СПОСОБ ОБРАБОТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК B01D53/34 B01D135/10 B01D173/10 

Изобретение относится к способам и устройствам для обработки отходящих газов, образующихся в ходе химических процессов, с целью удаления нежелательных составляющих, таких как диоксид серы.

Известен способ очистки дымовых газов от оксидов серы и других примесей, в котором очищаемые газы сначала обеспыливают, затем орошают морской водой, после чего через морскую воду продувают воздух для окисления сульфита в сульфат. Соответствующее устройство для обработки отходящих газов содержит камеру для контакта отходящего газа с морской водой и аэратор отработанной морской воды.

Недостатком этого способа и устройства является то, что оборотная морская вода насыщена также и другими вредными составляющими отходящих газов. В ходе многих химических процессов эти составляющие образуются и попадают в морскую воду в столь высокой концентрации, что отработанная морская вода не может быть возвращена в естественный водоем. В результате данный способ имеет ограниченные возможности применения.

Целью изобретения является создание способа и устройства, при которых снижается насыщение и загрязнение щелочного раствора, т.е. морской воды.

Целью изобретения является также создание способа и устройства, которые пригодны для использования в разнообразных химических процессах.

Особенностью предложенного способа является то, что перед обработкой морской водой отходящие газы подвергают предварительной очистке в контакте с кислым раствором с рН меньшем 2, т.е. кислыми сточными водами производства алюминия из оксида алюминия. Перед использованием к сточным водам добавляют соляную кислоту. Отработанный кислый раствор подвергают очистке.

При использовании в качестве щелочного раствора морской воды обычное значение рН до контакта с отходящими газами равно от 7,7 до 8,6.

В результате двухстадийной очистки отходящих газов конечное значение рН на стадии применения щелочного раствора может оказаться выше, чем при способе одностадийной очистки. На полезность такого варианта указывает то, что реакция окисления диоксида серы из сульфита в сульфат идет лучше при более высоком значении рН. Более того, в таких условиях уменьшается выброс диоксида серы в атмосферу. Действительно, окисление дополнительно стимулируется более длительным контактом отходящих газов с двумя видами растворов по сравнению с контактом с одним видом раствора в известном способе.

Необходимо, чтобы рН кислого раствора было ниже 2, например 1,5. Преимущество такого значения заключается в том, что при низком рН в процессе предварительной очистки тяжелые металлы, такие как никель, хром и кальций, могут извлекаться из отходящих газов гораздо эффективней, чем при высоком значении рН. Если в качестве кислоты применяется соляная кислота, металлы образуют хлориды металлов, которые легко извлекаются на стадии химической очистки воды в нисходящем потоке в форме, например, гидроксида металла.

При реализации таким образом предлагаемого способа, щелочной раствор может сбрасываться в естественные водоемы при значительно меньшем содержании тяжелых металлов.

Исследования показали, что данный способ может быть экономически эффективно реализован при обработке отходящих газов с концентрацией диоксида серы, достигающей 1000 мг диоксида серы на 1 нормальный кубический метр отходящих газов.

Предлагаемое устройство для удаления веществ из отходящих газов химического процесса путем промывки отходящих газов щелочным раствором состоит из двух камер, одна из которых предназначена для контакта отходящих газов с кислым раствором, а другая для контакта отходящих газов с щелочным раствором. В качестве примера камерой для контакта отходящих газов с кислым раствором может служить предабсорбер. Предабсорбер может быть снабжен системой подвода жидкости для кислого раствора и устройством слива жидкости, соединенным с системой очистки воды.

В предабсорбере отходящие газы освобождаются от ряда нежелательных компонентов, таких как полициклические ароматические углеводороды, пыль и тяжелые металлы. В то же время отходящий газ захватывает водяные пары, так что снижается поступление воды в систему водоочистки. Извлечение тяжелых металлов может быть усовершенствовано в устройстве за счет применения устройств с добавлением кислоты в кислый раствор.

Предпочтительный вариант устройства предусматривает наличие средств химического анализа отходящего газа, которые связаны с системой дозирования кислоты. В другом варианте реализации устройство снабжено приборами для химического анализа химического состава кислого раствора или сточных вод, применяемых в качестве кислого раствора, и эти приборы соединены системой управления с системой подачи кислотного компонента.

В предлагаемом устройства при удалении диоксида серы рН кислого раствора поддерживается на нужном уровне путем химического анализа отходящих газов и/или кислого раствора и путем добавления кислотного компонента в кислый раствор до тех пор, пока не будет достигнуто нужное значение рН на основе результатов измерений.

Применение предлагаемого устройства позволяет производить очистку отходящих газов в две стадии путем промывки водой, причем на каждой стадии устанавливается рН отработанной воды. Это дает несколько преимуществ: в значительной степени удаляются тяжелые металлы из отходящих газов, повышается эффект окисления диоксида серы, снижается риск выделения диоксида серы на стадии окисления, в значительной степени снижается риск резкого загрязнения морской воды, а также риск гермецидного эффекта в сброшенной морской воде, что среди других причин связано с уменьшением подъема температуры сброшенной воды.

На фиг.1 и 2 показаны предлагаемые способ и устройство.

Как видно на фиг.1, диоксид серы извлекается из двух потоков отходящих газов путем параллельного применения предлагаемого способа. На фиг.1 элементы осуществления, имеющие одинаковые функции в каждом из двух потоков, обозначены одинаковыми номерами позиций с дополнительной буквой "а" или без нее.

Два потока отходящих газов могут поступать, например, от двух установок для получения алюминия из оксида алюминия с помощью электролиза. Электролиз осуществляется в электролитических ваннах, в которые среди всего прочего, загружают оксид алюминия и из которых выпускают жидкий алюминий. Газы, образующиеся в ходе процесса, отводятся от каждой электролитической ванны как отходящие газы. В дополнение к кислороду и азоту воздуха отходящие газы содержат также диоксид серы, диоксид углерода, монооксид углерода, фториды, тяжелые металлы, полициклические ароматические углеводороды и другие углеводороды, а также большое количество пыли. Содержание диоксида серы обычно находится в пределах 100-400 мг/м³, при типичном значении 25, мг/м³.

На фиг. 1 линия 1 обозначает поступление отходящих газов на очистку от фторидов, которые удаляются в процессе сухой очистки на стадии 2. Отходящий газ проходит через трубу 3 к первой стадии очистки, на которой имеет место кислотная промывка водным раствором кислых стоков. Кислая сточная вода отводится по трубе 5 как отработанная сточная вода.

При производстве алюминия из оксида алюминия полученные сточные воды включают хлорированную воду из литейного алюминиевого производства, сточную воду из холодильников, фильтрационную воду с пола колодцев под электролитическими ваннами и, возможно, дождевую воду, которая содержит тяжелые металлы. В этом варианте реализации изобретения эту воду используют в качестве кислого раствора для промывки газа.

Отработанная сточная вода смешивается в смесительной ванне 6 с кислотой, т. е. HCl, поступающей из емкости 7. Добавление кислоты может иметь место на основе полученных путем измерений или иным образом сведений о химическом составе отработанной сточной воды и/или согласно химическому составу отходящего газа. Значение рН должно быть меньше 2, например 1,5.

За первой стадией 4 очистки отработанная сточная вода стекает по трубе 8 в промежуточную емкость 9, из которой отходят две трубы 8 и 8а. Промежуточная емкость соединена с установкой 10 химической очистки воды.

Прошедшие предварительную очистку отходящие газы после первой стадии 4 очистки поступают по трубе 11 в скруббер 12 диоксида серы. Морская вода с первоначальным значением рН 8,0 поступает в скруббер 12 диоксида серы по трубе 13 через впускную систему 14. Очищенный отходящий газ покидает скруббер 12 через трубу 15, соединенную с дымовой трубой 16. Содержание диоксида серы в отходящем газе после очистки должно равняться 25 мг/м³, что вполне достижимо.

Морская вода из скруббера диоксида серы при значении рН, равном, например, 6,2 (при первоначальном значении 8,0), поступает по трубе 17 на стадию окисления морской воды (аэратор 19), где происходит окисление сульфита в морской воде воздухом, поступающим по трубе 18. Прошедшая такую обработку морская вода сливается через трубу 20.

Обнаружено, что реакция бикарбоната в морской воде с поглощенным диоксидом серы ведет к образованию диоксида углерода, покидающего морскую воду и повышающего таким образом рН до первоначальной величины.

На фиг.2 показано предлагаемое устройство с одним потоком. Вариант реализации с двумя потоками, показанный на фиг.1, находится в пределах объема изобретения.

На фиг.2 показана двухстадийная промывочная башня 21, снабженная впускным устройством 22 для подлежащего очистке отходящего газа. Труба 23 присоединена к емкости для хранения кислоты. На трубе 23 предусмотрен регулирующий клапан 24, который позволяет пропустить допустимое количество кислоты в зависимости от управляющего сигнала, передаваемого измерительным устройством (не показано), которое определяет химический состав отработанной сточной воды и/или подлежащего очистке отходящего газа.

Кислота из трубы 23 смешивается в трубе 25 с потоком отработанной сточной воды, которая идет по трубе 25. Труба 25 соединяется со спреерной системой 26 и первой и нижней секцией промывочной башни. Если нужно, то часть отработанной сточной воды можно рециркулировать с помощью насоса 27. Отработанная сточная вода отводится из промывочной башни через трубу 28, чтобы поступить в систему химической очистки воды (не показана).

Морская вода, которая является щелочной, протекает по трубе 29 и разбрызгивается через форсунки 30 в один или более ярусов струй в верхней части промывочной башни. Стекающая сверху морская вода отводится по желобу 31 и трубе 32 в окислительную ванну-аэратор 33. К окислительной ванне 33 подсоединена труба 34 для воздуха, который продувается через окислительную ванну диффузором. Отработанная морская вода спускается из окислительной ванны 33 с помощью трубы 35 и насоса 36.

Хотя здесь описано применение изобретения в процессе получения алюминия методом электролиза, изобретение применимо к другим процессам электролиза оксида металлов с целью получения металла. Иным возможным вариантом использования изобретения является очистка отходящих газов аглофабрики, на которой производится подготовка железной руды в качестве шихты доменных печей.

Кислая вода или вода, которая должна использоваться в качестве кислой воды, может быть выбрана из разнообразных источников (например, питьевая вода, речная вода, талая вода или сточная вода). Сточные воды имеются в промышленности в разнообразных формах: вода из холодильников, охлаждающая вода из процессов разливки, собранная дождевая вода. На первой стадии промывки желательно, чтобы значение рН воды равнялось 1,5. Этого достигают благодаря наличию кислотных примесей в отходящих газах или путем дополнительного добавления кислоты. Значение 1,5 позволяет добиться высокой растворимости металлических примесей.

Когда предлагаемый способ применяют для удаления из отходящего газа диоксида серы при использовании в качестве щелочного раствора морской воды, он дает меньший гермицидный эффект для сброшенной морской воды по сравнению с известным способом, в котором применяется только одна стадия. Уменьшение гермицидного эффекта связано, наряду с другими причинами, с уменьшением повышения температуры воды, снижением концентрации тяжелых металлов, снижением поступления пыли, повышением содержания кислорода и, что касается химических процессов, связанных с выделением фторидов, с меньшей концентрацией фторидов.

Использование: обработка отходящих газов, образующихся в ходе химических процессов. Сущность изобретения: отходящий газ с примесями диоксида серы промывают водным кислым раствором с pH меньше 2, затем контактируют с морской водой с последующей ее аэрацией. Предпочтительно используют сточные воды производства алюминия из оксида алюминия, перед использованием к сточным водам добавляют соляную кислоту. Отработанный водный кислый раствор подвергают химической очистке. Устройство для обработки отходящих газов включает камеру для предварительной промывки отходящего газа, камеру для контакта его с морской водой и аэратор. Камера для предварительной промывки снабжена системой слива и системой добавления водного кислого раствора. Обе камеры может быть выполнены в виде одного блока, а система слива может быть соединена с системой очистки сточных вод. Предлагаемое устройство может быть снабжено средствами для определения химического состава отходящего газа, которые соединены с управляющими приборами системы добавления водного кислого раствора. 2 с. и 5 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ обработки отходящих газов химических процессов, содержащих диоксид серы и другие нежелательные примеси, включающий контактирование отходящего газа с морской водой с последующей ее аэрацией, отличающийся тем, что перед контактированием с морской водой отходящий газ промывают водным кислым раствором с pH меньше 2. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве водного кислого раствора используют сточные воды производства алюминия из оксида алюминия и перед использованием к указанным сточным водам добавляют соляную кислоту. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отработанный водный кислый раствор подвергают очистке. 4. Устройство для обработки отходящих газов химических процессов, содержащих диоксид серы и другие нежелательные примеси, включающее камеру для контакта отходящего газа с морской водой и аэратор отработанной морской воды, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит камеру для предварительной промывки отходящего газа водным кислым раствором, снабженную системой слива и системой добавления указанного раствора. 5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что обе камеры выполнены в виде одного блока. 6. Устройство по пп.4 и 5, отличающееся тем, что система слива соединена с системой очистки сточных вод. 7. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что оно снабжено средствами для определения химического состава отходящего газа, соединенными с управляющими приборами системы добавления водного кислого раствора.