нерекуперационным является способ очистки отходящих газов ТЭС с помощью суспензии летучей золы, являющейся отходом процесса сжигания твердого или жидкого топлива. Схема процесса приведена на рисунке 17 а.

Химический состав золы, % масс.: SiO₂ -30÷68; Al₂O₃ – 10÷40; Fe₂O₃ – 2÷3; MgO – 0,8÷4,8; CaO – 1,5÷50; SO₃ – 0,22÷1,56; TiO₂ -0,3÷0,9; Na₂O – 0,045÷1,1; К₂О – 0,5÷1,3.

Химические реакции процесса:

СаО + Н₂О↔ Са(ОН)₂↔ Са²⁺ + 2ОН^- рН>7

MgO+ Н₂О↔ Mg(ОН)₂↔ Mg²⁺ + 2ОН^-

Остальные оксиды образуют соответствующие гидроксиды

HSO₃^- + ОН^- ↔ SO₃^2- + Н₂О

HSO₃^- + 0,5О₂ ↔ НSO₄^-

Образующиеся в результате осадки, состоящие из отработанной золы и сульфата кальция, могут быть использованы в производстве стройматериалов.

Рекуперационные методы:

- магнезитовый;

-цинковый;

- с использованием хемосорбентов на основе солей натрия;

- двойной щелочной (с использованием солей натрия, калия и аммония);

- аммиачные;

- с использованием расплавов солей (карбонатов щелочных металлов);

- с использованием ароматических аминов.

В магнезитовом методе, схема которого приведена на рисунке 17 б, в качестве хемосорбента применяется оксид-гидроксид магния. В процессе очистки протекают следующие реакции:

MgO+ Н₂О↔ Mg(ОН)₂

Mg(ОН)₂ + HSO₃^-↔ Mg (HSO₃)₂ + H₂O

Mg(ОН)₂ + SO₃^2-↔ Mg SO₃ + H₂O

Mg SO₃+ Н₂О+ SO₂ = Mg (HSO₃)₂

Mg (HSO₃)₂ + Mg(ОН)₂= ↓2 Mg SO₃ + H₂O

2 Mg SO₃ + О₂ = 2↓ Mg SO₄ – нежелательный процесс

Образовавшийся осадок сульфита магния отделяют и подвергают разложению в аппарате (5): Mg SO₃ = MgO + SO₂↑

Образующийся оксид магния снова используется для приготовления рабочей суспензии (Т:Ж =1:10, рН на входе в абсорбер 6,8-7,5, на выходе 5,5-6), а диоксид серы с концентрацией 7-15 % направляют на переработку в серную кислоту. Абсорбция происходит в скуббере Вентури, орошаемом циркулирующей суспензией.

Достоинства метода:

- возможность очищать горячие газы без предварительного охлаждения;

- получение в качестве продукта серной кислоты;

- доступность и дешевизна хемосорбента;

- высокая эффективность очистки.

Недостатки метода:

- сложность технологической схемы;

- неполное разложение соединений магния при обжиге (Mg SO₄);

- значительные потери хемосорбента при регенерации.

Аппаратура (абсорберы)

Используют пустотелые абсорберы с форсунками и скрубберы Вентури (одно и двухступенчатые), также абсорберы с подвижной шаровой насадкой из полиэтилена или резины. На рисунке 18 представлен абсорбер, сочетающий полую секцию с форсунками и секцию с барботажными тарелками.

Требования к аппаратуре:

- высокая эффективность;

- высокая пропускная способность по газу;

- низкое гидравлическое сопротивление (до 3кПа);

- простота конструкции;

- удобство эксплуатации;

- низкая металлоёмкость;

- не должны забиваться осадками.

Лекция 6

Дата добавления: 2014-01-07