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 300^оС. 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.