Способ очистки отходящих газов от диоксида серы

 

Изобретение относится к способам очистки отходящих газов от диоксида серы и может быть использовано при производстве серы в металлургической и других отраслях промышленности для защиты окружающей среды от вредных выбросов.

Сущность способа заключается в том, что отходящие газы, содержащие диоксид серы, подвергают предварительному частичному восстановлению до Н₂S газообразным восстановителем при 800 - 1000^oC до достижения в реакционной газовой смеси соотношения SO₂ : H₂S = 1:>2. Полученную смесь охлаждают, а затем подвергают переработке на элементарную серу путем пропускания через водный раствор тиосульфата аммония при pН 6,5 - 7,0 с подачей воздуха в присутствии катализатора - сульфофталоцианина кобальта и раствора диоксида кремния в плавиковой кислоте. Способ обеспечивает 100%-ное извлечение диоксида серы. 1 табл.

Изобретение относится к технологии очистки отходящих газов промышленных производств от SO₂ и H₂S, и может быть использовано в химической промышленности при производстве серы, металлургической и других отраслях промышленности, для защиты окружающей среды от вредных выбросов.

Известен способ использования отходящих газов, содержащих SO₂, для получения серы путем взаимодействия с природным газом на катализаторах или без него. По способу [1] восстановление ведут при 1100 1300^oC и строго определенном количестве подачи газа-восстановителя, при котором учитывается не только содержание SO₂ в отходящем газе, но и количества Н₂O и CO₂, присутствующих в нем. А именно: подают восстановитель в количестве, меньшей стехиометрического на 1/4 абс. разности между содержанием воды и удвоенным содержанием СО₂.

Недостатки технологическая сложность способа, связанная с необходимостью непрерывного анализа состава отходящих газов и аппаратурой, необходимой для точного расчета и дозирования газа восстановителя в зависимости от результатов анализа, т.е. нетехнологичность способа для промышленных условий; далеко неполное улавливание SO₂ (относитительный выход серы 60 65%); отсутствие в отработанных газах побочных и остаточных продуктов: сероокиси углерода, Н₂S, SO₂ и пр. Способ снижает их содержание лишь на 30 80% по сравнению с ранее известным.

Наиболее близким к заявленному является способ очистки отходящих газов от диоксида серы, заключающийся в том, что содержащийся в исходном газе диоксид серы частично восстанавливают до сероводорода газообразным восстановителем при 800 1000^oС и полученную при этом газообразную смесь охлаждают, а затем подвергают переработке на элементарную серу путем пропускания через водный раствор [2] Недостатком этого способа является относительно низкая степень утилизации диоксида серы, что влечет за собой уменьшение выхода серы.

Цель изобретения повышение степени утилизации серы.

Поставленная цель достигается способом, по которому отходящие газы, содержащие SO₂, подвергают предварительному частичному восстановлению до достижения в нем не менее двукратного преимущества H₂S над SO₂, а затем его охлаждают до 120 130^oC, отделяют жидкую серу, а газ подают на абсорбцию.

Экспериментально было выявлено, что можно достичь практически 100%-ного улавливания серусодержащих газов и утилизацию их в серу, если, подвергнув его восстановлению частичному, подавать газ на следующую стадию в соотношении в нем SO₂ H₂S 1:>2. Для этого газ, содержащий SO₂, направляют в реактор, нагретый до 800 1000^oC, куда подают природный газ (метан) или другой восстановитель в стехиометрическом или до двукратного избытка по отношению к SO₂.

Химический процесс в реакторе идет по следующей схеме 3SO₂+CH₄__→ S₂+CO₂+2H₂O+SO₂. (1) 2S₂+CH₄+H₂O__→ 4H₂S+CO₂. (2). то есть в газе на выходе из реактора содержится 1 ч. SO₂ и 2 ч. H₂S, образовавшейся при восстановлении.

Далее газ охлаждают до 120 130^oC, отделяют серу, а отходящий газ с продуктами реакций 1 и 2 припускают через раствор тиосульфата аммония при 25 - 70^oС, pН 6,5 10, пропускании воздуха с катализаторами: сульфофталоцианином кобальта концентрации 0,9 1,1·10^-5 моль/л и раствор оксида или гидроксида кремния в НF (катализатор ИК-27-1) концентрации 0,5-1,5·10^-3 моль/л. Пропускание воздуха необходимо для процесса окисления. О полноте улавливания газов, содержащих серу, судят по остаточному их содержанию после абсорбции.

Во всех примерах осуществления способа (таблица 1) в реактор подавали определенные количества SO₂ и СН₄. Анализ газов до и после обработки проводили хроматографическим методом. Концентрация раствора тиосульфата менялась от 0,15 до 1,5 М, при этом были получены практически одинаковые результаты (с точностью до 0,02%).

Пример 1. В реактор, нагретый до 800^oC, подавали SO₂, СН₄ и азот, в расчете, чтобы количества реакционных азов составили по 10 об. Время контакта газов 5 7 с. На выходе смесь анализировали на хроматографе "Цвет-530".

Состав газа на выходе из реактора, об. SO₂ 2,3, H₂S - 70. Далее газ охладили до 130^oC, отделили жидкую серу, образовавшуюся при охлаждении, а газ пропускали через колонку с водным раствором тиосульфата аммония (1-М) с подачей воздуха в водно-аммиачном буфере при pН 6,5, содержащем катализаторы: тетрасульфофталоцианин кобальта 0,9·10^-5 моль/л и ИК-27-1 (0,5·10^-3 моль/л). На выходе из абсорбционного реактора газ снова анализировали. SO₂ и H₂S не обнаружены (точность ±0,02%).

Примеры на другие параметры сведены в таблицу.

Как видно из таблицы, достижение цели, т.е. полное улавливание серусодержащих газов, достигается при условиях: T^oC 800 1000^o, подача восстановителя не менее стехиометрического количества, при этом для подачи на адсорбцию в газе соотношение SO₂ H₂S 1:>2. Поэтому температура выше 1000^oС нецелесообразна, как и перерасход восстановителя.

Технико-экономические преимущества перед базовым объектом [1] Высокая степень утилизации серы из SO₂ 99 98% 100%

Формула изобретения

Способ очистки отходящих газов от диоксида серы, включающий частичное восстановление последнего до сероводорода газообразным восстановителем при 800 1000^oС, охлаждение газовой смеси и последующую переработку ее на элементарную серу пропусканием через водный раствор, отличающийся тем, что в газовой смеси, подаваемой в водный раствор, поддерживают соотношение SO₂ H₂S 1 2, а переработку ее на элементарную серу осуществляют пропусканием через водный раствор тиосульфата аммония при pH 6,5 10 с подачей воздуха и в присутствии катализатора сульфофталоцианина кобальта и раствора диоксида кремния в плавиковой кислоте.

РИСУНКИ

Рисунок 1