книги из ГПНТБ / Кузнецов И.Е. Защита атмосферного воздуха от загрязнения

целесообразно использовать каталитические методы очи­ стки с использованием дешевых и эффективных катали­ заторов.

Лабораторные исследования синтезированных нами медь-марганцевых и медь-цинк-хромовых катализаторов по­ казали их высокую эффективность. Стоимость таких ка­ тализаторов, получаемых путем пропитки кокса катали­ тически активными соединениями, в несколько раз ниже

ны заводские испытания новых типов катализаторов. Ис­ пытания проводили на опытной установке, смонтирован­ ной в агломерационной фабрике Ждановского металлур­ гического завода им. Ильича.

Опытная установка (рис. 26), выполненная из нержа­ веющей стали, состоит из трех реакторов 12, 16 и 18 диа­ метром 300 мм и высотой 1,5 м. В нижней части каждого из реакторов установлена решетка 10, на которой распо­ ложен слой катализатора 11. Реакторы соединены между

элементы покрыты слоем изоляционного материала 6, 13. Реакторы имеют штуцеры 14 для загрузки катализатора. Выгрузка катализаторов осуществлялась через штуцеры, расположенные на уровне дутьевой решетки. Нижняя часть каждого из реакторов выполнена в виде днищ 8 со

лиза газа на входе каждого реактора. Подача газа в ре­ акторы осуществлялась с помощью центробежного венти­ лятора 3 из заводского газохода Измерение и регули­ ровка количества поступающего газа производились с помощью вентиля 2, измерительной диафрагмы 4 с вторич­ ным прибором — автоматическим записывающим тягоме­ ром 20. Регулировка температуры в реакторах осуществ­ лялась с помощью электрических спиралей, имеющих индивидуальные пускатели 21, 22. В каждом реакторе ус­ тановлены 3—4 термопары, соединяющиеся с милливольт­ метром 23 с помощью переключателя 24. Все контрольно-

Рис. 26. Технологическая схема пилотной установки для очистки агло­ мерационных газов от окиси углерода: 1—газоход; 2—задвижка; З—газодувка; 4—измерительная шайба; 5—электроспираль; 6—фуже- ровка; 7—газоход; 8—нижний конус реактора; 9—термопара; 10—ре­ шетка; //—катализатор; 12—I ступень реактора; 13—футеровка; 14— люк для загрузки катализатора; 15—17—нагреватели; 16—II ступень реактора; 18—III ступень реактора; 19—выхлопная труба; 20—тяго- капоромер; 21, 22—выключатели; 23—милливольтметр; 24—переклю­ чатели термопар.

измерительные приборы вынесены на общий щит управ­ ления. Отвод очищенного газа от установки осуществлял­ ся через трубку 19.

За время пуско-наладочных испытаний была апроби­ рована работа установки на различных технологических режимах. Эти испытания показали, что установка имеет производительность по газу от 50 до 150 м3/час. Темпе­ ратура в реакторах может быть стабилизирована на лю­ бом уровне от 30 до 350° С.

При проведении испытаний в первый реактор загру­ жали крупный кокс, служащий для очистки газа от пыли, во второй реактор загружали поглотитель сернистых со­ единений ГИАП-10. В третий по ходу газа реактор поме­ щали катализатор. Используемый катализатор имел сле­

Исследования на опытно-промышленной установке про­ водили непрерывно в одну смену. Было изучено влияние температуры, объемной скорости газа и концентрации оки­ си углерода на степень превращения СО. Полученные дан­ ные свидетельствуют о том, что с ростом температуры сте­ пень каталитического окисления СО в производственных условиях возрастает с 55% при 200° С до 90% при 300° С. Более высокие температуры в исследованиях не задавались. С увеличением объемной скорости газа наблюдалось неко­ торое снижение степени превращения СО, однако угол на­ клона прямой незначителен, что свидетельствует о высокой активности катализатора при больших объемных скоростях газа. При увеличении объемной скорости газа с 6000 до 12 000 ч_ 1 , т. е. в два раза, степень превращения СО сни­ зилась с 90 до 80%, т. е. всего на 10%. Более заметное уменьшение степени окисления СО наблюдалось при сни­ жении начальной концентрации СО в газе. Особенно это заметно в области концентрации СО ниже 0,5%. Резкое падение скорости окисления при • малых начальных кон­ центрациях окиси углерода объясняется тем, что остаточ­ ная концентрация СО, независимо от начальной, находи­ лась в пределах 0,1%, и чем ниже начальная концентрация СО, тем ниже степень окисления.

Проведенные опытно-промышленные испытания по очи­ стке агломерационных газов от окиси углерода показали высокую эффективность применяемых катализаторов. Од­ нако для широкого использования новых катализаторов в промышленности необходимы более длительные их испыта­ ния в заводских условиях.

САНИТАРНАЯ ОЧИСТКА ГАЗОВ ОТ СЕРНИСТОГО АНГИДРИДА

сернистый ангидрид образует сернистую кислоту, которая легко разлагается с.выделением S02 :

воды при t = 10°С и 5,41 г — при t = 40°С. Как типичный кислотообразующий окисел S0 2 легко вступает в реакцию с основаниями, образуя устойчивые соли. Поскольку H2SCh двухосновная кислота, она может давать два ряда солей— средние (сульфиты) и кислые (бисульфиты).

При взаимодействии с окислителями S0 2 окисляется в присутствии катализатора, образуя соединения шестива­ лентной серы.

S0 2 4- ЧяОз - » SCb S0 2 + Н 2 0 2 — H 2 S0 4

При действии на S0 2 восстановителями двуокись серы легко восстанавливается до элементарной серы

S 0 2 + 2H2 - * S + 2H 2 0

S0 2 + ЗН2 - > H2 S 4- 2 Н 2 0

Борьба с загрязнением атмосферного воздуха сернистым ангидридом ведется в трех направлениях:

1.Рассеивание газов в атмосфере с помощью высотных

труб.

2.Предварительное обессеривание топлива (угля, нефти).

3.Очистка газов с утилизацией S02 .

Рассеивание газа в атмосфере не решает проблемы за­ щиты ее от загрязнения. Оно приводит лишь к частичному снижению концентрации S0 2 у источника выброса, но рай­ он загрязнения значительно увеличивается. При этом в

полной мере сохраняется опасность отравления людей, жи­ вотного и растительного мира, усиленной коррозии метал­ лов, закислення почв.

Предварительное обессеривание жидкого и твердого топлива является перспективным методом снижения за­ грязнения атмосферы сернистым ангидридом, но этот ме­ тод еще не вышел за рамки научных исследований.

Поэтому основным направлением в настоящее время является очистка газов от SO2 различными методами.

Все известные методы извлечения двуокиси серы из от­ ходящих газов можно разделить на три основные группы: окислительные, комбинированные и циклические методы.

Кпервой группе относятся методы извлечения S02 с пе­ реработкой его в продукты окисления и нейтрализации: из­

влечение S0 2 и переработка его в серную кислоту; улав­ ливание SO2 основаниями с получением сернисто- и серно­ кислых солей натрия, аммония, кальция.

К'комбинированным относятся методы извлечения сер­ нистого ангидрида с последующим выделением концент­

рированной S0 2 и попутных продуктов; улавливание S0 2 основаниями с последующим добавлением какой-либо силь­ ной кислоты, в результате чего получается концентриро­

ванная S0 2 и соответствующая соль; окисление S0 2 с по­ следующим добавлением восстановителя, в результате чего

получается концентрированная S02 . Из комбинированных методов наиболее эффективны те, в которых в качестве поглотителя используют аммиак: аммиачно-сернокислот- ный, аммиачно-азотнокислотный, аммиачно-фосфорнокис- лотный. В этом случае поглощенную двуокись серы можно получить в виде 100% S02 . Однако в процессе разложения

растворов кислотой часть ее (до 50—70%) связывается в соли аммония.

При комбинированных известковых методах двуокись серы поглощается известью, а полученный сернистокислый кальций'с примесью CaSC>4 и угля разлагается методом об­

двуокись серы извлекают из отходящих газов на холоде. При последующем нагревании поглотителя выделяется концентрированная S02 . В качестве поглотителей в ци­ клических процессах используют растворы, взвеси и пористые сорбенты. По характеру поглотителя и способу выделения циклические методы можно разделить на три

группы:

применение в производстве, являются циклические паровые методы. В качестве поглотителей применяются вода, сернистокислые соли аммония, ксилидин, диметиланилин, сер­ нокислый алюминий и фосфорнокислый натрий. Преиму­ щество печных циклических методов заключается в том, что газ перед поглощением не нужно ни охлаждать, ни тща­

Выбор рационального метода извлечения двуокиси серы зависит от параметров отходящих газов: количества, тем­ пературы, влажности, содержания S0 2 и других примесей, а также от наличия местного сырья и возможности реали­ зации получаемых продуктов. Последнее условие зачастую играет решающую роль.

В химической промышленности при сравнительно не­ большом количестве отходящих газов (до 100 тыс. м5/час) могут быть использованы различные методы очистки от S02 , выбор которых зачастую продиктован наличием сырьевой базы и возможностью сбыта продуктов, получаемых при очистке. Хорошо зарекомендовал себя метод очистки газа от S0 2 аммиачной водой.

Наибольшую сложность для очистки представляют от­ ходящие газы тепловых электростанций и агломерацион­ ные газы, содержащие ОД—0,3% S02 . Такие газы, как пра­ вило, содержат большое количество пыли и других приме­ сей, которые затрудняют избирательное извлечение S02 . Количество газов обычно составляет 3—5 млн. м3/час.

В этих случаях экономически целесообразно использо­ вать аммиачно-циклический, магнезитовый, известковый и каталитический методы.

Опытно-промышленная установка производительностью 200 тыс. м3/час, работавшая по аммиачно-циклическому способу, на одной из ТЭЦ находилась в эксплуатации с 1953 по 1963 г. и выдавала готовую продукцию в виде жид­ кого S02 . Степень очистки газа при начальной концентра­ ции S0 2 0,3 -н0,4% составляла 90—95%. В небольших ко­ личествах в этом процессе получались сульфат аммония и элементарная сера.

Магнезитовые способы очистки газов от S0 2 изучены и проверены на опытной сероулавливающей установке ме­ таллургического комбината применительно к очистке агло­

гается на S0 2 и MgO. Отходящие газы при обжиге содер­ жат до 8—10% S0 2 и используются для получения серной кислоты, a MgO возвращается в цикл поглощения S02 . Степень очистки газов по этому способу составляет 90— 95% с остаточным содержанием S0 2 0,03 -н0,06%.

Известковые способы изучены и проверены примени­ тельно к очистке дымовых газов электростанций при кон­ центрации. S0 2 0,1ч- 0,2% и агломерационных газов при концентрации SO2 ~0,l—1,0. Способы основаны на погло­ щении S0 2 суспензиями СаО или СаСОз. В результате ре­ акции c'S02 образуется пульпасодержащая С а С 0 3 и дру­ гие примеси, которые сбрасываются в отвал без исполь­ зования. Технологический процесс очистки по этому спосо­ бу отличается простотой и низкими по сравнению с други­ ми методами капиталовложениями. Недостатком известко­ вых методов является значительный расход извести и боль­ шое количество твердых отходов — пульпы, что требует ор­ ганизации специального отвального хозяйства.

В последнее время разработан и подвергается интенсив­ ному изучению и проверке озоно-каталитический метод очистки газов от S02 . Суть этого метода заключается в том, что двуокись серы подвергается окислению в присутствии

катализатора—двухвалентного марганца (сотые доли про­ цента). Промотором процесса окисления служит озон (ты­ сячные доли процента). Этот метод позволяет осуществить тонкую очистку газов от SO2. В ближайшее время этот ме­ тод будет испытан на некоторых сернокислотных производ­ ствах и при очистке дымовых газов электростанций.

В литературе приводится описание и сравнение техникоэкономических показателей наиболее перспективных сухих методов очистки газов от SO2. Так, фирма «Комбашн энджииирит» предлагает вместе с топливом подавать в печь некоторое количество пылевидного известняка. Образую­

371°С. Недостатком этого метода является образование в газах H2 S и других серосодержащих органических соеди­ нений. Кроме того, метод отличается большими капиталь­ ными и эксплуатационными затратами, связанными с ис­ пользованием дорогостоящих адсорбентов.

Метод «Пепелен» предусматривает'очистку газов от SOo путем каталитического окисления ее на ванадиевом ката­ лизаторе до S O 3 и последующего осаждения тумана серной кислоты в мокрых электрофильтрах. Метод проходит ис­ пытания на установке производительностью 2500 м3/час. Недостатком метода является трудность реализации раз­ бавленной серной кислоты и необходимость коррозийной

что отходящие газы сернокислотного производства, содер­ жащие SO2 и 02 , направляются во второй контактный ап­ парат с ванадиевым катализатором.

Вместо ванадиевых катализаторов предлагается исполь­ зовать окись или гидроокись железа, которые проявляют каталитическую активность при t = 500—600° С. Исследо-

вания, проведенные объединением химических заводов в Маннхейме, показали низкую активность железных ката­ лизаторов (до 70%)- Фирма «Стоун энд Уэбстер» разраба­ тывает способ поглощения S0 2 с помощью NaOH. Полу­ чающийся Na2 S04 регенерирует с образованием разбавлен­ ной серной кислоты, водорода и кислорода.

В Токийском технологическом институте разработаны методы очистки газов от S02 путем связывания двуокиси серы с газообразным аммиаком. Сущность этого ме­ тода состоит в том, что после окисления SO2 в SCh в газ добавляют газообразный аммиак. Образующиеся при этом кристаллы сульфата аммония выделяются из газов в цик­ лонах и электрофильтрах. Степень улавливания S02 со­ ставляет 95%.

Другой метод, разработанный фирмой «Мицубиси», предусматривает очистку газов от S0 2 с помощью марган­ цевых адсорбентов. Этот метод достаточно эффективен, од­ нако отличается сложностью и многостадийностыо.

В литературе описаны методы очистки газов от S02 , основанные на каталитической активности доломитовой пыли, вводимой в очищаемый газ при 600—1000° С (ФРГ); на взаимодействии со щелочной окисью алюминия (США); с помощью микротумана, содержащего активные вещества (Япония).

Несмотря на большое количество научно-исследователь­ ских работ, посвященных очистке газов от S02 , эта пробле­ ма до настоящего времени полностью не решена. Основная причина — дороговизна и дефицитность применяемых сор­ бентов и катализаторов, громоздкость аппаратуры и низкая рентабельность методов очистки. Особенно это относится к системам большой производительности.

Эффективность очистки отходящих газов от S02 может быть значительно повышена, если применять высокопроиз­ водительное оборудование и получать продукты, пользу­ ющиеся спросом в народном хозяйстве. Руководствуясь этими соображениями, мы провели исследования про­ цессов очистки отходящих газов от сернистого ангидрида с использованием новых типов абсорбционного оборудования и поглотителей.

Ниже приводится описание этих методов очистки газов от S02 , которые наряду с существующими могут найти при­ менение в различных отраслях промышленности.

Очистка отходящих газов от сернистого ангидрида в полых распылительных абсор­ берах

Очистка газов от сернистого ангидрида осуществляется в абсорбционных аппаратах с насадкой. Эти аппараты громоздки, часто засоряются, имеют боль­ шое гидравлическое сопротивление и низкие коэффициенты массопередачи.

Советскими и зарубежными исследователями в послед­ нее время проведено большое количество работ, показав­ ших, что интенсивность массообмена в значительной мере зависит от степени турбулизации потоков и поверхности массообмена в единице объема аппарата. В связи с этим разработана новая теория диффузионных процессов, со­ гласно которой передача массы и энергии определяется не только молекулярным обменом, зависящим от физических свойств взаимодействующих фаз, но и конвективным обме­ ном, зависящим от гидродинамической обстановки в аппа­ рате.

Таким образом, абсорбционный аппарат должен обес­ печивать развитую поверхность и высокие скорости взаимо­ действующих фаз. Учитывая необходимость переработки больших количеств малоконцентрированных газов, абсор­ бер должен обладать также большой производительностью, малыми габаритами и незначительным гидравлическим со­ противлением.

Этим требованиям в значительной мере отвечают полые распылительные абсорберы, обладающие к тому же рядом значительных преимуществ по сравнению с абсорберами других типов: они просты по конструкции, не засоряются при работе с загрязненными газами и жидкостями, имеют незначительное гидравлическое сопротивление, легки, не требуют громоздких фундаментов, поддаются автоматиза­ ции и могут быть изготовлены из любого конструкционного материала. Удаление из аппарата насадки упрощает их монтаж, ремонт и обслуживание.

Нами разработаны конструкции полых аппаратов и рас­ пылительных устройств, которые с большой эффективно­ стью применяются для очистки газов.

Исследования по очистке газов от сернистого ангидрида производились в полом аппарате с центробежным и фор­ суночным распылением жидкости. Газ, содержащий S02 , поступал в аппарат снизу, распылители устанавливались в верхней части аппарата. <В случае применения форсунок