АДСОРБЦИОННАЯ ОЧИСТКА ГАЗОВ ОТ
СЕРНИСТОГО АНГИДРИДА
Сухие методы очистки газов от S02 твердыми поглотителями привлекают внимание исследователей и производственников своей простотой, компактностью оборудования относительно небольшой величиной капитальных затрат на их сооружение. Однако энергозатраты и эксплуатационные расходы при сухой очистке газов являются значительными. При сухих методах очистки в дымовую трубу выбрасываются нагретые газы (более чем до 100° С), в результате чего улучшается (по сравнению с мокрыми методами очистки) их рассеивание в атмосфере.
В настоящем разделе рассмотрены адсорбционные методы очистки газов от S02, применение которых в агломерационном производстве в ряде случаев может оказаться целесообразным. В качестве поглотителей S02 можно применять угольные сорбенты, силикагели и синтетические смолы. Угольные сорбенты имеют очень развитую поверхность (до 1500 м2/г). На этой поверхности из дымовых газов при 40 - 150 °С адсорбируются кислород и пары воды. В этих условиях на поверхности пор угля происходит окисление S02 в S03, который взаимодействует с адсорбированной водой и образует серную кислоту. Она постепенно заполняет поры адсорбента и процесс очистки газа прекращается. Лучшим угольным сорбентом для очистки газов от S02 является каменноугольный адсорбционный кокс, полученный из предварительно окисленного воздухом каменного угля и сформированный прессованием. Для осуществления промышленного метода очистки газов от S02 насыщенный сорбент нужно регенерировать. Существуют три вида регенерации насыщенного сорбента: продувка сорбента инертным газом при 200 - 450 °С; промывка сорбента водой или водным раствором аммиака с получением разбавленной серной кислоты или раствора сульфата аммония; обработка сорбента восстановительным газом при 600 - 900 °С с образованием сероводорода, являющегося сырьем для получения чистой серы и серной кислоты.
Тот или иной способ регенерации связан с местными условиями (наличием аммиачной воды, восстановительного газа, вторичных энергетических ресурсов).
Силикагели по сравнению с угольными сорбентами, имеют более низкую поглотительную способность, что связано, по-видимому, с меньшей поверхностью пор (600 м2/г). Ряд исследователей считают, что силикагели перспективны для промышленной очистки небольших количеств газа от S02. Синтетические смолы имеют большую адсорбционную емкость, чем другие поглотители. Лучшими поглотителями S02 являются анионит ЭДЭ-10П и цеолит 5А. Их емкость составляет 18-20%. Отработанные аниониты регенерируют щелочными растворами.
Очистка газов от S02 угольными адсорбентами в кипящем слое не требует предварительной глубокой очистки от пыли, что является существенным преимуществом этого метода. Однако зерна сорбента в кипящем слое изнашиваются, что приводит к дополнительному расходу сорбента. Схема этого процесса представлена на рис. 5.2. [9]
1 - бункер с сорбентом; 2 - затвор; 3 - многополочный адсорбер; 4 - циклон; 5 - приемный бункер; 6 - десорбер; 7 - подогреватель; 8 - газодувка; 9 - сито.
Рисунок 5.2 - Схема очистки газов от S02 в кипящем слое сорбента
Газ, подлежащий очистке, поступает в многополочный адсорбер кипящего слоя, проходит через дырчатые полки снизу вверх и поддерживает сорбент на полках в псевдосжиженном состоянии.
1 - труба Вентури; 2 - сепаратор влаги и пыли; 3 - абсорберы; 4 - сборник кислоты; 5 - циркуляционный насос.
Рисунок 5.3 - Схема процесса «Лурги» очистки газов от S02.
Сорбент в виде гранул угля поступает в адсорбер из бункера через питатель. Далее газ поступает в циклон, где он очищается от золы, которая свободно проходит с газом через адсорбер. Очищенный газ выбрасывается через дымовую трубу в атмосферу. Из адсорбера сорбент через приемный бункер и питатель самотеком попадает в десорбер, представляющий собой стальной цилиндр, обогреваемый снаружи. Температура сорбента в нем доводится до 400 -450 °С. В десорбере происходит выделение S02. Для лучшей десорбции адсорбер продувается током рециркулирующего газа, к которому подмешивается инертный газ или водяной пар. Для побуждения циркуляции установлена газодувка, а для нагрева инертного газа - подогреватель. S02 в смеси с инертным газом отводится к потребителю. Сорбент из десорбера попадает на сито, где отсеивается мелочь, появившаяся в результате механического износа зерен угля. Просев удаляется из системы, а крупные зерна идут на повторное использование в адсорбере. Рекомендуемый размер гранул сорбента 1,5 - 3,0 мм, соответствующая скорость газового потока 1,3 -1,5 м/с; содержание S02 в десорбированной газовой смеси 40 - 50%. При применении в качестве сорбента специальных углей для поглощения 1 т S02 нужно пропустить через адсорбер 5 - 6 т угля.
Потери адсорбента зависят от скорости газа и прочности зерен. При очистке газа с содержанием 0,2% S02 и применением в качестве сорбента угля типа СКТД потери сорбента доходят до 40 кг на каждую тонну уловленного S02. Перспективы применения данного способа значительно повысятся при создании более дешевого и прочного сорбента. Применение формированных гранулированных сорбентов на основе каменноугольного кокса и полукокса может существенно повысить конкурентоспособность данного метода очистки газов от S02.
Очистка газов в слое неподвижного сорбента разработана в нескольких вариантах. Известны процессы, предложенные фирмами «Лурги» и «Хитачи», а также процесс Штратмана.
Принципиальная схема процесса «Лурги»[9] представлена на рис. 5.3. Загрязненный газ предварительно очищают от пыли в трубе Вентури и сепараторе. Затем его направляют на адсорбцию. Устанавливают два параллельно включенных адсорбера. Они работают
попеременно: в одном происходит поглощение S02 из газа, а во вто-
ром его десорбция. В поглотительном адсорбере газ, содержащий
S02, проходит через увлажненный слой сорбента (активированного
угля). Сернистый газ адсорбируется сорбентом, окисляется до S03
и превращается в серную кислоту. Затем адсорбер переводят на ре-
жим регенерации, для чего включают орошение сорбента водой. Отмытая разбавленная 10—15%-ная серная кислота поступает в сборник, а оттуда насосом подается в трубу Вентури, для очистки и охлаждения газов. В трубе Вентури за счет испарения воды концентрация серной кислоты повышается. При очистке хорошо обеспыленных газов концентрацию серной кислоты удается повысить до 65%, а при очистке запыленных газов - до 25%. Степень очистки газа на опытной установке достигала 98-99%. Поглотитель работал более трех лет без потери активности.
5.4 КАТАЛИТИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА ГАЗОВ
Главным источником загрязнения атмосферы СО и SO2в энергетике являются газы, полученные при сжигание различных газов.
Различными организациями проделана большая работа по разработке наиболее эффективных катализаторов и технологии процесса окисления СО. Однако задача каталитической очистки от СО осложняется наличием в газах S02 и пыли. При этом содержание пыли в очищенном газе до катализа с применением стационарного слоя не должно превышать 20 - 50 мг/м3.
Такая глубокая очистка может быть получена лишь в электрофильтрах, тканевых фильтрах или трубах Вентури.
В настоящее время имеется большое число катализаторов реакции окисления СО в СО2. Это оксиды металлов Fe2О3, CuO, Сr2О3, MnО2, V2О5 и другие, смеси этих оксидов, металлы платиновой группы, в частности палладий. Хорошие результаты дает промотированние окисных катализаторов металлами платиновой группы. Довольно подробно изучен марганцевокислый катализатор,
который оказался пригодным при больших объемных скоростях процесса.
Однако все окисные катализаторы насыщаются S02 со скоростью, зависящей от концентрации S02 в газах, температуры и вида катализатора. Самым устойчивым является катализатор из оксида хрома на γ-глиноземе; однако и его активность со временем падает в присутствии S02. Потеря катализаторами активности в присутствии в газах S02 объясняется образованием сульфатов. Катализаторы из оксидов металлов непригодны для окисления СО в СО2 в присутствии S02. Они являются, эффективными лишь для бессернистых газов или газов, предварительно очищенных от S02.
Наиболее надежными катализаторами, которые длительное время могут работать в присутствии S02, являются катализаторы из металлов платиновой группы, в частности палладиевые.
Они надежно работают при температуре выше 300оС. При больших содержаниях серы в газах целесообразно производить комплексную их очистку от СО и S02 окислением на катализаторах с последующей переработкой S03 в серную кислоту.
Схема комплексной очистки газов от СО и S02 представлена на рис. 5.4. Запыленные газы очищаются от крупных фракций пыли в аппаратах циклонного типа и с содержанием ее около 1 - 2 г/м3 поступают в аппараты тонкой очистки сухим способом. В качестве аппаратов тонкой очистки можно применить электрофильтры или тканевые фильтры, которые обеспечивают более глубокую очистку от пыли (до 10 - 20 мг/м3) и являются в данном случае предпочтительными, так как полностью исключают засорение слоя катализатора.
1 - рукавный фильтр; 2 - контактный аппарат; 3 - холодильник-конденсатор; 4 - сборник серной кислоты; 5 - эксгаустер; 6 - дымовая труба.
Рисунок 5.4 - Схема комплексной очистки газов от пыли, СО и S02
Очищенные от пыли газы поступают в контактный аппарат, где СО окисляется в СО2, aS02 в S03. Далее газы поступают в холодильник-конденсатор, охлаждаемый водой (или воздухом), где температура газов снижается и происходит конденсация серной кислоты, которая образуется из S03 и водяных паров. В установке такого типа можно получать H2S04 концентрацией до 80%. Серная кислота из конденсатора через гидрозатвор отводится в сборник, а очищенные от СО и S02 газы эксгаустером выбрасываются в дымовую трубу. Процесс очистки непрерывный, степень очистки от СО приближается к 100%, а от S02 к 90%.
1 - кожух; 2 - крышка; 3, 4 - кассеты с катализатором для окисления соответственно S02 в S03 и СО в СО2; 5 - трубчатый теплообменник; 6 - смесительная решетка; 7 - горелочное устройство; 8 - трубопровод для подачи дополнительного топлива.
Рисунок 5.5 - Схема контактного аппарата для окисления СО и S02.
Схема контактного аппарата конструкции Гидрогазоочистки представлена на рис. 5.5. Контактный аппарат представляет собой трубчатый теплообменник, внутри которого в полом цилиндре размещены две кассеты с катализаторами. Нижняя кассета заполнена палладиевым катализатором для окисления СО в СО2, верхняя кассета - катализатором из пятиокиси ванадия для окисления S02 в S03.
Нагретые до 150° С агломерационные газы поступают в теплообменник контактного аппарата, где подогреваются теплом отходящих из аппарата газов. Если этого тепла окажется недостаточно, чтобы нагреть газы до температуры процесса окисления СО (300—350° С) и температуры окисления S02 (400—450°С), то нужно расходовать дополнительное тепло сжиганием топлива, например доменного газа. Дополнительное топливо подводится в нижнюю часть аппарата специальным горелочным устройством.
Дата добавления: 2016-01-18; просмотров: 2313;