4. Абсорбционные методы очистки газов от диоксида серы: нерекуперативные и рекуперативные методы.

Для очистки отходящих газов от СО₂ предложено большое количество хемосорбционных методов, однако на практике нашли применение лишь некоторые из них. Это связано с тем, что объемы отходящих газов велики, а концентрация в них S0₂ мала, газы характеризуются высокой температурой н значительным содержанием пыли. Для абсорбции могут быть использованы вода, водные растворы и суспензии солей щелочных и щелочноземельных металлов.Абсорбция водой. Абсорбция водой диоксида серы сопровождается реакцией: Растворимость SO₂ в воде мала.

Нерекуперационные методы. Известняковые и известковые методы Для приготовления суспензий применяется измельченный известняк с размером частиц 0,1 мм. Предложено несколько схем очистки газов. Наиболее простая с образованием шлама. Абсорбер орошается суспензией с рН = 6-6,2. Шлам из абсорбера частично поступает в циркуляционный сборник, куда подается свежий известняк, а частично направляется на отделение воды в центрифугу или на фильтр.

Рекуперационные методы очистки с регенерацией хемосорбентов. В этих процессах поглотитель регенерируют и повторно используют для очистки, а извлекаемый компонент перерабатывают в товарные серосодержащие продукты: серную кислоту, элементную серу, сжиженный диоксид серы и сульфаты. Методы классифицируют по типу хемосорбентов. Рассмотрим некоторые из них.Магнезитовый метод. СО₂ в этом случае поглощают оксид-гидрооксидом магния. В процессе хемосорбции образуются кристаллогидраты сульфита магния, которые сушат, а затем термически разлагают на SО₂-содержащий газ и оксид магния. Газ перерабатывают в серную кислоту, а оксид магния возвращают на абсорбцию.В абсорбере протекают следующие реакции:

MgO + H₂O → Mg(ОН) ₂, MgSO₃ + H₂O + SO₂ = Mg(HSO₃)₂,

Mg (HSО₃)₂ + Mg (OH)₂ = 2MgSО₃ + 2H₂O.

Растворимость сульфита магния в воде ограничена, избыток его в виде MgSO₃·6H₂O и MgSO₃·3H₂O выпадает в осадок.

Т ехнологическая схема процесса представлена на рис.

Рис. Схемы установки очистки газа от диоксида серы и оксида магния: 1 – абсорбер, 2 – нейтрализатор, 3 – центрифуга, 4 – сушилка, 5 – печьПри этом идет реакция:

Цинковый метод. Абсорбентом служит суспензия оксида цинка, при этом идет реакция:

SO₂+ZnO+2,5H₂O = ZnSO₃ + 2,5 Н₂0

Образующийся сульфит цинка нерастворим в воде, его отделяют в гидроциклонах, а затем сушат и обжигают при 350 °С. Сульфит цинка разлагается по реакции:

Образующийся СО₂ перерабатывают, а оксид цинка возвращают на абсорбцию.Достоинством метода является возможность проводить процесс очистки при высокой температуре (200-250 °С). Недостаток – образование сульфата цинка, который экономически не целесообразно подвергать регенерации, а необходимо непрерывно выводить из системы и добавлять в нее эквивалентное количество диоксида цинка.

Абсорбция хемосорбентами на основе натрия. Достоинством этого метода является использование нелетучих хемосорбентов, обладающих большой поглотительной способностью.

Na₂CO₃ + SО₂ = Na₂SO₃ + O₂, Na₂SO₃ + SО₂ + H₂O = 2NaHS0₃.

При абсорбции гидроксидом натрия также образуются сульфит-бисульфитные растворы. Газы вступают в реакцию с сульфитом и бисульфитом, что ведет к увеличению содержания бисульфита:

SO₂ + NaHSО₃ + Na₂SO₃ + H₂O = 3NaHSO₃.

Образующийся раствор взаимодействует с оксидом цинка: NaHSO₃ + ZnO → ZnSO₃ + NaOH

Сульфит цинка обжигают: ZnSО₃ = ZnO + SO₂.

Диоксид серы перерабатывают в серную кислоту или серу, а оксид цинка возвращают в процесс.

Двойной щелочной метод. Сущность его заключается в использовании при абсорбции SO₂ растворов солей натрия, калия или аммония с последующей регенерацией отработанных абсорбентов оксидом или карбонатом кальция. В качестве продуктов рекуперации получают гипс, сульфит кальция или их смесь. Регенерированный абсорбент возвращают в цикл абсорбции, а соли кальция удаляют из системы. Регенерация абсорбента происходит по следующим реакциям:

Аммиачные методы. В этих методах поглощение диоксида серы производится аммиачной водой или водными растворами сульфит-бисульфита аммония с последующим его выделением. Достоинством метода является высокая эффективность процесса, доступность сорбента и получение необходимых продуктов (сульфит и бисульфит аммония).

Абсорбция расплавленными солями. Для очистки газов при высокой температуре используется эвтектическая смесь карбонатов щелочных металлов состава (в %): LiCO₃ – 32; Na₂СO₃ – 33; К₂СО₃ – 35.. При содержании SO₂ в газе от 0,3 до 3% смесь абсорбирует 99% SO₂. Процесс состоит из стадий абсорбции, восстановления и регенерации абсорбента. Абсорбция SO₂ производится карбонатами с образованием сульфитов и сульфатов металлов. Абсорбцию проводят в оросительном скруббере при скорости газа 7,5 м/с. Реакции, проходящие в скруббере, экзотермичны, что позволяет частично компенсировать потерю тепла.На стадии восстановления используют генераторный газ. Процесс проводят при 600 °С. Происходит восстановление сульфатов до сульфидов металлов:

Реакции восстановления протекают медленно. На стадии регенерации сульфиды реагируют со смесью СО₂ и воды при 425 °С:

Реакция протекает быстро. Полученный расплав солей вновь возвращают в процесс, газ, выходящий из реактора регенерации, содержит 30% H₂S, оксид углерода и воду. Его направляют на установку для получения серы.