Лекция № 6 Очистка дымовых и топочных газов от диоксида серы Во-первых

Лекция № 6
Очистка дымовых и топочных газов от диоксида серы
Существует несколько путей уменьшения серы в топочных газах.
Во-первых, это использование малосернистых углей.
Во-вторых, удаление серы из угля.
В-третьих, снижение количества серы, выделяющейся в газовую фазу
при горении путем связывания серы.
Сера удаляется предварительной переработкой нефти, угля и сланца в
жидкое или газообразное горючее с удалением серы. Наиболее широко в
мировой практике применяют методы обессеривания топочных газов и
удаление из нефти и угля.
Предварительной удаление серы из угля может осуществляться
химическими, физическими и микробиологическими методами.
Физические методы делятся на гравитационные и магнитные. Удаляется не
более 30% от общего содержания пиритной серы (FeS2).
Микробиологическая очистка используется, но широко не применяется, та
как для проведения процесса требуется продолжительное время.
Химическое обессеривание широко используется в развитых странах,
особенно в США, но установки до сих пор не вышли из опытнопромышленных.
Основными промышленными методами очистки топочных газов от
диоксида серы является абсорбция и добавление сорбентов в зону
горения. С помощью этих методов из топочных газов можно удалить до
90% диоксида серы. Обычно применяют известковый и известняковый
абсорбционный метод, мокрый, полусухой и сухой. Наиболее широко эти
методы распространены в США, Японии, ФРГ. Основной недостаток –
образование большого объема сульфитов, сложность их утилизации.
Применяется подача известняка в зону горения, в кипящий слой или подача
пульпы (известняк + вода) в газовый тракт. Здесь возникает проблема –
использование золы и шлака ограничено из-за вторичного загрязнения воды
и почвы сульфатами. Основные химические реакции, протекающие при
взаимодействии SO2 с пульпой, описываются следующими уравнениями:
Плюс этого метода – при абсорбционном выделении SO2 происходит также
очистка газа от частиц летучей золы и других веществ. Но это же является и
минусом, так как образующаяся пульпа имеет сложный переменный состав,
что затрудняет ее дальнейшее использование. Но разработаны методы
промышленной очистки дымовых газов от диоксида серы с получением
строительного гипса: окисление сульфита кальция и кристаллизация гипса
протекают при окислении, поэтому предусмотрена подача серной кислоты
и продувка воздухом.
Значительный интерес представляет активно разрабатываемый
мокросухой метод очистки дымовых газов от диоксида серы. В этом случае
в газовый поток впрыскивается пульпа извести или известняка. Диоксид
серы реагирует с гидроксидом кальция или карбонатом кальция, вода
испаряется, а образовавшиеся твердые частицы кристаллогидрата сульфита
или сульфата кальция улавливаются вместе с летучей золой в
электрофильтрах на стадии пылеочистки.
Достоинства метода: простота, возможность внедрения на действующем
оборудовании, низкие капитальные и эксплуатационные затраты.
Недостатки: трудность использования золы и даже ее захоронение.
Магнезитовый метод
Он относится к циклическому регенерационному методу. Он позволяет
получать концентрированный поток диоксида серы и возвращать сорбент в
начало процесса. Сущность метода состоит во взаимодействии диоксида
серы с суспензией гидроксида магния:
Кристаллический сульфит магния подвергают сушке и обжигу, получая при
этом концентрированный поток диоксида серы и окиси магния. Окись
магния возвращается в цикл, а диоксид серы направляется на переработку
(получение серной кислоты по стандартной технологии). Часть сульфита
магния под действием кислорода воздуха окисляется до сульфата:
Разложение сульфита магния проводят при температуре 800 ÷ 900°C.
Однако при этих температурах сульфат магния не разлагается, а
накапливается. Для его разложения необходимы более высокие
температуры и добавление кокса.
Достоинства: цикличность, высокая эффективность – степень очистки 92%,
возможность утилизации диоксида серы. Недостатки: большое количество
твердофазных стадий, что приводит к высокому износу оборудования;
загрязнения среды твердыми частицами; значительные энергетические
затраты на разложение сульфита и сульфата.
Аммиачный метод
В основе этого метода лежит процесс абсорбции диоксида серы раствором
сульфита аммония:
В дальнейшем в результате химических превращений из образующегося
гидросульфита аммония выделяют оборотный раствор сульфита аммония и
концентрированный поток диоксида серы. По способу регенерации
абсорбционного раствора аммиачные методы делят на кислотные,
циклические и автоклавные.
Аммиачно-кислотные методы заключаются в обработке бисульфита
аммония серной, азотной или фосфорной кислотой:
В основе аммиачно-циклического метода лежит процесс поглощения
диоксида серы раствором сульфита аммония:
При нагревании полученного раствора бисульфит аммония разлагается с
образованием сульфита аммония и диоксида серы, который после сушки
является товарным продуктом, а раствор сульфита аммония возвращается
на стадию абсорбции.
Недостаток
метода:
большие
энергетические,
капитальные
и
эксплуатационные
затраты,
высокая
коррозионная
активность
абсорбционного раствора.
Аммиачно-автоклавный
метод использует очистку отходящих газов
раствором сульфит – бисульфита аммония. При достижении определенной
концентрации солей в растворе его направляют на стадию разложения.
Нагревание проводят в автоклаве до 150°C. При этом происходит
разложение солей аммония с образованием серы:
В данном случае и сера, и сульфат аммония являются товарными
продуктами.
Общим недостатком всех аммиачных методов является необходимость
глубокого охлаждения газов перед стадией абсорбции, а общим
недостатком
всех
абсорбционных
методов
–
необходимость
дополнительного нагрева очищенных газов перед их выбросом в
атмосферу. Это связано с тем, что, несмотря на высокую эффективность
(98%), концентрация диоксида серы превышает ПДК, а для ее снижения
необходим выброс через высокие трубы.