Способ очистки отходящих газов от диоксида серы


 

B01D53 - Разделение (разделение твердых частиц мокрыми способами B03B,B03D; с помощью пневматических отсадочных машин или концентрационных столов B03B, другими сухими способами B07; магнитное или электростатическое отделение твердых материалов от твердых материалов или от текучей среды, разделение с помощью электрического поля, образованного высоким напряжением B03C; центрифуги, циклоны B04; прессы как таковые для выжимания жидкостей из веществ B30B 9/02; обработка воды C02F, например умягчение ионообменом C02F 1/42; расположение или установка фильтров в устройствах для кондиционирования, увлажнения воздуха, вентиляции F24F 13/28)

Владельцы патента RU 2467788:

Щелкунов Сергей Анатольевич (RU)
Малышев Олег Анатольевич (RU)
Никонова Елена Борисовна (RU)
Вьюгина Татьяна Петровна (RU)

Предложен способ очистки отходящих газов от диоксида серы путем его абсорбции N-алкилпирролидоном с добавкой воды с последующей отгонкой диоксида серы в регенераторе абсорбента. Процесс абсорбции N-метил- или N-этилпирролидоном с содержанием воды от 0 до 15 мас.% проводят в интервале температур от -20 до +18°C, с добавкой 2-пирролидона от 0 до 30 мас.%. С последующей отгонкой диоксида серы под давлением в интервале 1,2-1,5 ата, при температуре 110-140°C. В верхней части регенератора абсорбента устанавливается зона ректификации смеси абсорбента и воды, а в верхней части абсорбера зона улавливания паров абсорбента частью отгоняемой из регенератора воды. Изобретение позволяет уменьшить удельные энергетические затраты по десорбции диоксида серы, а также его компримированию с целью транспортировки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области очистки от диоксида серы отходящих технологических газов производств, работающих на серосодержащем сырье, и может быть использовано на заводах металлургической и химической промышленности, а также и на предприятиях энергетического комплекса.

Как известно, выбросы в атмосферу диоксида серы в количестве десятков млн тонн в год провоцируют образование кислотных дождей, представляя источник повышенной экологической опасности. Поэтому разработка эффективных методов очистки от этого вредного вещества является особо актуальной. Из всех известных методов очистки отходящих газов от диоксида серы наиболее выгодны процессы, позволяющие выделить диоксид серы с в концентрированном виде. Это необходимо при наличии на месте потребителя жидкого диоксида серы или сернистокислых солей. Кроме того, концентрирование необходимо при производстве серы или серной кислоты, если содержание диоксида серы в отходящих газах относительно мало.

Для очистки отходящих газов цветной металлургии часто применяют циклические процессы, где в качестве абсорбентов используют аммиак или его органические производные (З.П.Розенкроп. Извлечение двуокиси серы из газов. М.-Л.: ГНТИ, 1952. С.126-160). В настоящее время в промышленности применяют UCAP-процесс с алканоламинами (U.S. Pat. No. 3904735), и Cansolv-процесс, основанный на третичных диаминах (U.S. Pat. No. 5019361). Поглощение SO2 в этих процессах представляет собой химическое взаимодействие аминогруппы с диоксидом серы, ведущему к образованию сульфитной соли:

R1R2NH+-R3-NR4R5+SO22О→R1R2NH+-R3-NH+R4R5+НSO3-

Нагревание сульфитной соли приводит к ее распаду и выделению диоксида серы.

Основными преимуществами этих процессов является отсутствие потерь абсорбента, высокая термическая стабильность, гомогенность, низкая токсичность, минимальная пена, высокая селективность по отношению CO2. В случае процесса Cansolv возможна также очистка от солей электродиализом.

Однако наличие кислорода, используемого при окислительном обжиге сульфидов металлов, неизбежно ведет к превращению аминных солей из сульфитов в сульфаты, неспособные к термическому разложению и, следовательно, регенерации SO2. В результате часть абсорбента становится отходом производства. Кроме того, термическое разложение сульфитных солей и электродиализ сопровождаются значительным расходом энергии, увеличивающим себестоимость процесса.

В связи с вышесказанным, в последнее время внимание исследователей привлекли органические растворители, не вступающие в химическое взаимодействие с диоксидом серы, и вместе с тем обладающие значительной поглотительной способностью по этому компоненту. В качестве одного из таких растворителей предложена смесь диметиловых эфиров полиэтиленгликолей, состоящая из смеси диметилового эфира тетраэтиленгликоля (70%), диметилового эфира триэтиленгликоля (20%), монометилового и диметилового эфиров пентаэтиленгликоля (10%) (U.S. Pat. No 4795620). Однако из-за многочисленных эфирных связей присутствие кислорода отрицательно сказывается на стабильности растворителя, вызывая образование органических пероксидов, что весьма неблагоприятно при наличии в отходящих газах значительных количеств кислорода.

Наиболее близким по методологии к предлагаемому изобретению (прототипом) является исследование, посвященное изучению поглощения SO2 N-метилпирролидоном (далее NMП) или его смесью с водой (Куковинец Е.В., Калиниченко В.П., Ярым-Агаев Н.Л., Афанасенко Е.Л., Кац Е.Г. Исследование процесса улавливания диоксида серы из хвостовых газов жидким поглотителем // Научные труды Донецкого национального технического университета. 2010. С.50-55). На основании полученных результатов авторами рекомендовано использование NMП в качестве абсорбента диоксида серы. Процесс улавливания SO2 проведен при 20 и 40°С, интервале парциальных давлений диоксида серы 67-3000 Па. Регенерацию абсорбента и десорбцию SO2 рекомендовано проводить при температурах выше 100°C.

Недостатками такого способа очистки являются относительно малая поглотительная способность абсорбента из-за сравнительно высокой температуры абсорбции, необходимость применения компрессора для транспортировки концентрированного диоксида серы, вследствие чего возрастают энергетические затраты, связанные с удалением SO2.

Целью предлагаемого изобретения является уменьшение энергетических затрат при очистке отходящих газов от диоксида серы за счет увеличения поглотительной способности абсорбента, а также применения повышенного давления при отгонке диоксида серы.

Поставленная задача достигается тем, что улавливание SO2 производят N-метил- или N-этилпирролидоном с содержанием воды от 0 до 15 мас.% в интервале температур от -20°C до +18°C, с добавкой 2-метилпирролидона от 0 до 30 мас.%, с последующей отгонкой диоксида серы под давлением в интервале 1,2-1,5 ата.

По сравнению с более высокими температурами растворимость диоксида серы увеличивается, однако понижение температуры тоже требует энергетических затрат. Но, в ряде случаев, низкие температуры могут быть большую часть времени неотъемлемым свойством местности, где расположена установка очистки отходящих промышленных газов. Поэтому энергия для охлаждения является практически бесплатной и интервал температур, предлагаемый в данном техническом решении, более выгоден, чем 20-40°C.

Проведение процесса очистки в интервале давлений 1,2-1,5 ата позволяет совместить десорбцию диоксида серы с его термокомпрессией и транспортировать концентрированный продукт к месту переработки без затрат электроэнергии на его компрессию. Ограничение верхнего предела применяемого давления обусловлено нежелательностью использования более дорогого высокопотенциального тепла. Нижний предел давления является минимальным для транспортировки диоксида серы.

Для снижения себестоимости абсорбента и увеличения его поглотительной способности в качестве добавки к N-алкилпирролидону может применяться 2-пирролидон в количестве до 30 мас.%. Ограничением его количества является увеличивающаяся вязкость смеси.

Отгонку диоксида серы в предлагаемом техническом решении производят путем нагревания до 110-140°C при отдувке водяным паром, испаряющимся из раствора.

Для проведения очистки отходящих газов от SO2 применяют следующую схему поглощения и регенерации (см. ниже), устанавливая в верхней части регенератора зону ректификации смеси абсорбента и воды, а в верхней части абсорбера - зону улавливания паров абсорбента частью отгоняемой из регенератора воды.

Принципиальная схема осуществления процесса показана на рис.1.

Газ, содержащий диоксид серы, подается снизу в абсорбер поз.1. Абсорбер заполнен насадкой из нержавеющей стали. Абсорбент подается сверху на орошение абсорбера. Абсорбент содержит N-алкилпирролидон и добавки воды и/или 2-пирролидона (далее 2-Р). Очищенный газ, содержащий менее 0,1 мас.% SO2, подается в верхнюю часть абсорбера, предназначенную для промывки очищенного газа от паров и брызг абсорбента. Для этого эта часть аппарата заполнена клапанными тарелками и орошается флегмой (водой), отогнанной в аппарате поз.2. Насыщенный раствор абсорбента, выходящий из абсорбера, подается насосом поз.3 в теплообменник А поз.4 в насадочный десорбер (регенератор) поз.5, в котором при нагревании в кипятильнике поз.6 происходит десорбция диоксида серы с частичным испарением воды. Регенерированный раствор охлаждается в теплообменнике В поз.7 и в холодильнике поз.8. Далее абсорбент подается насосом вновь в абсорбер. Парогазовая смесь, содержащая пары воды и SO2, поступает в верхнюю тарельчатую часть десорбера. Эта часть предназначена для ректификации смеси N-алкилпирролидона с добавкой 2-Р и воды. Сконденсированные пары воды частично подаются в виде флегмы в ректификационную зону десорбера и частично - на промывку в промывную зону абсорбера.

Примеры осуществления способа приведены ниже.

Пример 1 (прототип). Газовый поток (PSO2=3×103 Пa, Робщ.газ смеси=1×105 Па) направляют в абсорбер, содержащий 200 мл NMП, при температуре 20°C до прекращения поглощения SO2. При этом поглощается 28,80 г SO2. Абсорбент направляют в регенератор, десорбция SO2 осуществляется нагреванием до 110°C при атмосферном давлении. Остаточное содержание SО2 в абсорбенте составляет 1,80 г. Энергетические затраты на десорбцию 1 г SO2 составляют 1,49 кДж.

Аналогично проводят процесс c NMП, содержащим 3 и 15 мас.% воды. Полученные результаты представлены в Таблице 1.

Пример 2. Процесс проводят на установке, изображенной на рис.1. Газовый поток (PSO2=3×103 Па, Робщ.газ смеси=1×105 Па) направляется в абсорбер, содержащий 200 мл NMП, предварительно охлажденный до температуры 0°C, до прекращения поглощения SO2. При этом поглощается 54,70 г SO2. Абсорбент направляют в регенератор, десорбцию SO2 осуществляют нагреванием до 110°C под давлением 1,2 ата. Остаточное содержание в абсорбенте SO2 составляет 2,2 г. Энергетические затраты на десорбцию 1 г SO2 составляют 1,00 кДж. Аналогично процесс проводят при температурах насыщения от -20°C до +18°C, с добавкой воды и/или 2-Р от 0 до 30%. Полученные результаты показаны в Таблице 1.

Пример 3. Процесс проводят, изменяя параметры аналогично примеру 2. При этом в качестве абсорбента используют N-этилпирролидон (далее NEP).

Таблица 1
Затраты энергии на десорбцию 1 г SO2
Состав Ротг, ата Тнас, °C Tдесорб, °C Затраты энергии на десорбцию 1 г SО2, кДж
NMP 1 20 (прототип) 110 1,49
97 мас.% NMP + 3 мас.% воды 1 20 (прототип) 110 1,79
85 мac.% NMP + 15 мас.% воды 1 20 (прототип) 110 4,27
NMP 1,2 0 110 0,90
NMP 1,5 -15 140 0,90
70 мac.% NMP + 30 мас.% 2-Р 1,2 18 110 1,24
97 мас.% NMP + 3 мас.% воды 1,5 -15 140 0,94
85 мac.% NMP + 15 мас.% воды 1,2 -20 110 1,58
NEP 1,2 -20 110 0,85
85 мac.% NEP + 15 мас.% воды 1,4 0 130 1,76
67 мac.% NEP + 30 мас.% 2-Р + 3 мас.% воды 1,2 10 110 1,00
Примечание: Ротг - давление при отгонке SO2, Тнас - температура насыщения абсорбента, Тдесорб - температура десорбции.

Из таблицы следует, что проведение процесса очистки отходящих газов от диоксида серы в условиях предлагаемого изобретения при равных степенях обводнения абсорбента позволяет уменьшить удельные энергетические затраты по десорбции диоксида серы, а также его компримированию с целью транспортировки.

1. Способ очистки отходящих газов от диоксида серы, включающий его абсорбцию N-алкилпирролидоном с добавкой воды с последующей отгонкой диоксида серы в регенераторе абсорбента, характеризующийся тем, что процесс абсорбции N-метил- или N-этилпирролидоном с содержанием воды от 0 до 15 мас.% проводят в интервале температур от -20 до 18°C, с добавкой 2-пирролидона от 0 до 30 мас.%, с последующей отгонкой диоксида серы под давлением в интервале 1,2-1,5 ата.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отгонку диоксида серы из абсорбента производят в интервале температур от 110 до 140°C.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в верхней части регенератора абсорбента устанавливается зона ректификации смеси абсорбента и воды, а в верхней части абсорбера - зона улавливания паров абсорбента частью отгоняемой из регенератора воды.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области химии. .

Изобретение относится к охране окружающей природной среды и может быть использовано на объектах добычи нефти, нефтесборных пунктах и перекачивающих станциях. .

Изобретение относится к тепломассообменным аппаратам. .

Изобретение относится к способу вымывания аммиачного азота и/или аммонийного азота и/или азота мочевины из отработанных газов, обогащенных этими соединениями азота, в установках по производству аммиака или мочевины.

Изобретение относится к способу вымывания аммиачного азота и/или аммонийного азота и/или азота мочевины из отработанных газов, обогащенных этими соединениями азота, в установках по производству аммиака или мочевины.

Изобретение относится к области добычи природного газа и подготовки газа к дальнему транспорту, в частности к обеспечению оптимального ведения комплекса технологических процессов регенерации метанола из водометанольного раствора (BMP) на газодобывающих предприятиях.
Изобретение относится к способам получения катализаторов, предпочтительно используемых для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к области техники поверхностного модифицирования полимерных мембранных материалов, полимерных мембран различного вида (гомогенных, композитных, половолоконных и т.д.) и изготовленных из них газоразделительных устройств с целью придания им улучшенных газоразделительных свойств

Изобретение относится к катализатору и к устройству для очистки выхлопного газа Катализатор очистки выхлопного газа содержит сложный оксид, представленный общей формулой (1): где компонент А представляет собой лантан (La), компонент А' представляет собой барий (Ва), компонент В представляет собой железо (Fe), компонент В' представляет собой ниобий (Nb) и компонент (РМ1) (благородный металл) представляет собой палладий (Pd) и где х находится в интервале от более чем 0,30 до 0,95 или менее, у находится в интервале от 0,07 или более до 0,94 или менее и z находится в интервале от 0,01 или более до 0,10 или менее

Изобретение относится к катализатору и к устройству для очистки выхлопного газа Катализатор очистки выхлопного газа содержит сложный оксид, представленный общей формулой (1): где компонент А представляет собой лантан (La), компонент А' представляет собой барий (Ва), компонент В представляет собой железо (Fe), компонент В' представляет собой ниобий (Nb) и компонент (РМ1) (благородный металл) представляет собой палладий (Pd) и где х находится в интервале от более чем 0,30 до 0,95 или менее, у находится в интервале от 0,07 или более до 0,94 или менее и z находится в интервале от 0,01 или более до 0,10 или менее

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в процессах очистки дымовых газов от оксидов азота с утилизацией кислого конденсата в форме азотной кислоты
Наверх