Известняковые и известковые методы

АБСОРБЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ

Основы процесса

Абсорбция жидкостями применяется в промышленности для извлечения из газов диоксида серы, сероводорода и других сернистых соединений, оксидов азота, паров кислот (НСI, HF, H₂SO₄), диоксида и оксида углерода, разнообразных органических соединений (фенол, формальдегид, летучие растворители).

Абсорбционный метод реализует процессы, происходящие между молекулами газов и жидкостей. Если отсутствует взаимодействие между распыливающейся жидкостью и орошаемым газом, то эффективность поглощения компонентов из паровоздушной смеси определяется только равновесием пар-жидкость.

Скорость поглощения газа жидкостью зависит от:

а) диффузии поглощаемых веществ из газового потока к поверхности соприкосновения с поглощающей жидкостью;

б) перехода газовой частицы к поверхности жидкости;

в) диффузии абсорбированных веществ в промывной жидкости, где устанавливается равновесие;

г) химической реакции (если она имеет место).

Абсорбционная очистка применяется как для извлечения ценных компонентов из газового потока и возврата их снова в технологический процесс для повторного использования, так и для поглощения из выбросных газов вредных веществ с целью санитарной очистки газов. Обычно рационально использовать абсорбционную очистку, когда концентрация примесей в газовом потоке превышает 1%(об). В этом случае над раствором существует определенное равновесное давление поглощаемого компонента, и поглощение происходит лишь до тех пор, пока его парциальное давление в газовой фазе выше равновесного давления его над раствором. Полнота извлечения компонента из газа при этом достигается только при противотоке и подаче в абсорбер чистого поглотителя, не содержащего извлекаемого вещества.

Физическая и химическая абсорбция

Принято различать физическую и химическую абсорбцию (хемосорбцию). При физической абсорбции молекулы удаляемого газа компонента не вступают в химическое взаимодействие с молекулами поглощающей жидкости. Однако процесс поглощения газов жидкостями разделяется на физическую и химическую абсорбцию условно. На самом деле это сложное физико-химическое явление.

В качестве абсорбента в принципе может быть использована любая жидкость, в которой извлекаемая из газового потока примесь достаточно растворима. Но для эффективного использования жидкий поглотитель должен обладать высокой поглощающей способностью, хорошей избирательностью по отношению к поглощаемому веществу, термохимической устойчивостью, малой летучестью, хорошей способностью к регенерации, небольшой вязкостью и невысокой стоимостью, а также не оказывать коррозионного действия на аппаратуру. Следует отметить, что универсальной жидкости, которая удовлетворяла бы всем приведенным требованиям не существует. В каждом отдельном случае подбирают абсорбент, который наиболее полно удовлетворяет ряду требований.

При физической абсорбции в качестве абсорбента чаще всего используют воду, а также органические растворители и минеральные масла, не реагирующие с извлекаемым из газа веществом. При химической абсорбции применяют водные растворы щелочей и химических окислителей (перманганата калия, гипохлорита натрия, броматов, перекиси водорода и других), а также водные растворы моно- и диэтаноламина, аммиака, карбоната натрия и калия, трикалийфосфата.

Одним из параметров, определяющих выбор адсорбента, является способность примесей, содержащихся в отработанных газах, растворяться в данном абсорбенте.

Влияние давления при не слишком высоких его значениях достаточно хорошо выражается законом Генри: при постоянной температуре растворимость газа в растворителе прямо пропорциональна давлению этого газа над раствором.

Как правило, растворение газов в воде происходит с выделением тепла и с уменьшением объема, поэтому в соответствии с принципом Ле Шателье при повышении температуры их растворимость снижается. Это иллюстрируют данные (табл. 1.) по содержанию (в нормальных литрах) некоторых газов в 1 л воды при 760 мм рт. ст.:

Таблица 1

Применение абсорбционной очистки

Абсорбционная очистка - непрерывный и, как правило, циклический процесс, так как поглощение примесей обычно сопровождается регенерацией поглотительного раствора и его возвращением в начале цикла очистки. Применение абсорбционного метода очистки обусловлено высокой интенсивностью абсорбционных процессов, позволяющей создавать высокопроизводительные газоочистные установки, возможностью применения метода для очистки газов, содержащих и вредные газы, и пыль, и, наконец, наличием огромного опыта эксплуатации абсорбционного оборудования в различных технологических процессах и в первую очередь в химической технологии.

Абсорбционные методы очистки отходящих газов от примесей кислого характера

Очистка газов от диоксида серы

Абсорбция водой

Абсорбция водой диоксида серы сопровождается реакцией:

Растворимость SO в воде мала. Зависимость между общей концентрацией SO а растворе и равновесным давлением выражается формулой:

,

где - равновесное давление SO ; - константа фазового равновесия для SO , м *Па/кмоль; К - константа равновесия реакции.

При абсорбции SO водой процесс лимитируется диффузионным сопротивлением со стороны газа и жидкости. Он может быть проведен в абсорберах различной конструкции.

В связи с низкой растворимостью диоксида серы в воде для очистки требуется большой ее расход и абсорберы с большими объемами. Удаление SO из раствора ведут при нагревании его до 100 С. Таким образом, проведение процесса связано с большими энергозатратами.

Известняковые и известковые методы

Достоинством этих методов является простая технологическая схема, низкие эксплуатационные затраты, доступность и дешевизна сорбента, возможность очистки газа без предварительного охлаждения и обеспыливания.

На практике применяются известняк, мел, доломиты, мергели. Известь получают обжигом карбонатных пород при температуре 1100 - 1300 С.

Процесс абсорбции диоксида серы для известкового и известнякового методов представляется в виде следующих стадий:

,

,

,

,

,

,

Протекание тех или иных реакций зависит от состава и рН суспензии. В присутствии в растворе различных примесей процесс абсорбции значительно усложняется. Например, действие небольших количеств повышает степень очистки и степень использования известняка. При этом протекают следующие реакции:

Магнезитовый метод

Диоксид серы в этом случае поглощают оксид - гидрооксидом магния. В процессе хемосорбции образуются кристаллогидраты сульфита магния, которые сушат, а затем термически разлагают на -содержащий газ и оксид магния. Газ перерабатывают в серную кислоту, а оксид магния возвращают на абсорбцию.

В абсорбере протекают следующие реакции:

Растворимость сульфита магния в воде ограничена, избыток его в виде и выпадает в осадок. Технологическая схема процесса представлена на рис. 1.

Дымовые газы поступают в абсорбер Вентури, орошаемый циркулирующей суспензией. Отношение Т:Ж в суспензии 1:10, рН суспензии на входе 6,8 - 7,5, а на выходе из абсорбера 5,5 - 6. состав циркулирующей суспензии (в %):

вода и примеси - 79,65.

В абсорбере кроме сульфита образуется некоторое количество сульфата:

Рис. 1. схема установки очистки газа от диоксида серы суспензией оксида магния: 1 - абсорбер; 2 - нейтрализатор; 3 - центрифуга; 4 - сушка; 5 - печь

Образование сульфата нежелательно, так как для его разложения необходима более высокая температура (1200-13000С). При таких условиях получается переобожженный , который имеет малую активность по отношению к . Для устранения образования сульфата необходимо использовать ингибиторы окисления или проводить процесс в абсорберах при малом времени контакта газ - жидкость. Другой путь - производить обжиг сульфата в присутствии восстановителей. В этом случае сульфат восстанавливается в сульфит.

Из нейтрализатора часть суспензии выводят на центрифугу для отделения кристаллогидратов солей магния. Обезвоживание солей производят в сушилках барабанного типа с мазутной копкой. Безводные кристаллы обжигают во вращающихся печах или печах кипящего слоя при 9000С, в печь добавляют кокс. При этом идет реакция:

Концентрация в газе, выходящем из печи, 7 - 15%. Газ охлаждают, очищают от пыли и сернокислотного тумана и направляют на переработку в серную кислоту.

Выгружаемый из печи продукт содержит 86,1% и 3,4% . Его охлаждают до 1200С воздухом, идущим на сгорание мазута в топках, после чего отправляют на абсорбцию.

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.