pdf.php@id=6160.pdf

т а м надежно, забивка трубопроводов и оборудования криста­ ллическими отложениями не наблюдалось, что обусловлено от­ носительно высокими скоростями жидкостных потоков (ско­ рость суспензии в трубопроводах 1-2 м/с) и применением вцсокоинтенсивннх абсорберов и переценивающих устройств в циркуляционных баках.

Длительная эксплуатация опытно-промышленной установ­ ки позволила подучить данные по кинетике абсорбции двуоки­ си серы суспензиями сульфита магния в различных высокоинтенсивных аппаратах, В качестве абсорберов испытывались абсорберы раопыливающего типа (APT) £ 125J %безнасадочннй скоростной абсорбер с форсуночным орошением Г 126 У , двухступенчатый турбулентный абсорбер с трубами Вентури £ 129 У и абсорбер с подвижной шаровой насадкой £ 130 _7. Все эти абсорберы обладают высокой пропускной способнос­ тью по газу и, кроме того, не подвержены забиванию крис­ таллическими отложениями./

В работах £ 131, 132У приводятся данные по кинетике абсорбции s 02 суспензией окиси магния, однако они относят­ ся лишь х периоду запуска установки.

Результаты, полученные при испытаниях указанных аппа­ ратов в оптимальном режиме их работы, были положены в ос­ нову технико-экономического сравнения абсорберов единич­ ной мощностью 500000 м^/ч дымового газа. Учитывались так­ же данные, полученные ранее £ 134 У для бесфорсуночного прямоугольного абсорбера Вентури. Расчеты £ 133.7, а также результаты экспертных оценок £ 136 J показали, что наиболее экономичными являются безнасадочный скоростной абсорбер с форсуночным орошением и абсорбер с подвижной шаровой на­ садкой, При этом приведенные затраты для абсорбера с под­ вижной шаровой насадкой оказались всего на 5% выше.

Нижа представлены эмпирические уравнения для расчета гидродинамики и кинетики иассопередачи при применении двух наиболее перспективннх абсорберов (диаметром! м ).

29

По указанной причине вышеприведенные уравнения для расчета массообмена могут быть применены при наличии в очищаемом газе не более 0,5-0,6 об.# sOg.

Следоет заметить, что рассмотренные уравнения спра­ ведливы для расчета массообмена как в условиях высокотем­ пературного, так и низкотемпературного методов. Это обсто­ ятельство объясняется тем, что растворимость химически ак­ тивного компонента абсорбента сульфата магния в рассматри­ ваемом температурном интервале (45-60°С) меняется незначи­ тельно, несмотря на изменение кристаллической структуры сульфита.

Как указывалось выше, в кристаллах, выводимых на суш­ ку и обжиг, наряду с сульфитом содержится и сульфат магния. Для полного разложения сульфата в узле обжига нужно под­ держивать более высокую температуру или проводить обжиг в присутствии восстановителей (кокс, природный газ и т.д.). Указанное обстоятельство отрицательно сказывается на эко­ номике магнезитового метода очистки. Содержание сульфата в кристаллах, выводимых на сушку в обжиг, может быть су­ щественно снижено путем добавления к абсорбенту ингибитора окисления (п-аминофенол, п-фенилендиаыин и т.д.).

Опыты, проведенные на опытно-промышленной установке, показали, что применение абсорбента, содержащего 0,001вес.# п-аминофенола, позволило снизить содержание сульфата в растворе до 50-70 г/л. При этом содержание сульфата в вы­ водимых из системы абсорбции кристаллах составляло 2,0- -2,5 вес.#.

Торможение процесса окисления сульфита в сульфат осо­ бенно важно в период пуска установки, который из-за отсут­ ствия в абсорбенте достаточного количества кристаллов сульфита магния сопровождается низкой эффективностью очистки газа. Применение ингибитора позволило сократить пусковой период установки со 130 до 50 часов. При этом вы­ сокая степень очистки (свыше 96#) достигалась уже через 5-7 часов после запуска.

31

Для осуществления оптимального режима работы газоочистной установки необходимо проведение систематического контроля основных параметров абсорбента, к числу которых относятся отношение содержания сульфита и бисульфита в растворе, плотность и вязкость поглотительной суспензии [ 135 7.

Для оценки первого из перечисленных параметров, ха­ рактеризуемого отношением молярного содержания уловленной двуокиси серы в растворе (С3) к содержанию магния в раст­ воре в виде сульфита и бисульфита (С^), целесообразно использовать легко определяемую величину pH. Б интервале значений C3/CMg= 1,1-2,0 и рН=7,0-3,5 зависимость величи­

Сульфат магния, присутствующий в абсорбенте, не ока­

йс =йж.ф+ 34»5 " 10Г •* cMgso3.

Зависимость вязкости поглотительной суспензии (/и,спз) от температуры (t, °С) с точностью Ъ% также описывается эмпирическим уравнением

^ Ль = 0,5+1-I0”3Cjiigso^-6i5‘ 10

Таким образом,, циклический магнезитовый метод очист­ ки отходящих газов от двуокиси серы может быть рекомендо­ ван для реализации в промышленности.

32

П. МЕТОДЫ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ РАСТВОРОВ СОЛЕЙ НАТРИЯ И АММОНИЯ

I. Аммиачные методы

Сущность аммиачных методов заключается в связывании двуокиси серы соединениями аммиака. Преимуществами амми­ ачных методов являются высокая эффективность очистки, от­ сутствие в абсорбенте твердых составляющих, препятствую­ щих нормальной работе технологического оборудования, по­ лучение в качестве продуктов утилизации ценных для народ­ ного хозяйства веществ.

К недостаткам процессов на основе водных растворов солей аммония следует отнести повышенные расходы ашиака, связанные с его высокой летучестью, что, кроме того, при­ водит к загрязнению окружающей среды токсическими трудноулавливаемыми мелкими кристаллами сульфита в сульфата ам­ мония; сложность технологической схемы; необходимость предварительного охлаждения очищаемого газа для уменьше­ ния потерь аммиака и уменьшения образования малоценной компоненты удобрения - сульфата аммония.

Одним из наиболее изученных вариантов аммиачного ме­ тода очистки является аммиачно-циклический процесс, позво­ ляющий утилизировать двуокись серы в концентрированном ви­ де и в виде сульфата атония. Принципиальная схема метода, разработанного в СССР, представлена на рис. II.

У совершенствованием аммиачно-циклического метода яв­ ляется применение в качестве абсорбера высокоэффективного аппарата с,плоско-параллельной насадкой, позволяющего осуществлять процесс при высоких линейных скоростях газа (4 м/с) при относительно небольшом гидравлическом сопро­ тивлении (400 мм вод.ст.) С 140 J , Предложенный аппарат позволяет, кроме того, проводить процесс при малом соот­ ношении жидкость - газ, что важно для экономики процесса.

Аммиачный метод позволяет получать стандартные раст­ воры бисульфита аммония. Подобные установки существуют на

33

некоторых сернокислотных заводах [ 141J ,

Рис* II. Схема аммиачно-циклического метода: I - абсорбер; 2 - холодильник регенериро­ ванного раствора; 3 - отгонная колонна; 4 - автоклав для переработки тиосульфата;

5, 6 - выпарные аппараты ; 7 - кристалли­ затор сульфата аммония; 8 - центрифуга

или вакуум-фильтр

Создана система автоматического контроля и регулиро­ вания основных технологических параметров ^процесса полу­ чения бисульфита аммония £ 142 J . Получены уточненные за­ висимости значения pH от состава сульфит-бисульфитного раствора во всем практически важном диапазоне его измене­ ний и математические выражения этих зависимостей. Амери­ канские исследователи сделали вывод о том, что для дости­ жения высокой эффективности очистки необходимо, чтобы в процессе абсорбции поддерживалось следующее соотношение /■1437:

t o К — 31,24 - 17,3/Т ,

где к - произведение парциальных упругостей паров двуоки­ си серы, аммиака и воды; Т - температура, К.

Для уменьшения образования в абсорбенте сульфата предложено добавлять в поглотительный раствор не менее 15 вес,^ тиосульфата /144,7.

34

В некоторых случаях, напротив, проводят дополнитель­ ное окисление отработанного абсорбента’кислородом с целью получения в качестве продукта утилизации сульфата аммония /"145, 146J \ Указанные охемы аммиачно-окислительного про­ цесса получили наибольшее распространение в Японии. Пред­ ложены и другие усовершенствования аммиачных процессов, не прошедшие, однако, достаточной опытной проверки /"147151_7.

Для уменьшения расхода пара в узле регенерации и от­

гонки двуокиси серы используют предварительную обработку абсорбента серной кислотой (аммиачно-кислотные методы) С 152-156 У. Указанный процесс проходил проверку в про­ мышленности на установках производительностью 40 тыс. м^/ч / 1 5 6 J и 90 тыс.м^/ч / 154, 155.7» Подобная обра­ ботка приводит к увеличению образования малоэффективного удобрения - сульфата аммония, находящего ограниченное

применение. В связи с этим серная кислота заменяется азот­ ной /~156 J или фосфорной кислотой [ 157.7» что позволяет получить в качестве продукта утилизации более ценный про­ дукт.

Предложено также обрабатывать отработанный абсорбент соляной кислотой или газообразным HCI /”158.7• Выделив­ шаяся при этом s0£ утилизируется, а раствор MH^CI обраба­ тывается MgO для возвращения аммиака в процесс.

Разновидностью вышеописанных аммиачно-кислотных мето­ дов является аммиачно-бисульфатный метод, основанный на термическом разложении сульфата аммония на аммиак и би­ сульфат С 159, 160_7. Последний используется для разложе­ ния сульфит-бисульфитного раствора аммония. Часть сульфа­ та аммония, образовавшегося в результате окисления химичеоки активной компоненты абсорбента, выпускается в виде товарного продукта. В этом методе расход аммиака минима­ лен. Схема аммиачно-би сульфатного метода, проходившего опытную проверку на установке фирмы TVA (США), представле­ на на рис. 12.

35

NH3 H20

№сушку I I

Рис. 12. Схема аммиачно-бисульфатного метода:

I - абсорбер; 2 - реактор; 3 - реактор для разложения сульфата аммония

Разложение отработанного аммиачного абсорбента может быть произведено известью. Указанный метод известен в ли­ тературе под названием "двойной щелочной" Г 161-165,7.

Метод проходил проверку на крупных опытно-промышленных установках производительностью 110000 vP/ч f 165J и наи­ более распространен в промышленности Японии, где он рас­ сматривается как одно из средств получения высококачествен­ ного гипса С I64j\ Принципиальная схема процесса пред­ ставлена на рис. 13.

Окись кальция в данном процессе предлагается заменить окисью цинка [ 161,7* При этом образующиеся сульфит и сульфат цинка подвергаются термическому разложению на утилизируемую SOg и окись цинка, возвращаемую в процесс.

В аммиачных методах с химической регенерацией отрабо­ танного сорбента могут быть применены высокоскоростные прямоточные абсорберы с трубой Вентури 7*166.7 так как в этом случае высокая степень насыщения абсори^тла погло­ щаемым компонентом не является обязательной.

36

Воздух

Рве. 13. Схема "двойного щелочного" метода: I - абсорбер; 2 - циркуляционный сборник; 3 - сборник для приготовления известко­ вого молока; 4 - сборник-нейтрализатор;

5 - аэратор; б - центрифуга

2. Методы с применением растворов соды или гидроокиси натрия

Преимуществами методов, основанных на применении водных растворов солей натрия, являются высокая эффектив­ ность очистки, отсутствие в абсорбенте твердых составляю­ щих, получение в качестве продуктов утилизации ценных для народного хозяйства веществ.

К недостаткам указанных методов относятся повышенная оквсляемость солей в цикле сорбции и регенерации, что приводит к дополнительным расходам сорбента; относитель­ ная дефицитность сорбента; сложность технологической схе­ мы; повышенные расходы пара на регенерацию в циклических процессах; повышенная коррозионная активность абсорбента.

В США и Японии промышленное применение получил суль- фит-бисульфит-натриевый метод, известный в литературе под названием " W e llm a n - L o r c T И разработанный фирмой " D a v y P o ­ wer-Gas" С 167-173/.

Сущность метода заключается в поглощении s02 водным раствором сульфита натрия с образованием бисульфита. Ори нагревании отработанного абсорбента происходит частичное

37

испарение воды и разложение бисульфита на двуокись серы и сульфит натрия, который выделяется в твердом виде. Концен­ трированная двуокись серы может быть переработана в серную кислоту или элементарную серу. Конденсированная влага ис­ пользуется для растворения кристаллов сульфита натрия. Раствор последнего возвращается в цикл абсорбции.

Отходом производства является сульфат натрия - продукт окисления водных растворов сульфита и бисульфита натрия. Процесс окисления нежелателен, поэтому на некоторых уста­

новках применяют ингибиторы, стоимость которых, однако, велика. Принципиальная схема установки показана на рис. 14.

РИС. 14. Схема процесса " Wellman-Lord « ; I - абсорбер; 2 - сборник отработанного абсорбента; 3 - кристаллизатор для отделе­ ния сульфата натрия; 4 - сборник раствора бисульфита натрия; 5 - центрифуга; 6 - испа­ ритель с выносной камерой; 7 - конденсатор двуокиси серы; 8 - сепаратор влаги; 9 - ре­ актор для растворения кристаллов сульфита

натрия; 10 - сборник абсорбента

Из-за повышенной коррозионной активности среды при изготовлении промышленных установок широко применяются стеклопластики на основе полиэфирных смол, нержавеющие

38