Способ очистки газов от диоксида серы

 

Изобретение относится к способам очистки промышленных газов и может быть использовано в химической промышленности, в частности в производстве серной кислоты. Способ заключается в том, что очистку отработанных газов от диоксида серы осуществляют путем абсорбции его триоксидом серы при 17-44 ^oC под избыточным давлением с последующей промывки отходящего газа водой или серной кислотой, а насыщенный диоксидом серы абсорбент перерабатывают на серную кислоту. При осуществлении абсорбции по циклической схеме часть абсорбента, насыщенного диоксидом серы, выводят из цикла, выделяют из раствора диоксид серы, а абсорбент возвращают в цикл,1 з.п. ф-лы. 3 ил.

Изобретение относится технологии очистки промышленных газов и может быть использовано, например в химической промышленности.

Известны способы улавливания диоксида серы из газовых смесей жидкими поглотителями, основанные на хемосорбции [1] Недостатком является невозвратные потери диоксида серы как целевого продукта, а также сырья для получения серной кислоты.

Наиболее близким техническим решением является способ очистки отработанных газом сернокислотных установок от диоксида серы путем абсорбции и десорбции [2] Однако при использовании содовых, аммиачных растворов и других подобных поглотителей технология очистки недостаточно совершенна.

Целью предлагаемого способа является совершенствование технологии улавливания диоксида серы.

Достигает цель тем, что в способе очистки газов от диоксида серы путем абсорбции в качестве абсорбента используют триоксида серы, процесс абсорбции осуществляют под избыточным давлением в диапазоне температуры 17 44^oC, выхлопной газ процесса абсорбции промывают водой или серной кислотой, а раствор триоксида серы, насыщенным триоксидом серы, перерабатывают в серную кислоту, а при осуществлении процесса абсорбции по циклической схеме часть раствора триоксида серы, насыщенного диоксидом серы, выводят из цикла, отделяют из раствора диоксид серы, а триоксид серы возвращают в цикл.

В заявляемом способе новыми признаками являются: триоксид серы как абсорбент; параметры температурно-манометрического режима процесса абсорбции; приемы переработки раствора триоксида серы, насыщенного диоксидом серы.

Эти признаки придают заявленному способу следующие свойства: простота утилизации раствора триоксида серы, насыщенного диоксидом серы, из-за возможности и переработки этого раствора непосредственно в серную кислоту; простота регенерации раствора триоксида серы, насыщенного диоксидом серы, что достигает дегазацией насыщенного раствора под воздействием перепада давлений.

Очистка отработанных газов сернокислотных установок по заявленному способу обеспечивает замыкание технологии получения серной кислоты не только по абсорбтиву диоксиду серы, как в прототипе, но и по использованным - триоксиду серы, воде (серной кислоте).

На основании изложенного заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна". Анализ известных технических решений в исследуемой области позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходный с отличительными признаками заявляемого способа получения серной кислоты и жидкого триоксида серы и признать заявляемое решение соответствующим критерию "существенные отличия".

На фиг. 1, 2 и 3 приведены технологические схемы, в которых реализован предлагаемый способ. Схемы включают: абсорберы А1 и А2; холодильник Х; компрессор К; сборник абсорбента Е; сепаратор С; И испаритель.

Способ осуществляют следующим образом.

Исходный газ, содержащий диоксид серы, падают в холодильник Х и охлаждают до температуры Тх. Далее газ направляют в компрессор К, где сжимают давлением Рк и подают в нижнюю часть абсорбера А1. В верхнюю часть аппарата подают жидкий триоксид серы. В абсорбере при противоточном движении газа и жидкости происходит поглощение диоксида серы и тем самым очистка газа. Действительно "жидкий серный ангидрид смешивается с сернистым ангидридом во всех отношениях" [3, c.30] Величины Тх и Рк определяют температурно-манометрический режим процесса абсорбции. В частности температура, при которой осуществляют абсорбцию должна быть из диапазона значений 17 44^oC, что обусловлено существованием триоксида серы в жидком виде. Действительно, при температуре ниже 17^oC триоксид серы в твердом состоянии, а выше 44^oC в газообразном.

Другим фактором, влияющим на эффективность процесса, является давление. Так, растворимость диоксида серы пропорциональна его парциальному давлению, в то время как доля триоксида серы в газовой фазе обратно пропорциональна общему давлению аппарата. Поэтому создавая избыточное давление в аппарате, с одной стороны, увеличивают парциальное давление диоксида серы, и следовательно и степень очистки газа, а с другой стороны уменьшают унос триоксида серы с отходящим (выхлопным) газом процесса абсорбции. Оба эти обстоятельства благоприятно влияют на конечный результат.

Конкретные значения Тх и Рк, а также тип аппарата и его конструктивные параметры назначают их условия достижения требуемой степени извлечения диоксида серы из исходного газа и допустимой величины уноса триоксида серы с выхлопным газом.

Пример 1. Исходный газ при 120^oC и 0,1 МПа подают на установку. Расход газа G 265,6 кг/ч. Состав газа следующий (кг): азот 233,5; кислород 28.7; диоксид серы 3,35. В холодильнике Х и компрессоре К газ охлаждают и сжимают так, что в абсорбере А1 давление Рс 0,77 МПа, а температура 20^oC.

Определим расход триоксида серы в противоточном абсорбере, при котором содержание диоксида серы в отходящем газе не превышает 0.001 объем.

Мольная доля диоксида серы на входе в А1 в газе у2 у1 0,0056, в свежем абсорбенте х2 0, а в отходящем газе у2 0,00001. Степень извлечения диоксида серы при константе фазового равновесия m 0,15 равна.

ϕ = (0,0056-0,00001)/(0,0056-0,15·0)=0,998. Удельный расход абсорбента составит I 0,15·0,998 0,1497, а величина расхода L 0,1497·265,639,77 кг/ч.

Мольная доля триоксида серы в отходящем газе равна 0,02686, а объемная концентрация 91,36 г/м³.

Пример 2. При тех же исходных данных, что и в предыдущем примере давление в абсорбере А1 поддерживают равным 74,6 МПа. В этих условиях мольная доля триоксида серы в отходящем газа снижается до 0.0002686, а концентрация 0,958 г/м³.

Для улавливания триоксида серы газ, отходящий из А1, промывают в абсорбере А2 водой либо серной кислотой. В результате происходит подкисление воды, а при применении серной кислоты ее укрепление. Подкисленную воду (серную кислоту) из А2 используют в технологическом цикле сернокислотной установки.

Для данной технологической операции важным аспектом является сернокислотный туман. Действительно, парциальное давление насыщенных паров воды при нормальных условиях (20^oC, 0,1 МПа) равно 18,1 мм. рт. ст. Поэтому теоретически эти пары, поглощая триоксид серы из газа и конденсируясь в объеме абсорбера, могут образовывать туман. Однако в предлагаемом способе, учитывая избыточное давление в абсорбере А2, количество сернокислотного тумана будет ничтожно мало. Но главное в том, что применение барботажного абсорбера вовсе исключает условия образования тумана.

При улавливании триоксида серы из выхлопного газа серной кислотой, в частности 98,3 концентрации, пара воды в абсорбере А2 практически отсутствуют, а парциальное давление паров кислоты при 25 ^oC составляет 2,5*10 мм. рт. ст. [4, c.110, табл. ii-60] Пример 3. В абсорбер А2 подают газ в количестве 281,3 кг/ч (220.84 м³/ч). Содержание триоксида серы в нем у1 0,02686 (мол. доли). Для улавливания триоксида серы используют 98,3 серную кислоту (х2 0,42) в таком количестве, что степень извлечения равна 99,99 а его содержание в кислоте на выходе А2 равно х1 0,52.

Содержание триоксида серы в выхлопном газа при заданной степени поглощения составит у2 0,02686·0,0001 0,00000286. Удельный расход абсорбента i (0,0286 0,00000286)/(0,52 0,42) 0,2859, а величина расхода равна L 0,2859·281,3 80,44 кг/ч.

Из абсорбера А1 триоксида серы с растворенным диоксидом серы отводят либо на переработку, как фиг.1, либо, как на фиг.2 и фиг.3, в циркуляционный контур "абсорбер А1 сборник Е".

Перерабатывают раствор триоксида серы в кислоту, например на сернокислотной установке. Перед тем как подать раствор на установку его нагревают в испарителе и выше температуры 44^oC, тем самым выпаривают триоксид серы и диоксид серы. Из испарителя этот газ подают на слои катализатора контактного аппарата сернокислотной установки и перерабатывают обычным путем.

Такой способ утилизации абсорбента прост и не связан с какими-либо техническими трудностями. Одновременно это доставляет заявляемому способу новое качество замыкание технологии очистки отработанного газа не только по абсорбтиву диоксиду серы, как в известных способах, но и по абсорбентам - триоксиду серы и воде (серной кислоте). Данное свойство является следствием применения нового абсорбента триоксид серы.

При использовании циклической схемы абсорбции поглотительная способность раствора абсорбента по мере насыщения жидкого триоксида серы диоксидом серы снижается. Воспрепятствовать этому можно двояко: либо подпиткой циркуляционного цикла свежим триоксидом серы, либо восстановлением поглотительной способности раствора абсорбента.

В первом случае (см. фиг. 2) из цикла отводят часть раствора триоксида серы и направляют на переработку, как в вышерассмотренном случае. Подпитку осуществляют свежим триоксидом серы из условия сохранения стабильности материального баланса циркуляционного контура.

Во втором случае (см. фиг.3) регенерируют поглотитель. Для этого часть раствора триоксида серы, насыщенного диоксидом серы, выводят из цикла и подают в сепаратор С. Давление Рс в сепараторе поддерживают ниже чем в абсорбере, например атмосферное. За счет разности давления (Рк Рс) в сепараторе происходит отделение диоксида серы из раствора процесс дегазации. Газообразный диоксид серы отводят из сепаратора как товарный продукт, например предварительно сжижая, или перерабатывают на сернокислотной установке. Триоксид серы из сепаратора возвращают в сборник Е, то есть в абсорбционный цикл.

Эффективность такой технической организации десорбции весьма высока. Действительно, равновесное парциальное давление парообразного триоксида серы над жидкостью при 20^oC составляет 193 мм. рт. ст. в то время как для диоксида серы 2561 мм. рт. ст. то есть в 13,3 раза меньше.

Литература.

1. Вилесов Н.Г. Костюковская А.А. Очистка выбросных газов. Киев Техника, 1971 2. Амелин А.Г. Производство серной кислоты. М. Химия, 1967о

Формула изобретения

1. Способ очистки газов от диоксида серы путем абсорбции его, отличающийся тем, что абсорбцию диоксида серы ведут триоксидом серы под избыточным давлением при 17 44^oС с последующей промывкой отходящего газа водой или серной кислотой, а насыщенный диоксидом серы абсорбент перерабатывают на серную кислоту.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при осуществлении абсорбции по циклической схеме часть абсорбента, насыщенного диоксидом серы, выводят из цикла, выделяют из раствора диоксид серы и абсорбент возвращают в цикл.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3