Технологічна схема очищення газових викидів при виробництві сірчаної кислоти

Діоксид сірки, або сірчаний ангідрид, утворюється під час згоряння сірки, сірководню, а також під час нагрівання різних сульфітів у потоці повітря або кисню. За звичайних умов 802 є безбарвним газом з різким запахом горючої сірки. Він майже в 2,3 раза важчий за повітря, горить і не підтримує горіння.Діоксид сірки в атмосфері здатний окислюватися до триоксиду, який у вологому повітрі може перетворюватися у сірчану кислоту. Цій реакції сприяє сонячне світло, різні каталізатори, а також озон. Навіть за дуже малих концентрацій діоксиду сірки в атмосфері може знаходитись невелика кількість парів або аерозолей сірчаної кислоти, що посилюють забруднення.Діоксид сірки шкідливо діє на здоров'я людей. Це було точно встановлено під час обстеження робітників та їхніх сімей, які проживали в зоні забруднення біля металургійних підприємств м. Дніпродзержинська. Загальна кількість скарг і частота захворювань мешканців цієї зони виявились вдвічі вищими, ніж у мешканців відносно чистого району. У мешканців цього району встановлено знижений вміст гемоглобіну та наявність діоксиду сірки в крові. Особливо небезпечний вплив S02 на тварин.

Виявлено також зв'язок між інтенсивністю корозії металевих конструкцій та концентрацією в атмосфері діоксиду сірки. Встановлені такі гранично допустимі концентрації діоксиду сірки: у робочій зоні — 10 мг/м3; максимальна разова — 0,03 мг/м3; середньодобова — 0,005 мг/м3.

Для усунення S02 у викидних газах запроваджено ряд методів, серед яких найчастіше застосовують аміачний (варіанти: аміачно-сірчанокислий та аміачно-автоклавний), вапняковий, магнезитовий, марганцевий та адсорбційний.

Аміачні методи очищення газів від S02 зводяться до реакції з водним розчином сульфіту амонію:

Відповідно до подальшої методики розпаду бісульфіту розглядають дві модифікації методу: аміачно-сірчанокислий та аміачно-автоклавний.

Аміачно-сірчанокислий варіант полягає в тому, що сульфіт амонію обробляють сірчаною кислотою

Половину виділеного S02 спрямовують на виробництво сірчаної кислоти, що безпосередньо використовується у процесі, а друга половина може застосовуватись як товарний продукт. Технологічна схема очищення газів від S02 за аміачно-сірчанокислотним варіантом наведена на рис. 4.20.

Очисна установка працює таким чином. Газ, що містить в середньому 0,2 % S02, очищують у розпилювальному абсорбері і, що зрошується розчином сульфіту амонію.

Рис. 4.20. Схема установки для сірчанокислотного очищення газу: 1 — абсорбер; 2 — бризковловлювачі; 3 — електрофільтр; 4 — колона розкладання; б, 7 — насоси; 6, 8—10 — відповідно збірники сульфіту амонію, насиченого розчину, поглинального розчину та аміачної води; 11 — ємність для приготування аміачної води

Абсорбер складається з трьох секцій: верхньої — розпилюваної, середньої — абсорбційної і нижньої — сепараційної. Очищений газ проходить через бризковловлювачі 2 та електрофільтри 3, після чого викидається в атмосферу. До збірника 9 надходить сульфітно-бісульфітний розчин, конденсат із електрофільтрів 3 і свіжий розчин аміачної води з ємності 11, Стабілізований за концентрацією розчин повертається на зрошування. Періодично, коли концентрація сульфітно-бісульфітних сполук у поглинальному розчині становить500—600 г/л, через збірник 8 насосом 7 розчин подають у колону зрошування 4. Сюди також надходить 94 % сірчана кислота. Реакція розкладання бісульфіту амонію відбувається за температури 70° С. З верхньої колони відводять концентрований S02, знизу — розчин сульфату амонію. В ємності 6 розчин нейтралізують до слабко лужної або нейтральної реакції аміачною водою, а потім насосом 5 подають на склад готової продукції.

При методі абсорбцію діоксиду сірки також проводять розчином сульфіт-бісульфіту амонію. Але в цьому випадку розчин розкладається в автоклаві за температури 150—160°С і тиску 0,5—0,6 МПа з отриманням елементної сірки і сульфіту амонію. При цьому відбувається реакція

У процесі термічного розкладання отримують сульфат амонію та сірку, які є товарними продуктами. Технологічна схема наведена на рис. 4.21.

Очищення газу від діоксиду сірки здійснюють у скрубері насадкового типу 1 в протитечії з циркуляційним розчином сульфіт-бісульфіту амонію. Очищений газ через трубу викидається в атмосферу.

Рис. 4.21. Схема установки аміачно-автоклавного очищення газів від діоксиду сірки: 1 — скрубер; 2 — фільтрпрес; 3 — автоклав; 4 — вакуумний випаровувальний апарат; 5 — центрифуга; 6 — сушарка

У результаті абсорбції діоксиду сірки концентрація солей у розчині збільшується. Частину розчину вилучають, а потім очищають від механічних домішок у фільтр-пресі 2 і подають насосом в автоклав 3. Для прискорення реакції розкладання в цей апарат вводять певну кількість сірчаної кислоти. Реакція розкладання прискорюється введенням у розчин селену (0,003 % від маси), внаслідок чого температура процесу знижується до 135 °С.

Розчин сульфіту амонію випарюють під вакуумом у колоні 4 й охолоджують. Кристали сульфіту амонію відділяють у центрифузі 5, сушать у сушильному апараті 6 після чого спрямовують на склад. Чисту сірку також відправляють на склад готової продукції.

Вапняковий метод

Як реагент при цьому методі застосовують дешеві й широко розповсюджені речовини: вапняк, вапно та крейду. Поглинання здійснюється суспензіями за такими реакціями:

Сульфід кальцію погано розчиняється у воді (0,136 г/л), у процесі очищення швидко перенасичує розчин і випадає у вигляді дрібних кристалів. У країнах СНД працюють очисні установки загальною продуктивністю 2,5 млн м3/год.

Магнезитовий метод ґрунтується на поглинанні S02 суспензією оксиду магнію:

Ступінь очищення залежить від рН циркулюючої рідини. У кислому середовищі утворюється розчинний бісульфіт магнію. Процес поглинання характеризується реакцією

Щоб попередити реакцію утворення сульфіту магнію, в розчин додають інгібітор — парафенілендіамін:

Різновидом магнезитового способу є метод Грілло, в якому використовують природні матеріали: кієзеліт, що містить моногідрат сульфату магнію, і піролюзит з вмістом до 87 % двоокису марганцю.

Марганцевий метод

Розроблений японською компанією "Мітцубісі", полягає в тому, що подрібнений діоксид марганцю вводять у потік газу, забрудненого діоксидом сірки. У результаті реакції утворюється сульфат марганцю:

Аерозоль сульфіту марганцю у твердому вигляді та надлишок непрореагованого діоксиду марганцю виділяють у батарейних циклонах та електрофільтрах. Ступінь вилучення діоксиду досягає 99,9 %. Виділену суміш твердих частинок вводять у водний розчин аміаку та аерують в окислювальній колоні. При цьому відбувається реакція

Розчин сульфату амонію відділяють фільтрацією або центрифугуванням від твердих частинок діоксиду марганцю, який потім подрібнюють і повертають у технологічний процес.

Адсорбційні методи

Адсорбенти є ефективним засобом очищення газу від діоксиду сірки та рекуперації цього компонента з метою отримання на його основі цінних товарних продуктів: сірки, сірчаної кислоти або зрідженого діоксиду сірки. Для вловлювання в02 найчастіше використовують вуглецеві пористі речовини — активоване вугілля, напівкокси та ін. Переважно в газах, що підлягають очищенню, крім діоксиду сірки, є водяна пара й кисень. У цьому випадку первинні процеси завершуються при перетворенні цих компонентів із газової фази в адсорбовану:

де * — стан компонента в адсорбованій фазі.