Вынос сернистых соединений и их расчет

Диоксид серы (ПДК_м.р. 10 мг/м³) – один из самых вредных и неприятных газов среди загрязнителей воздуха. Хотя средняя концентрация его в воздухе больших городов не столь велика по сравнению с другими компонентами, этот оксид считается наиболее опасным для здоровья горожан – он вызывает заболевания органов дыхания, общее ослабление организма и в сочетании с другими загрязнителями ведет к сокращению средней продолжительности жизни.

Во время трагического Лондонского тумана в 1952 г. более 4 000 смертей было отнесено на счет повышенного содержания в атмосфере диоксида серы. Однако обнаружено, что в печени млекопитающих содержится фермент сульфитоксидаза, содержащий молибден и способный детоксицировать диоксид серы. Детоксикация осуществляется путем окисления сульфита в сульфат (последний большей частью выводится с мочой):

(5.1)

В промышленном производстве сера выбрасывается в окружающую среду в виде таких токсичных соединений, как SO₂, COS и H₂S[9, с. 30]. Эти соединения образуются в результате выгорания серы из железосодержащей шихты, угля, топлива, а также жидкого металла и шлака. Газообразные соединения серы в дымовых газах являются продуктами комплекса как минимум 17 химических реакций. К главным из них можно отнести следующие реакции:

Вероятность протекания тех или иных реакций в данных условиях можно определить путём анализа термодинамических характеристик процесса.

При выходе из дымовой трубы в дневное время под действием солнечного света сернистый ангидрид (SO₂) окисляется в серный газ (SO₃), который, соединяясь с водяными парами, даёт кислоты (Н₂SO₃, Н₂SO₄), оказывающие ещё более вредное воздействие на здоровье людей, разрушающие стальные конструкции, строительные материалы, снижающие прозрачность атмосферы, способствущие гибели хвойных лесов, плодовых деревьев, снижающие урожайность сельскохозяйственных культур.

Переход сернистого ангидрида (SO₂) в серный (SO₃) ускоряется наличием в дымовых газах оксидов азота:

Рассчитывать выход соединений серы в дымовых газах можно только для окислительной области высоких температур, когда образуется только диоксид серы SO₂ (сернистый ангидрид) по реакции:

S + O2 = SО2;	(5.9)
= 2 ∙ ∙	(5.10)

где – масса шихты;

– массовая доля в ней серы.

Таблица 5.1 – Условия образования соединений серы

	Состав	Температура, °С
t ≤ 1000	1000 < t < 1200	t > 1200
α ≤ 0,2	S + C	COS	COS	COS
S + C + Ca S + C + Ca + H2	CaS	CaS	CaS

Примеры расчёта

При сжигании 1 т мазута, содержащего 4 % серы, образуется сернистый ангидрид в количестве:

= 1 ∙ 0,04 ∙ 64 ∙(64 / 32) = 0,08 т,

где – молекулярная масса SO₂; = 64;

М_S– молекулярная масса серы; = 32.

Таким образом, сернистого ангидрида образуется в два раза больше по сравнению с исходным содержанием серы в сырье.

При сжигании твердого топлива количество сернистого ангидрида определяется по формуле, кг/час:

= 0,01 ∙ В ∙ SР∙(1 – ) ∙ / МS,

(5.11)

где S^Р – содержание серы в топливе на рабочую массу, %;

В – расход топлива, кг/час;

– доля оксидов серы, связанных летучей золой.

Доля оксидов серы, связанных летучей золой, при сжигании различных видов топлива установлена экспериментально и составляет:

Сланцы 0,5

Угли Канско-Ачинского бассейна 0,2

Торф 0,15

Экибастузский уголь 0,1

Остальные угли 0,1

Мазут 0,02

Газ 0,0

Сократить выброс оксидов серы можно первичными и вторичными методами.

Первичные методы – подавление образования оксидов серы.

Вторичные методы – улавливание оксидов серы из дымовых газов.