А – морською водою: 1 – електрофільтр; 2, 3 – абсорбери; 4 – підігрівач; 5 – реактор; б – суспензією вапняку: 1- абсорбер; 2 – збірник; 3 – вакуум-фільтр
Вапнякові і вапняні методи.Перевагою цих методів є проста технологічна схема, низькі експлуатаційні витрати, доступність і дешевизна сорбенту, можливість очищення газу без попереднього охолоджування і знепилювання.
На практиці застосовуються вапняки, крейда, доломіт, мергелі. Середній склад вапняку, в %: SiО2 – 5,19; ТіО2 – 0,06; A12О3 – 0,81; Fe2О3+ FеO – 0,54; MnO – 0,05; СаО – 42,61; MgO – 7,90; K2О – 0,33; Na2О – 0,05; Н2О– 0,76; CО2 – 41,58; P2О5 – 0,04;. S – 0,09; SО3 – 0,05; Cl2 – 0,02. Доломіт CaCО3∙MgCО3 містить, в %: СаО – 30,4; MgO – 21,7; CО2 – 47,9. Мегрель - осадкова гірська порода глинисто-карбонатного складу містить, в %: SiО2 – 8,02-53,32; А12О3 – 1,52-9,92; Fe2О3 – 0,44–3,30; MgO – 0,26-1,95; СаО – 18,18-50,44; SО3 – 0,05–0,75.
Вапно отримують обпаленням карбонатних порід при температурі 1100–1300°С.
Процес абсорбції оксиду сірки (IV) для вапняного і вапнякового методів представляється у вигляді наступних стадій:
SO2 + H2O →H2SO3, (3.2)
CO2 + H2O → H2CO3, (3.3)
CaCO3 + H2SO3 → CaSO3 + H2CO3, (3.4)
CaCO3 + H2CO3 → Ca(HCO3)2, (3.5)
CaSO3 + H2SO3 → Ca(HSO3)2, (3.6)
Ca(HSO3)2 + 2 CaCO3 → Ca(HCO3)2 + 2 CaSO3, (3.7)
Ca(HCO3)2 + 2 H2SO3 → Ca(HSO3)2 + 2 H2CO3, (3.8)
Ca(HSO3)2 + O2 → Ca(HSO4)2, (3.9)
2 CaSO3 + O2 → 2 CaSO4, (3.10)
Ca(HSO4)2 + 2 CaSO3 → Ca(HSO3)2 + 2 CaSO4, (3.11)
Ca(HSO4)2 + 2 CaCO3 → Ca(HCO3)2 + 2 CaSO4, (3.12)
Ca(HSO4)2 + 2 Ca(HSO3)2 → 2CaSO4 + 2 H2SO3, (3.13)
Ca(HSO4)2 + CaCO3 → CaSO3 + 2 H2SO3, (3.14)
CaSO3 + 0,5 H2O → CaSO3·0,5 H2O, (3.15)
CaSO4 + 2 H2O → CaSO4·2 H2O. (3.16)
Протікання тих або інших реакцій залежить від складу і рН суспензії. У присутності в розчині різних домішок процес абсорбції значно ускладнюється. Наприклад, дія невеликих кількостей MgSО4 підвищує ступінь очищення і ступінь використання вапняку. При цьому протікають наступні реакції:
Ca(HSO3)2 + MgSO4 → Mg(HSO3)2 + CaSO4, (3.17)
CaCO3 + Mg(HSO3)2 →MgSO3 + CaSO3 + H2CO3, (3.18)
MgSO3 + SO2 + H2O → Mg(HSO3)2. (3.19)
Нерекупераційні методи. Для приготування суспензії застосовується подрібнений вапняк з розміром частинок 0,1 мм. Склад суспензії Т:Р= 1:10. Запропоновано декілька схем очищення газів. Найбільш проста з утворенням шламу показана на рис. 3.1,б.
Абсорбер зрошується суспензією з рН = 6-6,2. Шлам з абсорбера частково надходить в циркуляційну ємність, куди подається свіжий вапняк, а частково прямує на відділення води в центрифугу або на фільтр. Ступінь очищення досягає 85%. Коефіцієнт використання вапна 50%.
На електростанціях потужністю 1000 МВт щорічно утворюється шламу 780 т/год на 1 МВт. Шлам містить сульфіт кальцію і до 65% води. Сульфіт кальцію дрібнокристалічний, гігроскопічний і здатний поглинати кисень. У нерекупераційних установках шлам захоронюють. Для цього суспензію згущують до вмісту твердої фази 250-300 г/дм3, перекачують насосом по трубах з полімерних матеріалів в накопичувач шламу, потім піддають захороненню.
Одноступінчата схема очищення газу з окисненням сульфіту кальцію показана на рис.3.2, а. Для окиснення в збірник подають повітря. Для завершення процесів кристалізації циркулюючу рідину витримують в збірниках. В результаті шлам представляє суміш CaSО4∙2H2О і CaSO3 ·0,5H2O. Глибше очищення досягається на двоступінчатих установках (рис 3.2, б).
Рисунок 3.2 – Схеми очищення газів від оксидів сірки суспензією вапняку