Очистка топочных газов от диоксида серы

Уменьшение содержания серы в топочных газах может достигаться разными методами: использованием малосернистых углей, предварительным удалением серы из угля, снижением количества серы, выделяющейся в газовую фазу при горении (связывание серы, например, в сульфат кальция), удалением серы из топочных газов, предварительной переработкой нефти, угля, сланца в жидкое или газообразное горючее (с удалением серы). Поскольку наиболее широко в мировой практике применяются методы обессеривания топочных газов и предварительное удаление серы из нефти и угля, этим методам уделяется основное внимание. Удаление серы при переработке нефти является стандартной операцией.

Основными промышленными методами очистки топочных газов от диоксида серы являются абсорбция и добавление сорбентов в зону горения. С помощью этих методов из топочных газов можно удалять более 90% SO₂. Обычно применяются абсорбционные методы - известковый и известняковый, мокры, полусухие и сухие. Основные их недостатки - образование большого объема сульфитов и сульфатов и сложность утилизации последних. Известны также циклические (регенерационные) методы, например магнезитовый, применение которых позволяет получать концентрированный поток SO₂ и возвращать сорбент в начало процесса. Однако эти методы имеют свои недостатки и используются значительно реже. [2]

Применяется также подача известняка в зону горения, в кипящий слой или подачу пульпы (известняка и воды) в газовый тракт. Но проблема та же: использование золы и шлака ограничено из-за вторичного загрязнения воды и почвы сульфатами.

Известковый и известняковый методы. Основные химические реакции, протекающие при взаимодействии SO₂ с пульпой гидроксида кальция или известняка, описываются следующими уравнениями:

 

СаО + Н₂О = Са(ОН)₂

Са(ОН)₂ + СО₂ = Са СО₃ + Н₂О

Са СО₃+ СО₂+ Н₂О = Са(НСО₃)₂

Са(НСО₃)₂ + SO₂ + Н₂О = СаSО₃ 2Н₂О + 2СО₂

СаSО₃ 2Н₂О + ½ О₂ = СаSО₄ 2Н₂О

 

Образующийся в процессе улавливания SO₂ сульфит кальция плохо растворим в воде и образует мелкокристаллический осадок СаSО₃ 2Н₂О. Под действие воздуха он частично переходит в сульфат кальция. При абсорбционном выделении SO₂ происходит также очистка газа от частиц летучей золы и других веществ. Поэтому образующаяся пульпа имеет сложный переменный состав и содержит смесь сульфита и сульфата кальция, непрореагировавшего СаСО₃ или Са(ОН)₂, частиц летучей золы и других веществ. Это в значительной мере затрудняет дальнейшее использование образующего шлама. В большинстве случаев его сбрасывают в отвал, где он является источником вторичного загрязнения окружающей среды.

Разработаны и освоены в промышленности методы очистки дымовых газов от SO₂ с получение строительного гипса. Окисление сульфита кальция и кристаллизация гипса. Окисление сульфита кальция и кристаллизация гипса протекают при подкислении, поэтому предусмотрены подача серной кислоты и продувка воздухом.

Магнезитовый метод.

Сущность метода состоит во взаимодействии SO₂ с суспензией Mg(ОН)₂ по реакции:

 

Mg(ОН)₂ + SO₂ + 5 Н₂О = MgSO₃ 6Н₂О

 

Достоинствами метода являются его цикличность, высокая эффективность (степень очистки 90-92%), возможность утилизации SO₂. Основной недостаток процесса - большое количество твердофазных стадий, что приводит к сильному абразивному износу аппаратуры и загрязнению среды твердыми частицами. Весьма значительными являются и энергетические расходы на разложение сульфита и сульфата магния.

Аммиачные методы

В основе этих методов лежит процесс абсорбции SO₂ раствором сульфита аммония:

 

SO₂ + (NН₄)₂ SO₃ + Н₂О = 2NН₄НSО₃

В дальнейшем в результате химических превращений из образующегося гидросульфата аммония выделяют оборотный раствор (NН₄)₂ SO₃ и концентрированный поток SO_2.

Недостатком всех аммиачных методов очистки является необходимость глубокого охлаждения газов перед стадией абсорбции.

Общий недостаток всех абсорбционных методов - необходимость дополнительного нагрева очищенных газов перед их выбросом в атмосферу.

Очистка дымовых газов с получением серы

В ряде стран разработан регенерационный циклический способ очистки дымовых газов от оксидов серы с получением серы. Топочные газы очищаются от пыли в электрофильтрах и дочищаются водой, при этом происходит очистка от тяжелых металлов. Далее SO₂ взаимодействует в абсорбере с раствором сульфида натрия:

 

SO₂ + Na₂ S = Na₂ SО₄ + 2 S

 

Образовавшаяся пульпа подкисляется и нагревается в автоклаве до 150-170⁰С, сера при этом плавится и отделяется, а раствор сульфата натрия взаимодействует далее с оборонным сульфидом бария:

 

Na₂ SО₄ + ВаS = ВaSО₄ + Na₂S

 

Раствор сульфида натрия направляется на начальную стадию процесса на улавливание диоксида серы, а осадок сульфата бария - в печь для восстановления коксом:

 

ВaSО₄ + 2C = BaS + 2CO₂