3.3.8.4 Очистка коксового газа от сероводорода и цианистого водорода
Около 95% массы всех содержащихся в газе сернистых соединений представлено сероводородом. Этот бесцветный при обычной температуре газ обладает высокой токсичностью, резким удушающим запахом протухших яиц. В атмосферном воздухе сгорает, образует сернистый ангидрид (SO2): 2H2S+3O2=2SO2+2H2O (3.14). При недостатке воздуха сероводород разлагается на элементарную серу и воду: 2H2S+O2=2S+2H2O (3.15). По трассе движения и очистки коксового газа сероводород отрицательно влияет на ход отдельных процессов и, особенно, снижает качество продукции, вызывает коррозию металлоконструкций и регулирующей аппаратуры. Очищенный коксовый газ сжигают в плавильных и нагревательных металлургических печах и поэтому содержание H2S в газе не должно превышать 2,5-3 г/м3 (сера газа проникает в металл и снижает его свойства). Действующие на заводах Украины цехи сероочистки, исключительно необходимые в цикле отвода и обработки коксового газа, выполняют одну главную задачу – очищают газ от сероводорода, производя продукцию – серную кислоту и элементарную серу.
1. Вакуум – карбонатный способ улавливания H2S применяют на многих заводов Украины. В скрубберах встречный поток газа орошают 5% раствором кальцинированной соды (Na2CO3) или 15-25% раствором поташа (K2CO3). Протекают основная реакция улавливания H2S и побочные реакции одновременной хемосорбции цианистого водорода и углекислого газа:
Na2CO3+H2S
NaHCO3+NaHS
(3.16)
Na2CO3+HCN NaCN+NaHCO3 (3.17)
Na2CO3+CO2+H2O 2NaHCO3 (3,18)
В отдельных аппаратах – регенераторах создают условия для обратимых реакций. И основной из них: NaHCO3+NaHS Na2CO3+H2S. Выделяющийся концентрированный сероводород отсасывают вакуум-насосом и используют для производства упомянутой продукции: серной кислоты, газообразной и элементарной серы. Степень очистки газа от H2S составляет 98%.
2. Аммиачная сероочистка (рис 3.23) вдвое экономичнее предыдущей, однако технологический режим ее работы значительно сложнее.
Первое усложнение – сероводород нужно улавливать до очистки газа от аммиака, поскольку от концентрации аммиака в воде зависит степень поглощения ею H2S из газа. Продолжительность контакта аммиачной воды с газом должно быть минимальной: в этом случае скорость поглощения H2S водой в 45-88 раз больше, чем скорость поглощения CO2, создающего помеху для основного процесса. Аммиачную сероочистку (или сероцианоочистку) размещают до улавливания аммиака и бензола, но из газа до сероочистки должен быть удален нафталин. Степень улавливания H2S и, в совмещенном процессе, HCN – может достигать 95%.
3. Окислительные методы сероочистки включают улавливание H2S в абсорбере, где в качестве поглотителя используют раствор мышьяковистокислого натрия.
Протекает реакция: Na4As2O5+5H2S=Na4As2S5+5H2O (3.19) Затем проводят несколько стадий преобразования и регенерации поглотительного раствора (рис 3.24). Конечной продукцией из уловленного сероводорода является в основном сера в виде пасты, жидкости или пены. При двухступенчатой очистке газа достигается практически полное удаление из него не только H2S, но и цианистого водорода. Остаточная их концентрация в газе не превышает 50 мг/м3.
Полное описание работы окислительной сероочистки содержится в специальных руководствах по обработке коксового газа.
Рис. 3.23 Принципиальная схема совмещенных процессов аммиачной сероцианоочистки и улавливания аммиака: 1 – сероводородный абсорбер; 2 – аммиачный абсорбер; 3 – теплообменник; 4 – подогреватель; 5 – холодильник; 6, 7, 8, 9,12 – насосы; 10 – сероводородная колонна; 11 – блок переработки раствора диаммонийфосфата с получением безводного аммиака;12 – насос; а – аммиачная вода; б – аммиачная вода, насыщенная сероводородом;
в – концентрированная аммиачная вода; г – безводный аммиак; д – концентрированный сероводородный газ с примесью цианистого водорода.
4. В последние годы на заводах Украины получают распространение способ очистки коксового газа от сероводорода 15% раствором моноэтаноламина (HOCH2CH2NH2)- маслянистой органической жидкостью, снижающей концентрацию сероводорода в газе на 98,5%. Схема установки показана на рис 3.25
Рис. 3.24. Принципиальная схема окислительной очистки коксового газа от сероводорода: 1 – абсорбер; 2 – регенератор; 3 – вакуум-фильтр; 4 – плавильное устройство; 6,7 – насосы; 8 – компрессор; а – регенерированный раствор; б – насыщенный H2S раствор; в – серная пена; г – серная паста; д – жидкая сера; е – сжатый воздух.
Рис. 3.25 Схема очистки коксового газа от H2S раствором моноэтаноламина
1 – абсорбер; 2 – отгонная колона; 3 – теплообменник; 4 – конденсатор; 5 – подогреватель; 6 – циркуляционный насос; 7 – холодильник; 8 – сепаратор; 9 – насос; 10 – перегонный куб; 11 – конденсатор; 12 – приемный бак; 13 – введение свежего раствора.