Способ очистки отходящих газов от диоксида серы

 

Изобретение относится к очистке от диоксида серы отходящих технологических газов производств, работающих на серусодержащем сырье, и может быть использовано на предприятиях металлургической и химической промышленности и на энергетических предприятиях. Способ очистки отходящих газов от диоксида серы включает непрерывное противоточное ступенчатое контактирование газов с водной пульпой известняка в поглощающих аппаратах-абсорберах, причем контактирование проводят в вихревых скрубберах в слое тонкодиспергированной пульпы известняка при продолжительности пребывания газа в реакционной поглощающей зоне 0,001-0,005 с, содержании известняка в пульпе не более 60 г/дм³ и молекулярном соотношении SO₂ и СаСО₃ в подаваемых на очистку потоках газа и пульпы, равном 1-2. Изобретение позволяет снизить продолжительность пребывания очищаемого газа в реакционной поглощающей зоне и уменьшить габариты поглощающих аппаратов. 1 ил.

Изобретение относится к области очистки от диоксида серы отходящих технологических газов производств, работающих на серусодержащем сырье, и может быть использовано на предприятиях металлургической и химической промышленности и на энергетических предприятиях.

Известен способ очистки от диоксида серы отходящих технологических газов, являющийся ближайшим аналогом изобретения. Он предусматривает контактирование газов с поглощающей водной пульпой известняка в непрерывном противоточном ступенчатом режиме. В результате контактирования SO₂ переходит в пульпу в виде СаSO₃ и частично СаSO₄. Степень извлечения SO₂ в пульпу составляет 85-90%. Для приготовления пульпы используют известняк, предварительно измельченный до крупности 0,074 мм, при расходе его 2,5-3 т на 1 т SO₂ (стехиометрически необходимый расход - менее 2 т на 1 т SO₂). С целью снижения расхода известняка осуществляют многократное использование пульпы путем ее рециркуляции. Очистку обычно осуществляют в абсорбционных башнях-скрубберах значительных размеров, поскольку необходимая продолжительность пребывания газа в зоне поглощения превышает несколько секунд (А.С. Носков и др. Воздействие ТЭС на окружающую среду и способы снижения наносимого ущерба. - Новосибирск: Издательство ГПНТБ СО АН СССР, 1990, с.49-51, 58, 77).

Недостатком известного способа является большая продолжительность пребывания очищаемого газа в реакционной поглощающей зоне, требующая больших объемов поглощающих аппаратов для осуществления очистки.

В основу изобретения поставлена задача снижения продолжительности пребывания очищаемого газа в реакционной поглощающей зоне и уменьшения габаритов поглощающих аппаратов.

Для решения поставленной задачи в известном способе очистки отходящих газов от диоксида серы, включающем непрерывное противоточное ступенчатое контактирование газов с водной пульпой известняка в поглощающих аппаратах-абсорберах, согласно изобретению контактирование проводят в вихревых скрубберах в слое тонкодиспергированной пульпы известняка при продолжительности пребывания газа в реакционной поглощающей зоне 0,001-0,005 секунды, содержании известняка в пульпе не более 60 г/дм³ и молекулярном соотношении SO₂ и СаСO₃ в подаваемых на очистку потоках газа и пульпы, равном 1-2.

Достижение высокого извлечения SO₂ из отходящих технологических газов в процессе их очистки при низкой продолжительности пребывания газов в реакционной поглощающей зоне (0,001-0,005 секунды) согласно изобретению становится возможным благодаря оптимизации состава пульпы известняка и молекулярного отношения содержаний SO₂ и СаСО₃ в потоках газа и пульпы, подаваемых на очистку.

Первоначальная стадия взаимодействия диоксида серы и карбоната кальция водной пульпы известняка описывается реакциями (1) и (2): SO₂+СаСО₃=СаSO₃+СО₂, (1) СаSO₃+SO₂+Н₂О=Са(НSO₃)₂. (2) Одновременно медленно протекает реакция взаимодействия образующегося бисульфита кальция с непрореагировавшими ядрами зерен известняка: СаSO₃+Са(НSO₃)₂=2СаSO₃+Н₂О+СО₂. (3) При содержаниях известняка в водной пульпе менее 60 г/дм³ действующая масса SO₂ в реакции (2) относительно велика и процесс образования Са(НSO₃)₂ по реакции (2) и взаимодействие его с СаСО₃ по реакции (3) протекает достаточно эффективно, а экранирование зерен известняка сульфитом кальция сравнительно мало сказывается на степени очистки газа от SO₂. Изложенное справедливо для любых содержаний известняка в пульпах ниже 60 г/дм³. При переходе к более концентрированным пульпам известняка действующая масса SO₂ в реакции (2) при неизменном расходе и составе исходного газа становится относительно меньше, чем при содержаниях известняка в пульпах ≤ 60 г/дм³. Это приводит к относительному снижению выхода Са(НSO₃)₂ по реакции (2), к относительному снижению интенсивности протекания реакции (3) и в итоге к более резкому снижению степени очистки газа от SO₂. В результате при содержании известняка в пульпах выше 60 г/дм³ достаточно высокое извлечение SO₂ из отходящего газа не достигается даже при расходах известняка, превышающих стехиометрически необходимый для образования СаSO₃.

Отношение молекулярных содержаний SO₂ и СаСО₃ в поглощающей пульпе (k) после завершения процесса очистки, с одной стороны, не должно превышать 2, поскольку при величинах k>2 извлечение диоксида серы из газа резко уменьшается. С другой стороны, осуществление процесса при величинах k<1 означает перерасход известняка по сравнению со стехиометрическим необходимым. Оптимальным является диапазон величин k от 1 до 2.

Из получаемых в процессе очистки пульп может быть получен товарный гипсовый продукт путем превращения Са(НSO₃)₂ в СаSO₃ и окисление его известными методами.

Изобретение иллюстрируется примерами Пример 1.

Схема очистки газа от диоксида серы включает три вихревых скруббера (ВС) марки ВФ-3000 производительностью по 3 тыс. ³ газа в час каждый, четыре агитатора вместимостью по 200 дм³ каждый, четыре насоса производительностью по 1,5 м³/час каждый и источник исходного газа, подлежащего очистке (см. чертеж). При работе схемы газ последовательно пропускают через вихревые скрубберы в порядке I-II-III ступени, а водную пульпу известняка - встречным потоком в последовательности III-II-I ступени. При этом на III ступень дозированно подают свежую водную пульпу известняка из агитатора 4. Отработанную пульпу III ступени собирают в агитаторе 3 и дозированно подают ее на II ступень очистки. Путь, проходимый пульпой через II и I ступени, аналогичен описанному для III ступени. Подачу пульпы известняка из агитатора 4, 3, 2 осуществляют с помощью насосов. Пульпу I ступени выводят из агитатора 1 самотеком. Пульпу подают на ступени очистки в усредненном виде, что достигается с помощью мешалок. Исходную пульпу готовят смешением с водой предварительно измельченного до крупности 0,074 мм известняка с содержанием СаСО₃ 77,9 мас.%. Содержание твердого в этой пульпе равно 40 г/дм³. Расход пульпы составляет 25 дм³/мин. Продолжительность пребывания газа в реакционной поглощающей зоне 0,005 секунды достигают соответствующей регулировкой толщины слоя пульпы.

Подлежащий очистке газ с содержанием 20 г/м³ готовят смешением испаряемого из баллона жидкого SO₂ с атмосферным воздухом и подают на I ступень очистки.

Перед началом эксперимента в агитаторы 1, 2, 3 вводят по 150 дм³ пульпы, предварительно насыщенной диоксидом серы до молекулярных отношений содержаний SO₂ к СаСО₃ 2,0; 0,81 и 0,14 соответственно.

Эксперимент поводят в течение 30 минут с контролем содержания SO₂ в газе, выходящем из III ступени.

Согласно полученным результатам содержание SO₂ в отходящем газе III ступени равняется 0,07±0,02 г/м³, что соответствует извлечению более 99%.

Пример 2.

То же, что в примере 1, но молекулярное содержание SO₂ и СаСО₃ в потоках пульпы и газа, подаваемых на очистку, равно 1,0; расход пульпы на осуществление процесса 50 дм³/мин, продолжительность пребывания газа в реакционной поглощающей зоне 0,001 секунды и величины S/Ca в пульпах агитаторов 1, 2, 3 перед началом эксперимента 1,0; 0,23; 0,02 соответственно. Показатели процесса аналогичны приведенным в примере 1.

Как видно из результатов примеров 1, 2, степень очистки газов от SO₂ в приведенных выше условиях превышает 99% несмотря на то, что продолжительность пребывания очищаемого газа в реакционных зонах скрубберов не более 0,005 сек. Если принять, что продолжительность пребывания газов в реакционной зоне традиционных поглотителей-абсорберов равна 10 сек, а число абсорберов по традиционной и заявляемой технологиям одинаково, то необходимый объем реакционной зоны в вихревых скрубберах в 2000 раз меньше традиционно необходимого. Это создает базу для резкого сокращения объема и стоимости аппаратуры по предлагаемому способу.

Формула изобретения

Способ очистки отходящих газов от диоксида серы, включающий непрерывное противоточное ступенчатое контактирование газов с водной пульпой известняка в поглощающих аппаратах-абсорберах, отличающийся тем, что контактирование проводят в вихревых скрубберах в слое тонкодиспергированной пульпы известняка при продолжительности пребывания газа в реакционной поглощающей зоне 0,001-0,005 с, при этом содержание известняка в пульпе не более 60 г/дм³, и молекулярном соотношении SO₂ и СаСО₃ в подаваемых на очистку потоках газа и пульпы, равном 1-2.

РИСУНКИ

Рисунок 1