Способ очистки газовых выбросов от диоксида серы с получением товарного продукта Российский патент 2021 года по МПК C01B17/60 B01D53/04 A01B79/00 

Изобретение относится к способам очистки газовых выбросов от диоксида серы (SO₂) низкой концентрации при производстве асмольных продуктов с последующей утилизацией отработанного адсорбента, который может быть использован для подкисления почв, т.е. с получением товарного продукта.

Газовые выбросы, содержащие SO₂, влияют на состояние здоровья населения и окружающую среду даже при концентрациях ниже нормируемых.

Газовые выбросы SO₂ негативно влияют на экологическую обстановку в местах расположения промышленного предприятия, а также ухудшают санитарно-гигиенические условия труда, следовательно, очистка выбросов от SO₂ для предприятий актуальна.

Для удаления из газов SO₂ нашли эффективное применение абсорбционные методы с использованием щелочных растворов на основе NaOH или Са(OH)₂. Общим недостатком этих методов является образование экологически вредных жидких стоков и громоздкость аппаратурной реализации.

Менее распространены адсорбционные методы очистки с использованием активированного угля, силикогеля и др., их можно рекомендовать для случаев не более 0,10-0,15 мг/м³ SO₂ в случае отсутствия пыли или примесей, загрязняющих или разрушающих адсорбенты.

Отрицательной особенностью активированного угля как промышленного адсорбента является его горючесть. Воздух окисляет угли при температуре выше 250°С. Однако известны случаи пожаров на узле адсорбционных установок при более низких температурах. Чтобы уменьшить пожароопасность к активному углю при его получении иногда добавляют до 5% силикагеля.

Основной недостаток известных адсорбционных методов заключается в большой энергоемкости стадии десорбции и последующего разделения, а также необходимость утилизации отработанного сорбента.

Известны адсорбционно-каталитические способы очистки отходящих паров от SO₂ и других вредных компонентов. Недостатками этих методов являются: высокие энергетические и материальные затраты и экологические проблемы.

Указанные методы предназначены для извлечения достаточно большой концентрации SO₂ (больше ПДК).

Газовыми выбросами при производстве асмола и асмольных продуктов являются аэрозоли серной кислоты, оксиды серы, оксиды азота, оксиды углерода и предельные углеводороды до С₁₉. Основной проблемой, с точки зрения природоохранных мероприятий, является разработка и внедрение системы улавливания перечисленных компонентов на выходе из реактора.

Диоксид серы и диоксид азота обладают в соответствии с перечнем, утвержденным Минздравом СССР, суммацией вредного действия. Значение концентраций вредных веществ, обладающих суммацией вредного действия, приводится условно к значению концентрации одного из них (Указания по расчету рассеивания в атмосфере вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. СН 369 - 74. М.: Стройиздат, 1975, актуал. 2020).

Концентрация аэрозоля H₂SO₄ достаточно низкая, ниже чувствительности фотометрического метода (методика выполнения измерений массовой концентрации аэрозоля серной кислоты в промышленных выбросах в атмосферу фотометрическим методом ФР.Л.31.2011.11.281 (М-З)) составляет менее 0,1 мг/м³ и не учитывается в выбросах.

Концентрация SO₂, определенная экспериментально в выбросах при производстве асмольных продуктов составляет С_ср приблизительно 10,28 мг/м³ при загрузке реактора из расчета на 3 тонны готовой продукции. В расчетах, как правило, рассматриваются выбросы только с одним загрязняющим веществом SO₂, поскольку концентрация оксидов азота не входит в диапазон измерений. Оксиды углерода по результатам измерений отсутствуют, также как и предельные углеводороды.

Таким образом, в вентиляционных выбросах производства асмольных продуктов присутствует в основном диоксид серы с концентрацией 10,28 мг/м³.

Известен способ комплексной очистки дымовых газов (RU 2676642, МПК B01D 53/02, опубл. 09.01.2019 г.), включающий их пропускание через слой адсорбента из пористого материала, а затем через слой окислительно-восстановительного катализатора на основе окислов марганца и меди, причем первым по ходу очищаемых газов использован фильтр из графитированного пористого материала, очищающий от механических примесей и восстанавливающий NO и SO₂; затем блок очистки от СО с послойной загрузкой адсорбентов, первый слой которого является цеолитом с размерами пор 4-5 ангстрем (например, типа NaA), второй слой является адсорбентом, состоящим из 50-60 мас. % диоксида марганца MnO₂, 20-40 мас. % оксида меди (II) CuO, связующего - остальное (например, гопкалит); затем блок абсорбции оксидов азота, углерода и серы, который состоит из смеси поглотительного водно-спиртового щелочного раствора и окислителя в соотношении (1,2-2,0) моль щелочного компонента на 1 моль окислителя. В качестве щелочного компонента могут быть использованы гидрокарбонат натрия, гидроксид натрия, в качестве спиртового компонента - этанол или другие одноосновные спирты С₁-С₄, а в качестве окислителя - перекись водорода.

Недостатком данного способа является высокая трудоемкость, высокие энергетические затраты, отсутствие утилизации адсорбента и использованного катализатора.

Задачей и техническим результатом изобретения является создание недорогого и экологичного способа очистки газовых выбросов от SO₂ низкой концентрации при производстве асмольных продуктов с возможностью использования отработанного адсорбента для обработки сельскохозяйственных земель.

Технический результат изобретения достигается способом очистки газовых выбросов от диоксида серы при производстве асмольных продуктов, включающим их пропускание через слой адсорбента, состоящего из отходов деревообрабатывающих производств - щепа, причем предварительно замеряют количество диоксида серы в выбросах, а процесс очистки ведут при расходе щепы к диоксиду серы в массовом соотношении «4÷6:1», с окислением диоксида серы до триоксида серы, после чего отработанную щепу утилизируют для использования в сельском хозяйстве в качестве закислителя почвы.

В качестве щепы может быть использован продукт рубки с фрагментами: длина больше 5 мм, толщина 1-2 мм.

Отходы деревообрабатывающих производств (щепа) по ГОСТ 55116-2012:

- класс - Р16А

- насыпная плотность - 160-180 кг/м3

- масс. доля влаги - 8-18%.

Способ осуществляют следующим образом.

Через вертикальный цилиндрический адсорбер, заполненный щепой, являющейся отходом деревообрабатывающих производств, пропускают газовые выбросы, которые содержат диоксид серы SO₂. Концентрация диоксида серы замеряется на входе и на выходе адсорбера.

Исходные условия процесса адсорбции низкоконцентрированных выбросов SO₂:

- расход газовой смеси - V=9340 м³/ч

- температура газовой смеси - Т=110°С

Материальный баланс процесса представлен в таблице.

Валовый выброс SO₂ определяется с учетом работы вентиляционной системы со скоростью 9340 м³/час

Пример 1.

9340 : 3600=2,59 м3/сек

2,59 × 0.01028 = 0,027 г/с

270 раб. дней × 8 час = 2160 час

Валовый выброс SO2 за год

0,027 × 2160 × 3600 × 10^-3 = 209 кг

Пример 2.

9340 : 3600 = 2,59 м3/сек

2,59 × 0.012 = 0,031 г/с

270 раб. дней × 8 час = 2160 час

Валовый выброс SO2 за год

0,031 × 2160 × 3600 × 10^-3 = 241.7 кг

Пример 3.

9340 : 3600 = 2,59 м3/сек

2,59 × 0.014 = 0,036 г/с

270 раб. дней × 8 час = 2160 час

Валовый выброс SO2 за год

0,036 × 2160 × 3600 × 10^-3 = 281.96 кг

В результате очистки газовых выбросов в адсорбере на поверхности древесного сорбента происходит процесс сорбции SO₂ с окислением диоксида серы SO₂ до триоксида серы SO₃. Через 2-3 года осуществляют замену щепы.

Таким образом, в отработанной щепе наряду с диоксидом серы содержится некоторое количество триоксида серы (в совокупности оксид серы)

В отработанной щепе количество диоксида серы составляет 167 кг (смотри таблицу). Исходя из количества щепы в адсорбере процентное содержание диоксида серы в отработанной щепе составляет 13,9%, общее количество оксидов составляет приблизительно 14%.

Отработанную щепу, содержащую 14% оксидов серы, можно использовать в качестве удобрения для нейтрализации щелочных земель

Доза щепы, содержащая оксиды серы, соответствует по массовой доле аналогу - сульфату магния 14%. Рекомендуемый расход сульфата магния для почвы составляет 15 г/м². Имея количество отработанной щепы с оксидами 1367 кг, можно нейтрализовать 91133 м² щелочной земли и повысить ее урожайность.

Предлагается утилизация отработанного сорбента как товарного продукта для сельского хозяйства в качестве закислителя почвы - нейтрализации щелочных земель. Подавляющее количество растений не способно расти на очень кислых рН меньше 4,0 и очень щелочных рН больше 8,0 почвах. Щелочную реакцию имеют натриевые солончаки, дерново-карбонатные, супесчаные, песчаные почвы и легкие суглинки. Щелочная почва опасна для целого ряда растений, неприспособленные к щелочным почвам растения утрачивают способность к образованию хлорофилла, в результате листья на краях подсыхают, быстро желтеют и опадают.

Таким образом, предложенное изобретение обеспечивает создание доступного, недорогого в реализации, экологичного способа очистки газовых выбросов от диоксида серы низкой концентрации при производстве асмольных продуктов с возможностью получения товарного продукта для обработки сельскохозяйственных земель.

Изобретение относится к способам очистки газовых выбросов от диоксида серы (SO₂) низкой концентрации при производстве асмольных продуктов с последующей утилизацией отработанного адсорбента, который может быть использован для подкисления почв, т.е. с получением товарного продукта. Способ очистки газовых выбросов от диоксида серы при производстве асмольных продуктов включает их пропускание через слой адсорбента, состоящего из отходов деревообрабатывающих производств - щепы, причем предварительно замеряют количество диоксида серы в выбросах, а процесс очистки ведут при расходе щепы к диоксиду серы в массовом соотношении 4÷6:1, после чего отработанную щепу утилизируют для использования в сельском хозяйстве в качестве закислителя почвы. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 пр.

1. Способ очистки газовых выбросов от диоксида серы при производстве асмольных продуктов, включающий их пропускание через слой адсорбента, состоящего из отходов деревообрабатывающих производств - щепы, причем предварительно замеряют количество диоксида серы в выбросах, а процесс очистки ведут при расходе щепы к диоксиду серы в массовом соотношении 4÷6:1, после чего отработанную щепу утилизируют для использования в сельском хозяйстве в качестве закислителя почвы.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что щепа является продуктом рубки с фрагментами: длина больше 5 мм, толщина 1-2 мм.