Очистка выбросов от оксидов серы

Существует три основных способа очистки выбросов от оксидов серы[11, с. 44]:

–абсорбционный – сорбентом является жидкость;

–адсорбционный – сорбентом является твёрдое тело;

–каталитические методы с получением S и серной кислоты.

Абсорбционные способы – это наиболее распространённые способы очистки газов от SO₂. Отличаются составом используемого сорбента, конструкциями аппаратов и полученными побочными продуктами. Установками именно такого типа оборудовано до 90-94 % всех имеющихся сероочисток отходящих газов, несмотря на их относительную дороговизну (для ТЭС доля капиталозатрат – 15-20 % от стоимости всего энергоблока).

Отходящие газы с точки зрения содержания в них SO₂ условно подразделяются на «крепкие» (SO₂> 3,5 %) и «Слабые» (SO₂< 3.5 %). Большинство металлургических отходящих газов (примерно 90 %) относятся к «Слабым». Крепкие газы (это преимущественно газы печей цветной металлургии с содержанием SO₂до 14-16 %) после очистки от пыли перерабатываются на H₂SO₄ методами химической технологии (каталитическое окисление SO₂и SO₃ абсорбция SO₃ растворами H₂SO₄).

Мокрые, абсорбционные методы очистки слабых газов подразделяются в зависимости от вида абсорбента и характера химического процесса на водные, известняковые (известковые), сульфитные и с применением органических жидкостей.

Самым распространенным из этой группы способов является известняковый (известковый). Суть его сводится к промывке отходящих газов в специальных скрубберах известковой (или известковой) суспензией.

В большинстве случаев как поглотительный раствор используется известь, которая взаимодействует с SO₂ по реакции:

Способ реализуется в полом форсуночном скруббере с гладкими гуммированными стенками при отсутствии отстойных зон, способствующих образованию отложений гипса. Принципиальная схема очистки газов от SO₂представлена на рисунке 5.1. Процесс проводится в одну или две ступени. В одноступенчатом аппарате в зону очистки одновременно с поглотительным раствором вдувают воздух, кислород которого окисляет сульфит кальция до сульфата, что приводит к повышению растворимости извести и выпадению в осадок кристаллов гипса. При очистке в одну ступень степень очистки составляет 60-70 %. В двухступенчатом аппарате степень очистки составляет 95 %.

1 – скруббер; 2 – пылеуловитель; 3 – форсунка; 4 – гидрозатвор; 5, 10 – фильтр для отделения крупных частиц; 6 – цилиндрический сборник; 7 – насос; 8 – гидроциклон; 9 – вакуум-фильтр

Рисунок 5.1 – Принципиальная схема очистки газов от SO₂ абсорбционным (известковым) методом

Повышают эффективность процесса очистки абсорбционным методом от SO₂:

– турбулизацией газового потока;

– проведением процесса в присутствии марганцевого или железного катализатора;

– добавлением в поглотительный раствор:

сахарозы 2-5 %

сахара 8,6 %

хлорида кальция 20-30 %

Способ очистки широко распространён за рубежом. Побочным продуктом обезвоживания осадка в гидроциклонах и ленточных вакуум-фильтрах является гипс. Гипс в Японии и ФРГ используется в строительстве и в качестве удобрений. В США идёт в шлам.

Метод достаточно эффективен (85-90 %), прост по аппаратурному оформлению, отличается доступностью и дешевизной сорбентов и сравнительно невысокими эксплуатационными затратами. Однако он не лишен и серьезных недостатков, главным из которых является образование большого количества шламов (примерно 780 т/год на 1 МВт мощности ТЭС), которые у нас как правило не используются. Второй существенный недостаток – зарастание аппаратов отложениями гипса. Для борьбы с отложениями увеличивают расход поглотителя, применяют скруббера с минимальной рабочей поверхностью.

Помимо известковых растворов, в качестве абсорбента SO₂ используется побочный продукт коксования – аммиачная вода. В этом случае получают товарный продукт сульфат аммония, который используется качестве удобрения. Эффективность процесса невелика, разработано техническое решение – интенсификация процесса взаимодействия оксидов серы с аммиаком ионизацией SO₂ направленным пучком электронов.

Несколько слов о других мокрых методах сероочистки. Водный метод малоэффективен и используется редко (в случае применения щелочных вод, например, воды гидрозолоулавливания ТЭЦ). Сульфитные методы включают в себя большое количество способов, общим для которых является абсорбция SO₂ сульфит-бисульфитными растворами и одинаковый механизм поглощения SO₂, а различным – хемосорбенты (здесь различают аммиачные, магнезитовые, цинковый и натриевый методы). Положительным отличием этих методов от известняковых (известковых) является в большинстве случаев их рекуперативность – на основе извлекающегося из газов SO₂получают H₂SO₄, элемент S, сжиженный SO₂ и сульфаты.

При использовании органических жидкостей (ароматических аминов – растворов ксилидина и диметиламина) также получают товарные продукты (H₂SO₄). Методы однако малоперспективны для газов черной металлургии (с низким содержанием SO₂) и более пригодны для цветной металлургии.

С использованием известкового метода работает большинство сероочисток ЧМ СНГ, например, самая крупная из них – по очистке аглогазов от SO₂ на ММК производительностью порядка 3 млн.м³/ч.

Наиболее перспективным способом очистки газов от оксидов серы является мокросухой способ. Улавливание идет суспензией. Активный реагент – кальцинированная сода и известь. Улавливание кристаллов гипса осуществляется в тканевых фильтрах и электрофильтрах. Эффективность мокросухого способа улавливания SO₂ составляет 90 %.

Адсорбционный способ очистки газов от оксидов серы осуществляется путём вдувания порошкообразного сорбента в очищаемые дымовые газы или путём фильтрации последних через слой дроблённой извести. Эффективность вдувания сорбента не превышает 40 %. При фильтрационном способе очистки можно достичь эффективности 98 %.

Сухие адсорбционные способы сероочистки отходящих газов отличаются высокой эффективностью (до 90-95 %) и лишены самого серьезного недостатка мокрых методов – наличия иногда трудно перерабатываемых шламов. К числу минусов адсорбционных способов относят дороговизну аппаратуры и самих сорбентов, повышенные эксплуатационные затраты, что тормозит широкое распространение этой группы методов. Наиболее распространенными сорбентами для поглощения SO₂являются активированные угли, коксы и полукоксы, цеолиты, силикагели и т.д. При адсорбционной очистке дымовых газов котельных установок часто совмещают процесс очистки от SO₂и NO_x, осуществляя его либо в одном аппарате, либо в последовательно установленных установках.

Широко распространен за рубежом (США, Япония, ФРГ) метод вдувания в топку цеолита (CaCO₃, MgCO₃). Способ дает снижение содержания SO₂ в дымовых газах на 9-91 %.