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 от SO₂ 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 от SO₂ с переработкой ее в серную кислоту или сернистокислые соли. К циклическим относятся методы, позволяющие извлекать SO₂ 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 нейтрализации SO₂. 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. 2) и от каталитических ядов (Аs₂O₃ и SeO₂) в промывных башнях 2 и 3, орошаемых серной кислотой.

Рис. 2. 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 окисления SO₂ в SO₃. Если содержание SO₂ в 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 поглощения SO₂ из отходящих газов водный метод очистки. Благодаря низкому парциальному давлению SO₂ над водой можно достичь практически полного поглощения двуокиси cеры водой. Однако на практике водная очистка газов от SO₂ не нашла широкого применения из-за большого расхода воды и за­грязненности сточных вод.

При промывке сернистых газов водными растворами щелочей происходит поглощение SO₂ 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.

Известковый метод. Принципиальная схема установки по очист­ке отходящих газов от SO₂ известковым способом представлена на рис. 3. 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 с SO₂ 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 выделение CaSO₃ происходит на вакуумфильтре 6. Шлам, состоящий из СаSО₃ и CaSO₄, 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 от SO₂, но требует значительного рас­хода извести.

Рис. 3. Схема очистки выхлопных газов от SO₂ известковым способом.

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 абсорбции SO₂ 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. 4. 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. 4. Схема очистки газов от двуокиси серы циклическим методом.

и направляется в отгонную колонну 4, снабженную кипятильни­ком 5. Смесь водяных паров с SO₂ поступает в конденсатор 6, а затем в холодильную башню 8, орошаемую циркуляционной хо­лодной водой (насыщенной SO₂). Водяные пары конденсируются, а чистая двуокись серы извлекается из системы. Раствор охлаж­дают в холодильниках 7 и 9 и собирают в емкости 2.

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.

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.