Очистка продуктов сгорания от оксидов серы

Очистка продуктов сгорания от оксидов серы

В продуктах сгорания, удаляемых в атмосферу из котлов, работающих на топливах, содержащих органическую и колчеданную серу, имеются оксиды серы. В основном они находятся в виде S0₂ и в небольшом количестве, до 1-2 %, в виде S0₃. Механизм образования S0₂ и S0₃ при сжигании топлива рассмотрен ранее.

Количество оксидов серы в газах, кг/ч, определяется по формуле

где B_p - расчетный расход топлива, кг/ч; S^р_o+k - содержание горючей серы в рабочей массе топлива, % ; m_sо2 и m_s - молекулярные массы сернистого ангидрида и серы.

Содержание S0₂ в продуктах сгорания топлива относительно мало. Например, для мазута при содержании в нем серы S^р_o+k =5 % оно составляет примерно 0,3%. Относительно малая концентрация оксидов серы в продуктах сгорания значительно затрудняет решение вопроса их очистки. Очистка продуктов сгорания от оксидов серы должна обеспечивать достаточно полное их удаление из газов, возможность использования получаемых в процессе сероочистки конечных продуктов и существенно не удорожать себестоимость вырабатываемого пара. Возможно применение следующих методов очистки газов от S0₂ и S0₃:

1) абсорбция жидкими растворами различных веществ;
2) адсорбция с применением в качестве адсорбента твердого вещества;
3) поглощение S0₂ и S0₃ различными веществами с образованием при этом других соединений.

Указанные методы очистки обычно комбинируют. Например, адсорбция и абсорбция часто сопровождаются переводом сорбированного газа в другое соединение. При некоторых методах очистки регенерация поглощенного S0₂ не производится, например при известковом способе очистки, при котором образовавшийся в результате реакции поглощения S0₂ сернокислый кальций CaS0₄ является конечным продуктом очистки. Различают методы мокрой и сухой очистки газов.

Мокрая очистка продуктов сгорания от оксидов серы делится на 2 группы. Первая основана на осуществлении процессов, при которых сначала происходит удаление S0₂ за счет его физического растворения в различных поглотителях, затем поглощенный S0₂ выделяется из растворителя путем его нагрева или отгоняется под вакуумом, а растворитель может быть снова использован для очистки. Наиболее удобным и дешевым поглотителем является вода, однако она малоэффективна при низких концентрациях S0₂, и поэтому приходится применять более эффективные и дорогие поглотители. В поглотительных растворах используются различные соединения щелочноземельных металлов (ксилетин, высшие спирты и др.).

Мокрая очистка продуктов сгорания от оксидов серы второй группы, более распространенной, в качестве поглотителя применяет водные растворы или взвеси веществ, переводящие оксиды серы в сульфиты и сульфаты. При этом одним из наиболее эффективных абсорбентов оказался аммиак. В такой сероулавливающей установке аммиак вступает во взаимодействие с сернистым ангидридом с образованием сульфита аммония:

а сульфит аммония затем поглощает S0₂ с образованием при этом бисульфита аммония:

Образовавшийся раствор бисульфита аммония может быть затем переработан в товарную продукцию.

Технологическая схема осуществленного в промышленном масштабе метода мокрой очистки продуктов сгорания показана на рис. 26.6. В этой установке для удаления S0₂ из газов используется щелочная вода, в которую добавляется дополнительно небольшое количество щелочи в виде водной взвеси мела. Продукты сгорания поступают в абсорбер при температуре 120°С. Вода с добавкой щелочи орошает насадку абсорбера и стекает противоточно по отношению к движущемуся вверх потоку газов. Из абсорбера вода подается в отстойник. Перед отстойником в водудобавляется раствор сернокислого марганца или гидрооксида железа и марганца, которые являются катализаторами в процессе окисления S0₂ с образованием сульфата кальция. Окисление S0₂ непосредственно в абсорбере нежелательно, так как приводит к уменьшению растворяющейся способности воды.

Процесс окисления производится в аэраторе, куда подается воздух. Шлам из отстойника задерживается в фильтре, а сбросная вода добавляется к основному потоку воды, направляемому в отстойник. Товарных продуктов при этом методе очистки газа не получается.

Существенными недостатками всех мокрых методов очистки являются насыщение очищенных газов водяными парами и снижение их температуры, в результате чего потоки газа опускаются вблизи места их выброса, где концентрация S0₂ может стать больше, чем при выбросе неочищенного газа.

Для осуществления таких систем требуется громоздкая и сложная аппаратура, выполняемая из нержавеющей стали. В настоящее время основные работы по очистке газов ведутся в области разработки и совершенствования методов сухой очистки. Методы сухой очистки основаны на способности неорганических солей металлов, в основном оксидов и карбонатов, при высокой температуре адсорбировать оксиды серы с образованием сульфитов и сульфатов этих металлов. В присутствии кислорода окисление происходит практически до образования сульфатов. Адсорбентами могут быгь оксиды алюминия, марганца, железа, калия, натрия и др.

Адсорбционный метод улавливания. В качестве адсорбента при повышенной температуре может быть использован активированный уголь. Сорбирующая способность угля снижается по мере его работы. Восстановление ее возможно обработкой угля при температуре примерно 600°С. Сорбированный активированным углем SO₂ частично окисляется до S0₃ и при наличии водяного пара образует серную кислоту. Установка должна выполняться из кислотоупорного материала, что требует больших затрат на ее сооружение. На рис. 26.7 показана схема установки, в которой в качестве адсорбента применен полукокс твердого топлива, очищенной от серы. В газах, покидающих десорбер, содержание С0₂ составляет 10-15% начального. Установка подвергается сильной коррозии в области температур ниже температуры точки росы.

Описанные и другие предложенные методы мокрой и сухой очистка продуктов сгорания от оксидов серы, удаляемых в атмосферу из котлов, не получили еще широкого промышленного применения вследствие больших капитальных затрат, необходимых для их сооружения, а также значительных расходов на эксплуатацию.

В настоящее время основными мероприятиями для предотвращения загрязнения атмосферы оксидами серы являются методы очистки газа непосредственно в процессе сжигания топлива, а также уменьшения концентрации S0₂ и S0₃ в приземном слое воздуха путем рассеивания продуктов сгорания за счет удаления их в атмосферу высокими трубами.