Очистка газообразных промышленных выбросов

--PAGE_BREAK--Очистка выхлопных газов от окислов азота, сернистого газа, ту­мана и брызг серной кислоты углещелочным сорбентом с получе­нием углеазотных удобрений.  Схема очистки вы­хлопных газов углещелочным сорбентом с одновременным получением углеазотных удобрений аналогична схеме очистки газов торфом, с той лишь разницей, что в качестве сорбента используется не торф, а окисленные и бурые угли.

Степень очистки газа от окислов азота в реакционной зоне на угле в течение одного часа составляет 90—92%. Если это время увеличивали до 2 час, степень очистки газа снижалась до 70%.При этом степень очистки отSO2 достигала 95, а от тумана и брызг серной кислоты — 100%.

Очистка газов от окислов азота в производстве нитролигнина. Сов­местно с авторами и работниками Андижанского гидролизного за­вода разработан метод получения нитролигнина с применением азотной кислоты концентрацией 50—55%. Одновременно решен вопрос улавливания и использования окислов азота.

Так как окислы азота в газе содержатся преимущественно в видеNO, для улавливания их требуется предварительное окисле­ние окиси азота, что осуществляется в окислительной башне. После окислительной башни окислы азота выходят преимущественно в видеNO2 и полностью адсорбируются лигнином в адсорбере с ки­пящим слоем.

В настоящее время в промышленности внедряется метод ката­литической очистки газа от окислов азота на паладиевом катали­заторе. Однако этот метод требует больших капитальных затрат и эксплуатационных расходов. В результате очистки газов от окислов азота в воздух выбрасывается окись углерода.

Капитальные затраты и эксплуатационные расходы по торфощелочному методу очистки хвостовых нитрозных газов от окислов азота значительно ниже, чем при каталитической очистке, вследствие чего этот метод является с экономической точки зрения наиболее выгодным.                          

Каталитическое восстановление окислов азота. Тонкая очистка газов от окислов азота может быть достигнута методом катали­тического восстановления окислов азота. Восстановление начинает­ся при 149°С в случае применения водорода в качестве восстано­вителя и при 400°С — в случае применения в качестве восстано­вителя метана. Восстановление окислов азота происходит при пропускании смеси газов, содержащих окислы азота с газом-восстановителем, над слоем катализатора. Выделяющееся в про­цессе реакции тепло используется либо для получения пара, либо в газовой турбине.

В качестве восстановительного агента используются водород, метан и газы: природный, отходящие нефтяные и коксовый. Для осуществления процес­са используются катализаторы различных типов.  

 Восстанов­ление окислов азота возможно и без катализаторов при использо­вании высокотемпературного восстановительного пламени, при этом газы должны быть нагреты до температуры 950—1200°С. В качестве восстановителей могут быть использованы природный газ, водород и другие горючие вещества.

Бескатализаторный метод восстановления окислов азота имеет меньшие перспективы для промышленного внедрения, вследствие большого расхода горючего газа-восстановителя.

 Восстановление окислов азота в потоке плазмы. Отличительная особенность этого метода в том, что нагрев газа производится в потоке низкотемпературной плазмы и добавки к газу- восстановителя производятся в количестве, необходимом для реакции восстановления окислов азота. Эта реакция протекает при 2100—2300°С

Процесс разложения окислов азота протекает в плазмотроне, работающем на постоянном или переменном токе.

Окисление окиси азота озоном. Реакция окисления окиси азота протекает с большой скоростью даже при незначительном содержа­нии озона в газе. Основная трудность окис­ления и поглощения окислов азота по этому способу состоит в сложности получения больших количеств озона.

ОЧИСТКА ГАЗОВ ОТ ДВУОКИСИ СЕРЫ

Среди газообразных веществ, загрязняющих атмосферный воз­дух, одно из главных мест занимает сернистый ангидрид (дву­окись серы). В обычных условиях это бесцветный газ с резким раздражающим запахом.

Основным источником загрязнения атмосферного воздуха дву­окисью серы являются отходящие газы заводов цветной металлур­гии, выхлопные газы сернокислотных заводов и дымовые газы теплоэнергетических установок, сжигающих высокосернистое топ­ливо.

Существующие методы очистки газов отSO2 можно разделить на три группы: методы, основанные на окислении и нейтрализации SO2 без последующего ее выделения; циклические и комбинирован­ные методы.

К первой группе относятся методы очистки газов отSO2 с переработкой ее в серную кислоту или сернистокислые соли. К цик­лическим относятся методы, позволяющие извлекатьSO2 из раз­бавленных газов при низкой температуре и выделять поглощен­ную SO2 при последующем нагреве поглотителя. При использо­вании комбинированных методов поглощение двуокиси серы про­изводится различными основаниями с последующим действием на них сильных кислот, в результате чего выделяется концентрирован­ная двуокись серы и соответствующие соли.

Выбор метода извлечения двуокиси серы зависит от концент­рации SO2, температуры, влажности, наличия в газе других при­месей, а также от специфических местных условий. При выборе метода необходимо учитывать масштабы производства, наличие местного сырья для приготовления поглотительных растворов, воз­можность реализации получаемых при очистке продуктов и т. д.

Методы, основанные на окислении и нейтрализацииSO2. В по­следние годы разработан и испытывается метод получения серной кислоты из малоконцентрированных газов. Этот метод позволяетдостичь санитарной нормы очистки отходящих газов с одновре­менным получением ценного химического продукта. Отходящие газы предварительно очищают от пыли в электрофильтрах / (рис. 4) и от каталитических ядов (Аs2O3  иSeO2) в промывных башнях 2 и 3, орошаемых серной кислотой.



Рис. 4. Схема получения серной кислоты из малоконцентрированных газов (схема СГ — слабые газы).

Улавливание серно­кислотного тумана, образовавшегося в промывных башнях, произ­водится в волокнистых электрофильтрах 4. Очищенный от приме­сей сернистый газ с помощью газодувки 5 направляется в контакт­ный аппарат 7. Однако перед этим он должен быть подогрет до 420—440°С. В существующих сернокислотных системах, работаю­щих на концентрированных газах, подогрев газа осуществляется за счет тепла реакции окисленияSO2 вSO3. Если содержаниеSO2в газе низкое, тепло реакции окисления недостаточно и подогрев газа до температуры контактирования осуществляется путем до­бавления к нему топочных газов, получаемых в результате сжига­ния газообразного или жидкого топлива в топке 6. В связи с этим в контактном отделении не устанавливаются теплообменники, а понижение температуры газа между слоями контактной массы осуществляется путем добавления к газу атмосферного воздуха.Получаемая в контактном аппарате трехокись серы абсорбируется в башне 8.

При больших количествах холодной воды целесообразно применять для поглощенияSO2 из отходящих газов водный метод очистки.Благодаря низкому парциальному давлениюSO2 над водой можно достичь практически полного поглощения двуокиси cеры водой. Однако на практике водная очистка газов отSO2 не нашла широкого применения из-за большого расхода воды и за­грязненности сточных вод.

При промывке сернистых газов водными растворами щелочей происходит поглощениеSO2 водой с образованием сернистой кис­лоты, которая нейтрализуется щелочью с образованием солей сернистой кислоты.

Из щелочных методов наиболее перспективны те, которые обес­печивают простоту и надежность работы установки, а также полу­чение товарных продуктов, используемых в народном хозяйстве.

 


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



Известковый метод. Принципиальная схема установки по очист­ке отходящих газов отSO2известковым 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 сSO2 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 выделениеCaSO3 происходит на вакуумфильтре 6. Шлам, состоящий из СаSО3 иCaSO4, 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 отSO2, 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 = 2NaHSO3.

Процесс поглощенияSO2 содовым раствором осуществляется в аппаратах насадочного или барботажного типов. Газ проходит последовательно две башни, первая из которых орошается раство­ромNaHSO3, вторая — растворомNa2SO3. Содовый способ обеспечивает хорошую очистку отхо­дящих газов отSO2 с одновременным получением товарной соли NaHSO3 иNa2SO­3. Однако он не нашел широкого применения ввиду ограниченного сбыта этих солей.

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

SO2 + 2NH3 + H2O = (NH4)2SO3;

(NH4)2 SO3 +SO2 + H2O = 2NH4 HSO3.

В присутствии кислорода сульфиты окисляются до сульфатов

(NH4)2SO3  + ½ O2  = (NH4)2SO4;

(NH4)HSO3  + ½ O2  = NH4HSO4.

Так как при взаимодействии сернистого газа с аммиачной водой получаются аммиачные соли, используемые как удобрение в сель­ском хозяйстве, аммиачный метод очистки газов отSO2 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 абсорбцииSO2 используются твердые сорбенты. Циклические методы извлечения двуокиси серы являют­ся наиболее эффективными и нашли применение в промышлен­ности.
Принципиальная схема извлечения и концентрирования SO2циклическим 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 сSO2 поступает в конденсатор 6, а затем в холодильную башню 8, орошаемую циркуляционной хо­лодной водой (насыщеннойSO2). 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 растворимостиSO2 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=0MgO + SO2­­ ­­ с получением товарногоSO2, 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 иMgSO4 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 Н
2
S. 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. Вкачестве 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.

    продолжение
--PAGE_BREAK--