Обезвреживание неприятнопахнущих отходящих газов абсорбционными методами

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.

 

                            Очистка газов от сероводорода

 

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.2

 

Рис.2. 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.

 

 

 

 

 

 

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. Процесс «Stretford»

В этом процессе сероводород абсорбируют раствором (рН=8,5 – 9,5), содержащим кроме карбоната  натрия эквимолекулярное количество ванадата натрия – аммония и антрахинон-2,6-2,7-дисульфоната (АДА). Кроме того к раствору добавляют  натрий – калиевую соль винной кислоты, чтобы ванадат не выпал в осадок.

Суммарные реакции:

абсорбция

получение серы

рекуперация ванадата при помощи АДА

окисление АДА кислородом воздуха

Достоинством  процесса является возможность исключить  очень токсичные арсениты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. 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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Абсорбция этаноламинами

В этих методах  сероводород поглощают растворами моноэтаноламина и триэтаноламина. Преимущественно используют 15 – 20%-й  водный раствор моноэтаноламина, поскольку  он обладает большей поглотительной способностью на единицу массы растворителя, большей реакционной способностью и легко регенерируется.

Технологическая схема очистки газов от сероводорода растворами этаноламина представлена на рис. 3.

 

Рис.3. Схема установки очистки  газа от сероводорода раствором этаноламина: 1 – абсорбер; 2,5 – холодильники; 3,6 – теплообменники; 4 – регенератор.

 

 

 

 

 

 

 

 

Очистка газов от оксидов азота

 

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%.

 

 

 

 

 

 

2. Абсорбция щелочами

Для очистки  газов применяют различные растворы щелочей и солей. Хемосорбция  диоксида азота раствором соды протекает  по уравнению:

 

 

Уравнения для хемосорбции  различными щелочными растворами или суспензиями представлены ниже:

 

 

При абсорбции  активность щелочных растворов убивает в такой последовательности:

 

1 0,84 0,80 0,78 0,63 0,56 0,51 0,44 0,4

0,40 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. 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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Метод одновременной очистки газов  от диоксида серы и оксидов азота

 

Отходящие газы, содержащие , образуются при сжигании сернистого топлива. Для их очистки применяют комплексные методы. Абсорбционные методы удаления из – за низкой химической активности оксида азота включает те или иные стадии окисления и восстановления. Степень очистки в комплексных методах обычно составляет 90% от и 70 – 90% от . Одновременная очистка может проводиться щелочными растворами. При абсорбции растворами и в качестве побочных продуктов образуются , , , , а при абсорбции , .

Окисление может быть проведено в газовой фазе полностью или частично – до образования эквимолярной смеси . В жидкой фазе – при использовании жидкофазных катализаторов, например, этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТК) с добавками соединений двухвалентного железа, которые вводят в раствор едкого натра или сульфита натрия.

В ходе реакции  оксиды серы и азота превращаются в имидодисульфонат и дитионат, которые  затем переводят в аммиак, азот, сульфат натрия и гипс. Метод может  быть применен при очистки газов, образующих при сжигании высокосернистых  топлив.

Вариант процесса очистки с образованием сульфата аммония показан на рис. 4.

 

рис. 4. Схема установки очистки  газов от оксидов азота и серы с получением сульфата аммония:

1 – пылеуловитель; 2 – тарельчатый  скруббер; 3 – реактор окисления; 4 – холодильник; 5 – центрифуга; 6 – реактор; 7 – нейтрализатор; 8 – конденсатор; 9 – узел отделения  железа; 10 – кристаллизатор; 11 –  центрифуга.

 

Топочные  газы сначала очищают от пыли и  хлоридов в скруббере, орошаемом  водой. После этого газ подают в тарельчатый скруббер, орошаемый  циркулирующей аммонизированной жидкостью, в состав которой входят ионы железа и ЭДТК. При контактировании жидкости и газа поглощается 70 – 85% и 90% . Часть жидкости после скруббера отводят на окисление, которое проводят, барботируя через раствор бисульфата аммония атмосферный воздух. Продукты реакции подкисляют серной кислотой до рН=0,5, затем охлаждают в холодильнике до 0 – (-10)0С, что позволяет кристаллизовать 90% ЭДТК. Ее отделяют от раствора в центрифуге и возвращают в скруббер. Содержащийся в маточной жидкости имидодисульфонат аммония и дитионат разлагают при нагревании до 120 – 1300С и при давлении 0,3 МПа до сульфата аммония. Выделяющейся диоксид серы направляют в основной скруббер. Затем жидкость нейтрализуют аммиаком, концентрируют, освобождают от соединений железа и направляют на кристаллизацию сульфата аммония. Сульфат аммония может быть использован в качестве удобрения.