Материал: Абсорбционные методы очистки отходящих газов

Из нейтрализатора часть суспензии выводят на центрифугу для отделения кристаллогидратов солей магния. Обезвоживание солей производят в сушилках барабанного типа с мазутной копкой. Безводные кристаллы обжигают во вращающихся печах или печах кипящего слоя при 9000С, в печь добавляют кокс. При этом идет реакция:

Концентрация в газе, выходящем из печи, 7 - 15%. Газ охлаждают, очищают от пыли и сернокислотного тумана и направляют на переработку в серную кислоту.

Выгружаемый из печи продукт содержит 86,1% и 3,4% . Его охлаждают до 1200С воздухом, идущим на сгорание мазута в топках, после чего отправляют на абсорбцию.

Достоинства магнезитового метода: 1) возможность очищать горячие газы без предварительного охлаждения; 2) получение в качестве продукта рекуперации серной кислоты; 3) доступность и дешевизна хемосорбента; 4) высокая эффективность очистки.

Недостатки: 1) сложность технологической схемы; 2) неполное разложение сульфата магния при обжиге; 3) значительные потери оксида магния при регенерации.

3.2    Очистка газов от сероводорода

3.2.1 Вакуум - карбонатные методы

В этих методах сероводород поглощается из газов водным раствором карбоната натрия или калия. Затем раствор регенерируют нагреванием под вакуумом, охлаждают и снова возвращают на абсорбцию. В основе методов лежит реакция:

В следствие различной растворимости , , и для абсорбции применяют растворы разной концентрации. Поташ лучше растворим в воде, поэтому применяются более концентрированные его растворы, которые имеют высокую поглотительную способность. Это позволяет уменьшит его расход, а также сократить расход пара на регенерацию поташа и расход энергии на перекачивание раствора.

Недостатком использования раствора поташа является их высокая стоимость. Исходя из этого, чаще используют содовый метод.

Если производится регенерация раствора без рекуперации сероводорода, то раствор нагревают в регенераторе, а из него воздухом отдувают сероводород. При этом некоторое количество сульфида натрия окисляется до тиосульфата, что приводит к понижению концентрации абсорбирующей жидкости, поэтому периодически ее заменяют свежей. Технологическая схема очистки газа от сероводорода вакуум - карбонатном методом с получением из сероводорода серной кислоты приведена на рис. 3.

Рис. 3. Схема установки очистки газа от сероводорода вакуум - карбонатном способом: 1 - абсорбер; 2, 9 - насосы; 3 - холодильник - конденсатор; 4 - теплообменник; 5 - подогреватель; 6 - регенератор; 7 - циркуляционный подогреватель; 10 - холодильник; 11 - вакуум - насос; 12 - холодильник; 13 - печь; 14 - котел - утилизатор

После очистки газа в абсорбере раствор подают в холодильник - конденсатор, где его подогревают за счет тепла конденсации паров, выделяющихся при регенерации поглотительного раствора. Затем раствор проходит теплообменник и подогреватель и поступает в регенератор. Раствор регенерирует кипячением под вакуумом (15,6 кПа). Регенерированный раствор направляют в емкость, а затем через теплообменник и холодильник - на орошение абсорбера. Выделяющиеся при регенерации раствора пары сероводорода и воды отсасываются вакуумом - насосом через конденсатор - холодильник, где конденсируется значительная часть паров воды. Далее пары поступают в холодильник, а затем в печь для сжигания сероводорода. Из печи газовая смесь, состоящая из диоксида серы, водяных паров, кислорода и инертных газов, при 9000 С, а затем направляется на окисление в контактный аппарат. После окисления газы направляют на абсорбцию для получения серной кислоты.

3.2.2 Фосфатный процесс

Для абсорбции сероводорода фосфатным методом применяют растворы, содержащие 40 -50% фосфата калия:

Из раствора сероводород удаляют кипячением при 107 - 1150С. Коррозии кипятильников при этом не наблюдается. Растворы стабильны, не образуют продуктов, ухудшающих их качество. Достоинством процесса является также селективность раствора к сероводороду в присутствии .

3.2.3 Щелочно - гидрохиновый метод

Сущность метода в поглощении сероводорода щелочными растворами гидрохинона. При регенерации растворов выделяются элементарная сера и тиосульфата натрия. Гидрохинон является катализатором. Чем выше концентрация хинона в растворе, тем активнее раствор. Метод состоит из следующих стадий:

взаимодействие сероводорода с карбонатом натрия (содой)

окисление гид2росульфида натрия хиноном (окисленная форма гидрохинона)

регенерация соды

регенерация хинона

Последняя стадия осуществляется за счет кислорода, содержащегося в газе, и протекает параллельно с процессами поглощения и окисления сероводорода. Более полную регенерацию хинона проводят в регенераторах.

В процессе абсорбции протекает следующая побочная реакция:

Накопление в растворе и приводит к снижению его поглотительной способности вследствие уменьшения концентрации карбоната натрия и снижения рН среды. Для поддержания активности поглотительного раствора непрерывно добавляют свежие растворы соды и гидрохинона. Для поддержания рН раствора в пределах 9 - 9,5 добавляют 42%-й раствор едкого натрия.

Абсорбцию сероводорода проводят в полом абсорбере с форсунками или плотности орошения 4,35 м3/ч на 1 м3 орошаемого объема. Раствор регенерируют, пропуская через него (барботаж) сжатый воздух. При этом происходит окисление гидрохинона до хинона и флотации выделившейся серы, которую в виде пены собирают на поверхности раствора. Одновременно здесь же происходит окисление части гидросульфида др тиосульфата. Серная пена собирается в пеносборнике, а затем поступает на вакуум - фильтр, где происходит ее отделение. Полученную серу плавят в автоклаве.

Метод позволяют очистить газ от начального содержания сероводорода в газе 0,185 г/м3 до 0,02 г/м3. степень очистки газа зависит от концентрации в нем сероводорода, скорости движения газа в абсорбере и интенсивности орошения, концентрации активных компонентов в растворе и его рН, температуры процесса, от равномерности распределения раствора в абсорбере.

3.3    Очистка газов от оксидов азота

3.3.1 Абсорбция водой

При абсорбции диоксида азота водой в газовую фазу выделяется часть оксида азота, скорость окисления которого при низких концентрациях мала:

Для утилизации оксидов можно использовать разбавленные растворы пероксида водорода с получением азотной кислоты:

Основным фактором, определяющим экономику процесса, является расход пероксида водорода. Он приблизительно равен 6 кг на 1 т кислоты в сутки.

Разработан процесс очистки газов водой и циркулирующей . Физическая абсорбция оксидов азота в азотной кислоте увеличивается с ростом концентрации кислоты и парциального давления . Увеличение поверхности контакта способствует протеканию процесса, так как на границе раздела фаз идет реакция окисления NO в NO2. Для интенсификации процесса используют катализатор. Степень очистки может достигать 97%.

Уравнения для хемосорбции различными щелочными растворами или суспензиями представлены ниже:

При абсорбции активность щелочных растворов убивает в такой последовательности:

0,84 0,80 0,78 0,63 0,56 0,51 0,44 0,4

,40 0,39 0,35

Цифры под каждым из щелочных растворов показывают их активность относительно раствора , активность которого условно принята за единицу. Данные приведены для начальной концентрации растворов 100 г/л и времени проскока газа 10 мин. Активность щелочных растворов определяется начальным рН раствора. Активность тем выше, чем выше этот показатель.

При абсорбции растворами аммиака образуются соединения с низкой температурой разложения. Например, образующийся нитрит аммония при 560С полностью распадается:

3.3.3 Селективные абсорбенты

Для очистки газов от при отсутствии в газовой фазе кислорода могут быть использованы растворы для первых растворов протекают реакции с образованием комплексов:

При нагреве до 95 - 1000С комплекс распадается и выделяется в чистом виде, а восстановленный раствор вновь возвращают в производстве. Аналогично разлагается и комплекс .

Раствор является наиболее доступным и эффективным поглотителем. В качестве абсорбента могут быть использованы и травильные растворы, содержащие . Поглотительная способность раствора зависит от концентрации в растворе, температуры и концентрации в газе. При температурах 20 - 250С раствор может поглощать даже при небольших концентрациях. Предел растворимости оксидов азота соответствует соотношению . Присутствие в растворе серной и азотной кислот, солей и органических веществ снижает его поглотительную способность. Однако наличие в растворе 0,5 - 1,5% (об.) серной кислоты предохраняет от окисления кислородом воздуха до .

Использование растворов

, , приводит к дефиксации азота:

Таким же образом взаимодействует и с растворами , , .

При температуре выше 2000С взаимодействует с аммиаком по реакции:

.

Серная кислота используется для поглощения и с образованием нитрозилсерной кислоты:

При нагревании нитрозилсерной кислоты или при разбавлении ее водой происходит выделение оксидов азота:

Взаимодействие оксидов азота с жидкими сорбентами наиболее эффективно протекает при 20 - 400С.

4       Технологический расчет аппаратов

. Масса поглощаемого вещества и расхода поглотителя

Пересчитаем исходные концентрации в относительные массовые доли:

где:

- мольная масса абсорбтива;

- мольная масса инертного газа;

Объемный расход инертного газа при рабочих условиях:

Массовый расход инертного газа:

где: - плотность инертного газа при 0 0C;

Уравнение материального баланса:

Используя данные равновесия:

Отсюда минимальный расход поглотителя:

, так как здесь

концентрация абсорбтива в воде, равновесная с газом начального состава; определяем из уравнения равновесной прямой:

здесь

- мольная масса воды

=> , где

где ,

здесь Е-коэффициент Генри, П-давление среды.

Действительный расход:

Удельный расход поглотителя: