Способ очистки водных растворов от сероводорода Советский патент 1986 года по МПК B01D53/14 B01J41/04 

Изобретение относится к области очистки сточных и природных вод, конкретно к способу переработки водного раствора сероводорода, и может быть использовано в очистных схемах химических, нефтехимических и энергетических предприятий.

Цель изобретения - повышение эффективности очистки водных растворов от сероводорода анионообменным методом в присутствии углекислоты и снижение за;трат на регенерацию.

На чертеже представлена аппаратурная схема для осуществления способа переработки водного раствора сероводорода.

Схема включает анионообменник 1, подключенный к отстойнику 2, реактор 3 для окисления сероводорода до серы, также подключенный к отстойнику 2, который подключен к анионооб- меннику А, который подключен к отстойнику 5, подключенному к анионо- обменнику 6, который подключен к отстойнику 7, причем отстойники 2, 5, 7 подключены к печи 8 для сжигания серы, подключенной к котлу-утилизатору 9, который подключен к аппарату 10 для регенерации анионообмен- ной смолы, подключенному к анионооб- меннику 1. В принципе аппаратов с аниоиитами может быть установлено от одного до трех.

Способ осуществляется посредством окисления сероводорода в анионооб- менниках 1, 4, 6 по реакции:

+3HjS:r irK H5+35i+3HjO. О)

В присутствии углекислоты в воде реакция между компонентами раствора имеет вид:

,+2Н,5+С02:

КаНСО,+354+2Н,0 (2),

где Ка - обозначение анионообменного носителя - смолы; выделившаяся сера отделяется в отстойниках 2, 5, 7 и окисляется в печи 8, причем образуется сернистый газ, используемый в качестве окислителя в анионообменной смоле в виде КаНбО.

Для осуществления предлагаемого способа необходимо искусственно повысить концентрацию окислителя по сравнению со стехиометрической, что достигается первоначально поглощением сернистого газа на анионообменной

5

0

5

0

5

0

5

0

5

смоле в виде бисульфит-анионов. Возможно применять один анионообменник, но в этом случае невозможно добиться того, чтобы прореагировал весь окислитель вследствие неравномерности поступления обрабатываемого раствора к разным участкам смолы, причем по мере исчерпания окислителя возвраста- ет проскок сероводорода через анионообменник .

Применение двух последовательно соединенных аниоиообменииков позволяет значительно снизить нежелательные эффекты, но к моменту исчерпания окислителя в первом по ходу серо-- водородного раствора анионообменнике, во втором анионообменнике остается недостаточно окислителя, чтобы предотвратить проскок сероводорода.

Используя три последовательно соединенных анионообменника, можно исключить проскок сероводорода, так как начало проскока сероводорода через второй анионообменник ненамного опережает по времени с исчерпанием окислителя в первом анионообменнике, а проскочивший сероводород окисляется в третьем анионообменнике. Периодически меняя местами анионообменники, можно добиться полного использования окислителя, причем на место анионообменника на позицию i ставится анионообменник с позиции II, куда поступает анионообменник с позиции III, куда поступает анионообманник из аппарата 10 для регенерации аиионо- обменной смолы, а в аппарат 10 направляют аиионообменник с позиции I. Период смены анионообменников равен отношению среднего количества сероводорода, окисляемого всем окислителем одного анионообменника, к расходу сероводорода. Для немедленного удаления серы, образовавшейся по реакции (1) или (2), во избежание засорения анионообменника раствор пропускают после прохождения очередного анионообменника через отстойник, где взвесь серы удаляют с осадком. Увеличение числа анионообменников в каскаде свьшге трех нецелесообразно, так как это не может привести к заметному улучшению качества очистки раствора от сероводорода, а затраты энергии на перемещение анионообменной смолы между анионообменни- ками и аппаратом 10 возрастают линейно с ростом числа анионообменни- ков в каскаде.

Водный раствор сероводорода подают в анионообменник 1, где проводят реакцию (l) или (2), а оттуда - в отстойник 2, где удаляют остаток серы. На стадии запуска устройства, когда отсутствует запас сернистого газа, для получения исходной серы используют реактор 3 для окисления серовод&рода до серы перекисью водорода .

Из источника 2 раствор подают в анионообменник 4, где проходят те же

10

обменник 1, после чего оставшиеся газы обрабатывают раствором щелочи и выбрасывают. Регенерированную ан онообменную смолу подают в анионообменник 6, смолу из которого пред варительно направляют в анионообме ник 4, а из анионообменника 4 смол подают в анионообменник 1, смола и которого поступает в аппарат 10. С ру, выделившуюся в аппарате 10 по реакции (З , подают в печь 8.

П р и м е р. Из конденсатора вы делятся конденсат с содержанием се водорода 1 ммоль при расходе раств

20

реакции, оттуда - в отстойник 5, где 5 ра 300 кг/с. Конденсат пропускают отделяют образовавшуюся взвесь серы, затем раствор пропускают через анионообменник 6, где концентрация сероводорода снижается до минимально возможного предела вследствие протекания реакции (1), затем отделяют остаток взвеси серы в отстойнике 7, после чего очищенную воду удаляют.

Вьщелившуюся в отстойниках 2, 5, 7 (а также на стадии регенерации в аппарате 10) серу подают в печь 8 для сжигания серы, где серу плавят и делят на две части в соотношении 2:1, причем две трети ее охлаждают, кристаллизуют и направляют на склад, а треть (в соответствии со метрическим количеством, необходимым для последующей регенерации .

25

30

через элементы схемы согласно тому как описано. В каждом из анионооб- менников 1, 4, 6 находится 6-8 т набухшего анионита ЭДЭ-10П, причем каждая колонна имеет 2 м высоты и 4 м в сечении. Постоянство скорости протекания раствора через.смол обеспечивается поддержанием водяно столба над смолой, для чего анионо обменники помещают в колонны высот до Юме сужающейся нижней частью вследствие чего анионообменник зак рывает нижнее отверстие колонны ан логично пробке. Смена анионообменн смолы производится периодически ка дые 80 ч перестановкой ионообменны колонок со смолой механическим под емником с электрическим приводом. В котле-утилизаторе 9 нагреваем

анионита обратно в бисульфитную фор- 35 вода приобретает энергию при мощносму) сжигают в токе воздуха при 500- 1200°С, Такой интервал температур связан с тем, что при температуре ниже

ти до 75 кВт, что значительно превышает суммарную мощность, необходимую для перемещения растворов и сорбента в колоннах, которая не превьщ1ает 300 Вт. За счет этого и обеспечивается технико-экономическое преимущество предлагаемого способа.

500 С сера плавится недостаточно быстро, а при 1200 С и вьше образует ся серный ангидрид. Образующиеся в печи газы подают в котел-утилизатор 9, где охлаждают до 50-100°С, во избежание термической деструкции анио- нообменных смол при дальнейшей их обработке сернистым газом, затем направляют в аппарат 10 для регенерации, где ими обрабатывают анионо- обменную смолу, поданную из анионообменника 1, причем протекает реакция: 2KaHS+3SO,j 2KaH50 +3Sl (З) и частично KaHCO +SOj iKaHSO +COj (4).

Так как в аппар ате 10 возможно выделение сероводорода вследствие вы

теснения его из смолы сернистой кис- 55 в SOjH - форме мало чувствителен к

лотой без окисления, то вьщеляющие- ся газы удаляют из верхней части аппарата 10 и подают на вход в анионо

обменник 1, после чего оставшиеся газы обрабатывают раствором щелочи и выбрасывают. Регенерированную ани- онообменную смолу подают в анионообменник 6, смолу из которого предварительно направляют в анионообменник 4, а из анионообменника 4 смолу подают в анионообменник 1, смола из которого поступает в аппарат 10. Серу, выделившуюся в аппарате 10 по реакции (З , подают в печь 8.

П р и м е р. Из конденсатора выделятся конденсат с содержанием сероводорода 1 ммоль при расходе раство

ра 300 кг/с. Конденсат пропускают

через элементы схемы согласно тому, как описано. В каждом из анионооб- менников 1, 4, 6 находится 6-8 т набухшего анионита ЭДЭ-10П, причем каждая колонна имеет 2 м высоты и 4 м в сечении. Постоянство скорости протекания раствора через.смолу обеспечивается поддержанием водяного столба над смолой, для чего анионо- обменники помещают в колонны высотой до Юме сужающейся нижней частью, вследствие чего анионообменник закрывает нижнее отверстие колонны аналогично пробке. Смена анионообменной смолы производится периодически каждые 80 ч перестановкой ионообменных колонок со смолой механическим подъемником с электрическим приводом. В котле-утилизаторе 9 нагреваемая

вода приобретает энергию при мощнос

ти до 75 кВт, что значительно превышает суммарную мощность, необходимую для перемещения растворов и сорбента в колоннах, которая не превьщ1ает 300 Вт. За счет этого и обеспечивается технико-экономическое преимущество предлагаемого способа.

По сравнению с известным способом, в котором используют анионит ЭДЭ-10П в ОН-форме, предлагаемый способ позволяет обеспечить эффективную очистку растворов от сероводорода в реальных условиях, когда в сточных водах наряду с сероводородом присутствует и углекислота в количествах, в 10-12 раз превьшаюпутх содержание сероводорода.

Так как сернистая кислота значительно сильнее угольной, то анионит

ее присутствию, в то время как в ОН- форме он предпочтительно поглощает карбонат-ионы по механизму анионного

51

обмена, вследствие чего очистка раст- JBopa от сероводорода не происходит.

Кроме того, так как вся сера, поступающая как из отстойников, так и из аппарата для регенерации аниоии- та плавится, делится в отношении 1:2 и Частично сжигается, частично кристаллизуется и направляется на склад, то весь исходный сероводород .утилизуется в качестве элементарной серы, а общее количество сернистого ангидрида, циркулирующего в системе, остается неизменным и может колебаться только в зависимости от

551776

колебаний расхода сероводорода с водным раствором. Этим самым зна- .чительно упрощается весь процесс утилизации сернистого водорода в 5 сравнении с известным способом, в котором после регенерации сорбента щелочными растворами (в которых анионит к тому же частично дезами- нируется, т.е. теряет свои анионо- tO г)бменные свойства) , последние обрабатывают солями бария С или других тяжелых металлов) для вьщеления труднорастворимых сульфидов, являющихся ядовитыми соединениями.