МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

     ЗАПОРОЖСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 
 

     РЕФЕРАТ

     По  дисциплине: «Инженерные методы охраны природы»

     На  тему: 
 

ОЧИСТКА ГАЗОВ ОТ ДИОКСИДА СЕРЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТВЕРДЫХ ХЕМОСОРБЕНТОВ 
 
 

Выполнила:                                                       Студентка магистратуры

                                 Крупей К.С. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Запорожье

     2011

 

СОДЕРЖАНИЕ 

ВСТУПЛЕНИЕ 3

1 ИЗУЧЕНИЕ СПОСОБОВ  УЛАВЛИВАНИЯ ДИОКСИДА  СЕРЫ В ОТХОДЯЩИХ  ГАЗАХ 4

1.1 Способы очистки газов от диоксида серы 5

2 ОЧИСТКА ГАЗОВ ОТ ДИОКСИДА СЕРЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТВЕРДЫХ ХЕМОСОРБЕНТОВ 8

ВЫВОДЫ 12

СПИСОК  ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 13

 

ВСТУПЛЕНИЕ

 
 

     Недостатки  абсорбционных методов очистки  газов от диоксида серы привели к  разработке процессов, основанных на использовании  твердых хемосорбентов – путем  их введения в пылевидной форме в  топки и (или) газоходы теплоэнергетических  агрегатов. В качестве хемосорбентов  могут быть использованы известняк, доломит или известь. Для увеличения активности хемосорбентов, подавления процесса окисления SО₂ в SО_з и решения некоторых других задач наряду с поглотителем диоксида серы вводят ряд специальных добавок в виде дешевых неорганических солей, оксихлорида меди, оксида магния и других веществ [1].

     Наряду  с перечисленными хемосорбентами в  качестве агентов для связывания диоксида серы могут быть использованы и некоторые оксиды металлов. С  позиций обеспечения приемлемых скоростей поглощения диоксида серы и регенерации насыщенных хемосорбентов  наиболее перспективными среди них  являются оксиды Al, Bi, Се, Со, Cr, Cu, Fe, Hf, Mn, Ni, Sn, Th, Ti, V, U, Zr. Среди исследованных  и опробованных методов некоторую  практическую реализацию получил окисно-марганцевый  метод [2].

     Цель  работы: изучить способы улавливания диоксида серы в отходящих газах и рассмотреть очистку газов от диоксида серы с использованием твердых хемосорбентов.

 

1 ИЗУЧЕНИЕ СПОСОБОВ УЛАВЛИВАНИЯ  ДИОКСИДА СЕРЫ В ОТХОДЯЩИХ  ГАЗАХ

 
 

     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.

     Оксиды  серы при малом содержании (0,001 %) вызывают раздражение дыхательных  путей, при содержании 0,01 % происходит отравление людей за несколько минут. Смесь SО₂ с другими газообразными примесями при длительном воздействии вызывает нарушение генетической функции организма.

     Применяемые методы очистки газов могут быть разделены на следующие основные группы:

     Механическая (сухая) очистка, при которой осаждение  частиц проходит под действием механической силы: силы тяжести или центробежной силы.

     Мокрая  очистка путём пропускания газа через слой жидкости или орошения его жидкостью.

     Фильтрование  газов через пористые материалы, не пропускающие частиц, взвешенных в  газе.

     Электрическая очистка газов путём осаждения  взвешенных в газе частиц в электрическом  поле высокого напряжения.

     Основным  источником загрязнения атмосферного воздуха двуокисью серы являются отходящие газы агломерационного производства металлургического комплекса.

     Важной  частью агломерационной машины является система пылегазоочистки. Наиболее распространен способ, когда очистку  от SO₂ проводят абсорбционным методом в скруббере, орошаемом известковым молоком. Однако применение этого метода не всегда обеспечивает необходимую очистку газов до санитарных норм [3].  

1. Способы очистки газов от диоксида серы

 

     Был проведён патентный поиск способов очистки газов от диоксида серы. Разработанные за последние 10 лет  способы были сгруппированы следующим  образом:

     Переработка сульфит-бисульфатных растворов в  присутствии аммиака или другого  щелочного раствора. Дымовые газы пропускают через противоточный  скруббер с абсорбционной жидкостью  на основе водного раствора аммиака  для получения сульфата аммония, проводят окисление сульфита аммония  в сульфат, затем одну часть отходящего после окисления абсорбционного раствора смешивают со свежим водным раствором аммиака и направляют на очистку дымовых газов, а другую на утилизацию, окисление проводят кислородом дымовых газов в указанном  скруббере при добавке в абсорбционную  жидкость инициатора окисления в  виде азосоединения.

     Абсорбция водой – варьирование температур. Например, SO₂ извлекают абсорбцией водой, раствор охлаждается до 0-10 ⁰С, SO₂ извлекают из раствора нагревом до 5-45 ⁰С.

     Очистка газов от сероводорода и диоксида серы абсорбцией их поглотительным раствором  хромата щелочного металла, при  этом с целью повышения степени  очистки, в поглотительный раствор  дополнительно вводят гидроксид  хрома в количестве 20-160 г/л.

     Абсорбция влажным свежеосаждённым марганцевым  концентратом, полученным обработкой раствора сульфата марганца аммиаком и воздухом, обработку водного  раствора марганца проводят при pH 8-8,5 и  температуре 40-50 ⁰С, влажный осаждённый марганцевый концентрат используют в виде пульпы MnO₂, пульпу заливают в реактор, снабженный барбатером для пропускания через неё очищенных газов, и температуру пульпы поддерживают в пределах 40-70 ⁰С.

     Также в качестве абсорбционных средств могут выступать – CaO, Ca(OH)₂, CaCO₃.

     В качестве поглотителя отходящих  серосодержащих газов используют губчатое железо, получаемое в процессе восстановления железной руды.

     Для санитарной очистки слабосернистых промышленных газовых выбросов может  быть применен диоксид свинца в качестве поглотителя диоксида серы.

     Электрическая очистка дымовых газов от окислов  серы с помощью импульсных электронных  пучков облучением потока смеси дымовых  газов с водяными парами электронным  пучком в направлении, перпендикулярном потоку, облучение осуществляют импульсно-периодическим  электронным пучком.

     Практическое  использование вышеперечисленных  способов достаточно сложно с технической  точки зрения, поэтому наиболее часто  применяется абсорбция различными поглотительными растворами.

     С целью оптимизации работы сероулавливающих установок (СУУ) были проведены исследования по определению закономерности движения капель раствора известкового молока в скруббере при абсорбции  диоксида серы.

     Образующиеся  при распылении жидкости капли имеют  значительную начальную скорость, соответствующую  скорости струи, из которой они образовались.

     При использовании форсунок грубого  распыла образуются капли диаметром 0,3-1,0 мм. Диаметр капель абсорбента 0,6 - 1,0 мм.

     Чем меньше диаметр капель, тем меньше скорость их осаждения. С увеличением  диаметра капель скорость их осаждения  возрастает, но при этом меньше коэффициент  массопередачи. Следовательно, допустимая скорость капель составляет 1,45-2,42 м/с [4].

     Таблица 1 – Диаметр и скорость витания частиц [4] 

 

     Скорость  подачи газа не должна превышать скорости движения жидкости, т.к. при этом будет  меняться направление движения капель на обратное, что увеличит каплеунос. Поэтому оптимальная скорость газа не должна превышать 2,42 м/с.

     Протекание  химической реакции в процессе абсорбции  приводит к тому, что часть компонента переходит в связанное состояние  и концентрация свободного компонента в жидкости понижается. Такое понижение  приводит к увеличению концентрационного  градиента и ускорению абсорбции  в жидкой фазе. Это ускорение тем  больше, чем выше скорость химической реакции. Рассмотрение закономерностей  на модели показывает, что при этом скорость реакции может быть достаточно велика. Реакция между сернистым  ангидридом и щелочным раствором  относится к мгновенной реакции, когда реакция происходит на поверхности, т.е. на границе раздела фаз, где  концентрация компонентов максимальна.

     Таким образом, для увеличения эффективности  работы СУУ рекомендуется установить оптимальную скорость газа не более 2,42 м/с.

     Из  вышеизложенного видно, что предлагаются различные способы улавливания  диоксида серы из отходящих газов. Однако, выбор конкретных метода, реагента - абсорбента или адсорбента, устройства или аппаратов остается сложной  задачей, так как зависит от технических  и материальных возможностей предприятия [5]. 
 

2. ОЧИСТКА ГАЗОВ ОТ ДИОКСИДА СЕРЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТВЕРДЫХ ХЕМОСОРБЕНТОВ

 
 
---

     Среди исследованных и опробованных методов  некоторую практическую реализацию получил окисно-марганцевый метод.

     По  этому методу горячие дымовые  газы (≈135°С) обрабатывают оксидом марганца в виде порошка. В процессе контакта оксида марганца с диоксидом серы и кислородом происходит реакция: 

     MnO_х • nH₂O+SO₂+(l— х/2)О₂ → MnSO₄+nH₂O,

     где х-1,6—1,7. 

     Образующийся  сульфат марганца после его выделения  из газа обрабатывают в виде водной пульпы аммиаком с целью, регенерации  оксида марганца: 

     МnSО₄+2NН₃+(n+1)Н₂О+(x—1)/2О₂ → MnO_х • nH₂O +(NH₄)2SO₄. 

     В соответствии с рисунком инжектируемый в дымовые газы оксид марганца взаимодействует с содержащимся в них диоксидом серы в адсорбере. Выходящие из адсорбера газы освобождают от взвешенных примесей в циклоне и электрофильтре, после чего через дымовую трубу при ≈115°С очищенные газы поступают в атмосферу [6]. 

       

     Рисунок 1 – Схема установки оксидно-марганцевой  очистки дымовых газов от диоксида серы [6] 

     Примечание: 1 – адсорбер; 2 – циклон; 3 – электрофильтр; 4 – дымовая труба; 5 – аммонийный скруббер; 6 – реактор; 7 – сепаратор; 8 – фильтр; 9 – кипятильник; 10 –  кристаллизатор; 11-центрифуга; 12 – циклон. 

     Основное  количество хемосорбента из циклона  и электрофильтра вновь направляют на контактирование с дымовыми газами, а небольшую его часть в  виде водной пульпы с целью регенерации  оксида марганца последовательно обрабатывают в аммонийном скруббере и реакторе водным раствором аммиака и воздухом. Уловленную в процессе газоочистки  сажу, находящуюся в поступающей  из реактора пульпе, отделяют в сепараторе. Регенерированный оксид марганца выделяют из раствора на фильтре и направляют в голову процесса. Освобожденный  от взвешенных веществ раствор сульфата аммония через кипятильник передают на вакуум-кристаллизацию. Образующиеся кристаллы сульфата аммония отделяют от маточного раствора на центрифуге и после высушивания, горячим  воздухом отделяют от последнего в  циклоне. При содержании диоксида серы в подаваемом на очистку газе 0,15% (об.) окисно-марганцевый метод в соответствии с такой технологией обеспечивает его 90%-е извлечение.