АНАЛИЗ СПОСОБОВ УТИЛИЗАЦИИ ДИОКСИДА СЕРЫ ИЗ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ИЗВЕСТКОВАНИЯ Головешкина А.В.

Санкт-Петербургский горный университет


Номер: 4-3
Год: 2017
Страницы: 42-45
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

диоксид серы, известковый метод, сухая очистка, мокрая очистка, смешанная очистка, Sulfur dioxide, lime method, dry cleaning, wet cleaning, mixed cleaning

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

Статья посвящена анализу и сравнению методов очистки отходящих газов от диоксида серы. Известковый метод является наиболее доступным, технологически простым, экономичным и допускает очистку газа без предварительного обеспыливания и охлаждения потока. В данной статье раскрывается актуальность рассмотренной темы, особенности методов и преимущества, недостатки данной технологии.

Текст научной статьи

Особо актуальной проблемой нарушения экологической обстановки можно назвать загрязнение атмосферного воздуха выбросами промышленных газов. Одним из основных газов-загрязнителей является диоксид серы (сернистый ангидрид). Общемировое образование сернистого ангидрида составляет 190 млн тонн в год [1, 55]. Из них в Российской Федерации по данным Росстата и Росприроднадзора годовой валовой выброс диоксида серы в атмосферу от стационарных источников на 2015 г. составляет 4099,4 тыс.т [2,19]. Основными видами производственной деятельности человека, вносящими значительный вклад в загрязнение воздушного бассейна диоксидом серы, являются теплоэнергетика (котельные процессы); черная металлургия (подготовительные процессы, основные металлургические производства); цветная металлургия (медеплавильные, никелевые, оловянные, цинковые производства); химическая, нефтехимическая, нефте- и газоперерабатывающая (производство нитрозной и контактной серной кислоты, карбофоса), целлюлозно-бумажная и деревообрабатывающая промышленность [3, 79-80]. При попадании диоксида серы (SO2) в окружающую среду он взаимодействует с кислородом воздуха. Вследствие этого в стратосфере образуется слой с высоким содержанием SO3. Далее триоксид серы реагирует с водой и образуется серная кислота, которая является причиной выпадения кислотных дождей. Суммарные выпадения окисленной серы (в пересчете на серу) на территорию России составили 2542.6 тыс. т. на 2015 г [4,24]. Выбросы сернистого газа в биосферу оказывают негативное влияние на все компоненты окружающей среды: на почвенный и растительный покровы, водные объекты, живые организмы [1, 54]. У человека загрязнение воздуха двуокисью серы вызывает как острые, так и хронические отравления. Длительное воздействие небольших концентраций является следствием появления заболеваний органов дыхания и пищеварения, конъюнктивита, заболеваний кожи, чувства слабости; разрушение зубов и понижение трудоспособности (до полной потери). При вдыхании больших концентраций он вызывает раздражение дыхательных путей, оболочки глаза, раздражаются увлажненные участки кожи, может привести к летальному исходу [4, 73]. Утилизация диоксида серы из отходящих газов осуществляется различными методами: известковый (известняковый), содовый, магнезитовый, цинковый, аммиачный, кислотно-каталитический. Но одним из наиболее эффективных, экономичных и доступных методом является известковый. Задачей данной работы является анализ технологии очистки дымовых газов от SO2 известковым методом и выделение его особенностей. В таблице 1 сведены преимущества и недостатки метода. Способы реализации известкового метода зависят от агрегатного состояния реагента и отхода, образующего в процессе очистки дымовых газов: газофазный, жидкофазный и смешанный [5, 1-3]. Таблица 1 Сводная таблица достоинств и недостатков известковых методов очистки Известковый метод Преимущества Недостатки Сухой • Отсутствие шламового хозяйства • Конечный продукт сухой • Малые капитальные затраты • Малые эксплуатационные затраты • Малогабаритность • Низкая эффективность 30-40% • Наличие твердых отхода - химически активный сульфит. • Высокотемпературный нагрев поверхности устройства • Образование шлака на поверхности нагрева. Мокрый • Высокая степень улавливания 90-98% • Загипсовывание трубы • Большая габаритность • Наличие шламового хозяйства • Большие инвестиционные расходы • Сложность процесса Смешанный • Эффективность 80-85%. • Отсутствие шламового хозяйства • Меньший расход тепловой энергии по сравнению с мокрой схемой • Высокая степень использования реагента • Капитальные и эксплуатационные затраты меньшие, по сравнению с мокрым методом • Наличие твердых отхода - химически активный сульфит. • Значительное энергопотребление • Большой расход реагента • Низкое качество сухих отходов • Большая габаритность • Высокое качество реагента • Точная дозировка реагента Очистки дымовых газов от SO2 газофазным (сухим) методом состоит из следующих этапов: 1) Пневматический транспорт мелкодисперсного известняка в топку котла; 2) Распределение известняка в поперечном сечении топочной камеры; 3) Кальцинирование известняка при температуре 950-1100°С [6]; СаСO3→СаO + СО2↑ (1) 4) Связывание части диоксида серы с образованием сульфита кальция (при температуре 500-600°С); CaO+SO2→ CaSO3 (2) 5) Частичное доокисление сульфита кальция в сульфат, за счет кислорода; СаSО3 + 0,5О2 → СаSО4 (3) Одним из технологических изменений сухого метода является дополнительное использование циркулирующего кипящего слоя. Дымовые газы проходят через слой летучей золы и реагента (мелкодисперсной извести), где происходит поглощение SO2 и SO3 [7,69]. Жидкофазные (мокрые) методы очистки дымовых газов отличаются высокой эффективностью улавливания диоксида серы, однако требуют больших начальных капиталовложений. Очистка жидкофазным методом состоит из следующих этапов: 1. Распыление диоксида кальция (или карбоната кальция) на входящий в аппарат газ (диоксид серы). 2. Образование полуводного гипса (гемигидрата) или дигидрата сульфата кальция. Оба из этих комплексов имеют низкую растворимость в воде. SO2 + CaCO3 + 0,5H2O → CaSO3 0,5H2O+ СO2 (4) SO2 +Ca (OH)2+ H2O →CaSO3·0,5H2O +3/2H2O Для получения сульфата кальция применяют технологию принудительного окисления дополнительным вводом кислорода. CaSO3·0,5H2O +3/2H2O+1/2O2→CaSO4·2H2O (6) С целью обезвоживания продукта реакции применяют технологию с ингибированным окислением диоксида серы. Сера подается в аппарат очистки в виде эмульсии или тиосульфата натрия, что значительно снижает скорость окисления, в результате чего происходит увеличение размера кристаллов сульфита кальция, что ведет к лучшему обезвоживанию продукта, как и в окислительных системах [7,67]. Наиболее технологичным способом усовершенствования мокрого метода является применение раствора доломитизированной извести, содержащего 4-8% MgO: 1. В ходе реакции с оксидом серы образуется бисульфит магния. 2. Поглощенный SO2 реагирует с гидратировавшей известью и формирует сульфит кальция твердой фазы. MgO+SO2→MgSO3 MgSO3+SO2+Н2O→Mg(HSO3)2 (7) Ca (OH)2 + Mg(HSO3)2→CaSO3+2H2O+MgSO3 Данный метод позволяет уловить значительное количество SO2 (98%) и исключить образование отложений гипса. Процесс осуществляется в аппаратах значительно меньших размеров, чем при использовании известняка: в результате увеличения щелочности раствора и уменьшения зависимости процесса улавливания SO2 от растворения извести [8,480-481]. Частичным совмещением сухого и мокрого способа очистки дымовых газов является мокро-сухой метод. Технология повторяет 1 - 4 этапы сухой очистки с проведением последующих действий: 1. Диоксид серы поступает в активационный реактор (реактор-увлажнитель) с температурой 130-150°С. В этой зоне осуществляется впрыскивание воды через специальные сопла. 2. Не прореагировавшие СаСОз или CaO образуют гидроксид кальция и реагируют с не уловленным SO2 с образованием сульфита кальция. CaO+H2O → Ca(OH)2 (8) Са(ОН)2 + SО2 → СаSО3 + Н2О 3. Испарение воды на выходе из реактора-увлажнителя [7,67]. Анализируя известковые (известняковые) методы очистки можно выделить, что основным недостатком всех трех технологий является образование отходов - сульфата и сульфита кальция, непрореагировавшего сорбента. Эти отходы могут найти применение в дорожном строительстве, в цементной промышленности, при производстве пористых агломератов, кирпича, минеральной ваты и д.р. С увеличением степени очистки от диоксида серы возрастают начальные капиталовложения, так наибольшей эффективностью выделяется жидкофазная технология со степенью улавливания 90-98%, однако она требует высоких капиталовложений.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.