СПОСОБ ОЧИСТКИ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ОТ ОКИСЛОВ СЕРЫ Российский патент 2004 года по МПК B01D53/50 B01D53/14 C25B1/16 C25B1/22 

Изобретение относится к способам химической очистки отработанных газов от окислов серы и может быть использовано в теплоэнергетике для очистки и утилизации дымовых газов теплоэнергетических установок, а также в нефтегазоперерабатывающей промышленности при сжигании сероводорода в печах Клауса, черной и цветной металлургии, угольной и химической промышленности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки дымовых газов от окислов серы, включающий смешивание с воздухом, нейтрализацию кислых газов в абсорбционной камере путем контактирования с жидким абсорбентом, удаления очищенных дымовых газов и кислого раствора (патент РФ №2161528, В 01 D 53/34, 1999 - прототип).

Этот способ имеет следующие недостатки: недостаточная технологическая эффективность очистки, использование в качестве абсорбента кислого конденсата с образованием азотной и серной кислоты приводит к быстрому разрушению технологического оборудования из-за высокой коррозионной агрессивности этих растворов.

Технической задачей изобретения является повышение экономической и технологической эффективности очистки, обеспечение цикличности процесса и безреагентной утилизации кислотных компонентов дымового газа с получением продукта, имеющего высокую народно-хозяйственную ценность, при одновременном повышении надежности и долговечности технологического оборудования.

Поставленная задача решается тем, что в способе очистки дымовых газов от окислов серы, включающем их смешивание с воздухом, нейтрализацию в абсорбционной камере путем контактирования с жидким абсорбентом, удаления очищенных дымовых газов и кислого раствора, согласно изобретению кислые газы нейтрализуют щелочным поглотительным раствором, а образовавшийся после нейтрализации водный раствор сульфат-сульфитной соли подвергают регенерации путем униполярной электрохимической обработки в диафрагменном электролизере с получением в анодной зоне серной кислоты, а в катодной зоне - щелочного поглотительного раствора, который направляют в абсорбционную камеру для нейтрализации кислых газов.

Поставленная задача решается также тем, что электрохимическую обработку ведут при удельном количестве электричества в пределах 3000-4500 Кл/л.

Технологический процесс очистки дымовых газов от диоксида серы проводится в трех взаимосвязанных, последовательных и непрерывных этапах:

- газовоздушное (частичное) окисление диоксида серы SO₂ кислородом воздуха до триоксида серы SО₃;

- нейтрализация окислов серы щелочным сорбентом с получением сульфат-сульфитной соли щелочного металла;

- регенерация поглотительного раствора путем униполярной электрохимической обработки с получением исходного сорбента, гидроксида щелочного металла и конверсии сернокислых соединений в серную кислоту.

Химизм технологического процесса очистки дымовых газов от диоксида серы (окисление, нейтрализация окислов серы и регенерация поглотительного раствора) представлен следующим образом:

1. Стадия предварительного газофазного окисления диоксида серы атмосферным кислородом

SO₂+1/2O₂→_SО3

2.1. Стадия жидкофазного поглощения окислов серы щелочным поглотительным раствором (например, гидроксидом натрия)

SО₂+2NaOH→ Nа₂SО₃+Н₂О

SО₃+2NaOH→ Na₂SO₄+Н₂O

3.1. Стадия электрохимической регенерации поглотительного раствора и конверсии окислов серы в серную кислоту

Nа₂SO₃+2Н₂O+1/2O₂→_2NaOH+H2SO4

Na₂SO₄+2Н₂O→ 2NaOH+H₂SO₄

Суммарная реакция технологического процесса очистки дымовых газов от диоксида серы с получением в качестве конечного продукта серной кислоты выражается уравнением

SO₂+1/2O+Н₂O→ H₂SO₄

Таким образом, в разработанной технологии утилизации сернистых газов процесс очистки дымовых газов проводится путем жидкофазного смешивания дымовых газов, содержащих окислы серы, с щелочным водным раствором, получаемым путем униполярной электрохимической обработки в катодной зоне диафрагменного электролизера при одновременном получении в анодной зоне серной кислоты в качестве конечного продукта процесса очистки.

Следовательно, при униполярной электрохимической обработке водного раствора сульфат-сульфитной натриевой соли в катодной зоне образуется исходный сорбент - гидроксид натрия (NaOH), а в анодной зоне конечный продукт утилизации окислов серы - серная кислота (H₂SO₄). В результате этих реакций происходит регенерация раствора электролита, т.е. поглотительного раствора, который подается снова в цикл на поглощение окислов серы. Получение гидроксидов щелочных металлов из сульфат-сульфитного раствора и его регенерация после нейтрализации окислов серы осуществляется одновременно в одном и том же аппарате, т.е. электроэнергия. затраченная на получение абсорбента, эквивалентно обеспечивает также и его регенерацию, что является новым техническим эффектом заявляемого способа.

Способ реализуется по схеме, которая представлена на чертеже.

Исходный дымовой газ, содержащий диоксид серы и подлежащий обработке, подают в смеситель 1, куда одновременно центробежным вентилятором 2 подают атмосферный воздух, где происходит их смешивание и образование газовоздушной смеси и, следовательно, частичная реакция окисления диоксида серы кислородом воздуха. Затем газовоздушная смесь поступает в абсорбер 3, куда одновременно центробежным насосом 4 подают поглотительный раствор - нейтрализатор окислов серы, где происходит поглощение и нейтрализация окислов серы щелочным сорбентом. Очищенный дымовой газ удаляется из верхнего отвода абсорбера 3 и выбрасывается в атмосферу. Отработанный поглотительный раствор (сульфат-сульфитный раствор) из абсорбера 3 поступает в диафрагменный электролизер 5, где происходит регенерация щелочного абсорбента в катодной камере и конверсия окислов серы в анодной зоне в серную кислоту. Отрегенерированный щелочной поглотительный раствор поступает в емкость 6 и возвращается с помощью центробежного насоса 4 в цикл на повторную нейтрализацию окислов серы в абсорбер 3, а раствор серной кислоты из анодной зоны диафрагменного электролизера 5 отправляют на дальнейшую подготовку (концентрирование).

Помимо полной нейтрализации окислов серы из отходящего газа, одним из важных вопросов в разработанной технологии является поддержание цикличности всего процесса очистки, следовательно, в процессе эксплуатации требуется максимальная регенерация отработанных сорбентов, восстановление состава поглотительного раствора.

Преимущества способа очистки дымовых газов от окислов серы путем униполярной электрохимической обработки перед известными щелочными методами очистки состоят в следующем. Отработанный в процессе очистки щелочной раствор не удаляется на дальнейшую подготовку, а подвергается регенерации, т.е. процесс очистки представляет собой основу для создания безотходного производства.

Использование униполярного электрохимического способа для получения абсорбента (щелочи) позволяет увеличить абсорбционную способность раствора по сравнению с раствором щелочей тех же концентраций, но полученных не электрохимическим путем.

Пример осуществления способа

Экспериментальная проверка работоспособности технологической схемы, а также выбор режимов электрохимической обработки поглотительного раствора (раствора электролита) в процессе очистки дымового газа от окислов серы были проведены при помощи стендовой установки.

В ходе экспериментальных исследований проводились замеры окислительно-восстановительного потенциала eh и водородного показателя рН.

Расход обрабатываемой газовоздушной смеси к поглотительному раствору установили в соотношении объемов 100:1. Давление в системе находилось в пределах 1,1-1,2 кгс/см² при температуре около 25° С. Результаты анализов приведены в табл.1.

Как видно из табл.1, степень нейтрализации окислов серы в зависимости от исходной концентрации сульфат-сульфитной соли была разной и возрастала с увеличением концентрации соли.

Одновременно были проведены исследования по определению режимов электрохимической обработки сульфат-сульфитного водного раствора. Раствор электролита подвергали электрохимическому воздействию в различных режимах, при интенсивности воздействии, равном 300, 600, 1500, 4500, 3000, 9000, 13500 и 15000 Кл/л.

Увеличение удельного количества электричества достигается путем увеличения времени электрохимического воздействия при постоянном токе. Результаты анализов приведены в табл.2.

Из данных табл.2 видно, что при электрохимическом воздействии на поглотительный сульфат-сульфитный раствор при удельном количестве электричества q выше 3000 Кл/л рН католита увеличился почти до максимального значения выше 12,5 ед., a eh до значений ниже -900 мВ.

При электрохимическом воздействии на раствор в зоне анода (анолит) при удельном количества электричества q выше 3000 Кл/л значение рН анолита изменилось до минимальных значений ниже 1,5 ед., a eh до значений выше 1250 мВ.

Следовательно, наиболее экономичный режим обработки водного раствора сульфат-сульфита натрия находится в области q=3000-4500 Кл/л.

Таким образом, в результате проведенных электрохимических реакций в катодной зоне образуется исходный сорбент - гидроксид натрия (NaOH), а в анодной зоне конечный продукт - серная кислота (H₂SО₄), т.е. одновременно происходит регенерация поглотительного раствора (раствора электролита) и утилизация окислов серы.

Разработанный технологический процесс очистки дымовых газов от окислов серы на основе новых, нетрадиционных технических решений в отличие от прототипа показал свою технологичность, цикличность и работоспособность, простоту в эксплуатации и управлении, надежность с точки зрения техники безопасности и экологических требований.

Изобретение относится к способам химической очистки отработанных газов от окислов серы и может быть использовано в теплоэнергетике для очистки и утилизации дымовых газов теплоэнергетических установок, а также в нефтегазоперерабатывающей промышленности при сжигании сероводорода в печах Клауса, черной и цветной металлургии, угольной и химической промышленности. Поставленная задача решается способом очистки дымовых газов от окислов серы, включающим смешивание с воздухом, нейтрализацию в абсорбционной камере путем контактирования с жидким абсорбентом, удаление очищенных дымовых газов и кислого раствора. Кислые газы нейтрализуют щелочным поглотительным раствором, а образовавшийся после нейтрализации водный раствор сульфат-сульфитной соли подвергают регенерации путем униполярной электрохимической обработки в диафрагменном электролизере с получением в анодной зоне серной кислоты, а в катодной зоне - щелочного поглотительного раствора, который направляют вновь в абсорбционную камеру для нейтрализации кислых газов. Поставленная задача решается также тем, что электрохимическую обработку ведут при удельном количестве электричества в пределах 3000-4500 Кл/л. Данный способ очистки дымовых газов обладает более высокой степенью нейтрализации вредных газовых выбросов и обеспечивает безреагентную утилизацию окислов серы и регенерацию абсорбента. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

1. Способ очистки дымовых газов от окислов серы, включающий смешивание их с воздухом, нейтрализацию кислых газов в абсорбционной камере путем контактирования с жидким абсорбентом, удаление очищенных дымовых газов и кислого раствора, отличающийся тем, что кислые газы нейтрализуют щелочным поглотительным раствором, а образовавшийся после нейтрализации водный раствор сульфат сульфитной соли подвергают регенерации путем униполярной электрохимической обработки в диафрагменном электролизере с получением в анодной зоне серной кислоты, а в катодной зоне щелочного поглотительного раствора, который направляют в абсорбционную камеру для нейтрализации кислых газов.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что электрохимическую обработку ведут при удельном количестве электричества в пределах 3000-4500 Кулон/л.