Очистка от серосодержащих соединений

Очистка от серосодержащих соединений. В настоящее время для очистки газа от кислых компонентов используют следующие способы: Абсорбционные (подразделяют на три группы в зависимости от природы взаимодействия кислых компонентов газа с активной частью абсорбента) Химическая абсорбция (хемосорбция) основана на химическом взаимодействии сероводорода и диоксида углерода с активной частью абсорбента.

В промышленных масштабах из химических абсорбентов нашли широкое применение алканоламины: моноэтаноламин МЭА, диэтаноламин ДЭА, ТЭА, МДЭА, ДИПА, а также растворы щелочи, растворы щелочных металлов (поташи 25-30% растворы К2СО3 или Na2CO3) и очистка раствором гидроксида железа. Процессы химической абсорбции характеризуются высокой избирательностью по тоношению к кислым компонентам и позволяют достигать высокой степени очистки газа от H2S и СО2. Сероорганика извлекается в небольших количествах при использовании аминов, а в случае использования растворов щелочей, достигается тонкая очистка от сераорганических соединений.

В физической абсорбции извлечение кислых компонентов газа основано на различной растворимости компонентов газа в абсорбенте.

В качестве абсорбентов в этих процессах используют смесь диметиловых эфиров полиэтиленгликоля (процесс «Селиксол®»), метанол (процесс «Ректизол®»), пропиленкарбонат (процесс «Флюор®») и др. В отличие от хемосорбционных способов методом физической абсорбции можно наряду с сероводородом и углекислым газом извлекать серооксид углерода, сероуглерод, меркаптаны.

В процессах физико-химической абсорбции используют комбинированные абсорбенты- смечь физического абсорбента с химическим.

Для этих абсорбентов характерны промежуточные значения растворимости кислых компонентов газа. Эти абсорбенты позволяют достигать тонкой очистки газа не только от сероводорода и диоксида углерода, но и от сероорганических соединений.

Наибольшее промышленное применение нашел абсорбент «Сульфинол», представляющий собой смесь диизопропаноламина (30-45%), сульфолана (диоксида тетрагидротиофена 40-60%) и воды (5-15%). Также в последнее время стал широко внедряться абсорбент «Укарсол» (отечественный аналог «Экосорб»). Этот абсорбент позволяет проводить селективную очистку газа от сероводорода в присутствии СО2 при одновременной очистке газа от сероорганических соединений. Адсорбционные методы очистки газа основаны на селективном извлечении примесей твердыми поглотителями- адсорбентами.

Преимущества: высокая поглотительная способность адсорбентов; возможность сочетать тонкую очистку с глубокой осушкой (до минус 700С). Недостатки: относительно высокие эксплуатационные затраты; полупериодичность процесса. Каталитические методы применяют в тех случаях, когда в газе присутствуют соединения, недостаточно полно удаляемые с помощью жидких поглотителей или адсорбентов (сероуглерод, серооксид углерода, сульфиды, дисульфиды, тиофен). Гидрирование водородом или водяным паром в сероводород и соединения, не содержащие серу. Катализатор- оксиды кобальта, никеля, молибдена на оксиде алюминия. Окисление сероводорода в элементарную серу на активном оксиде алюминия, или (процесс Мерокс) до дисульфидов.

При выборе конкретного способа очистки на этапе проектирования компания Red Mountain Energy принимает во внимание множество факторов, например: экологические нормы и требования к утилизации серосодержащих соединений, тип и концентрацию примесей в кислом (неочищенном) газе, требования к чистоте газа, температуру и давление кислого газа и требования к температуре и давлению очищенного газа, требования к производительности установки, компонентный состав газа и т.д. 5. Применение адсорбционных методов защиты атмосферы Абсорбционные и хемосорбционные методы широко применяют для очистки газов от СО, NxOy, SO2, H2S, HCl, CO2. Сущность метода заключается в поглощении удаляемых компонентов жидкими поглотителями - абсорбентами и хемосорбентами, в качестве которых используют растворы минеральных и органических веществ, суспензии и органические жидкости.

В процессе хемосорбционной очистки выделяемые из газов компоненты вступают в химические реакции с хемосорбентами, при этом образуются новые вещества, регенерирующиеся и возвращающиеся вновь на абсорбцию.

Хемосорбционные методы подразделяют по типу хемосорбента и по типу получаемого продукта. Процесс абсорбции (хемосорбции) газов проводят в пленочных, насадочных (с неподвижной и подвижной насадкой), тарельчатых и других аппаратах, называемых абсорберами.

При этом абсорберы должны иметь высокую пропускную способность по газу, высокую эффективность, низкое гидравлическое сопротивление, простоту конструкции и удобство эксплуатации, небольшую металлоемкость; кроме этого аппаратура не должна забиваться осадками и корродировать. Адсорбция - избирательное поглощение одного или нескольких компонентов из газовой фазы твердыми телами - адсорбентами.

При адсорбционных методах газы поглощаются твердыми пористыми веществами. Поглощаемые молекулы газа удерживаются на поверхности твердых тел за счет физической адсорбции (силы Ван-дер-Ваальса) либо химическими силами. Адсорбция рекомендуется для очистки газов с невысокой концентрацией вредных компонентов. Адсорбированные вещества удаляются из адсорбентов десорбцией инертным газом или паром. В некоторых случаях проводят термическую регенерацию. Достоинствами этого процесса являются высокая степень очистки, газы не охлаждаются, и отсутствуют жидкости.

Адсорбционную очистку газов проводят в аппаратах адсорберах с неподвижным, движущимся и псевдосжиженным слоем сорбента в установках периодического и непрерывного действия. Наиболее часто этот метод применяют при регенерации органических растворителей. Существуют следующие виды сорбентов: а) неполярные твердые вещества, на поверхности которых происходит в основном физическая адсорбция; б) полярные твердые вещества, на поверхности которых происходит химическая адсорбция без изменения структуры молекул газа и поверхности адсорбента; в) вещества, на поверхности которых протекает чисто химическая адсорбция, при чем десорбция молекул газа возможна только в результате химической или каталитической реакции.

Из неполярных адсорбентов самый распространенный - активированный уголь, а также часто используют синтетические минеральные силикогели и алюмогели. В качестве полярных адсорбентов применяют хемосорбенты на основе оксидов железа, меди и цинка, которые обеспечивают проектную степень очистки даже от технологических газов.

Например, при адсорбции газов, содержащих SO2, применяют как активированные угли, так и полукоксы, активированный силикогель, карбонат кальция, активированный MnO2. Адсорбционные методы с использованием активных углей и цеолитов Наиболее часто применяют для улавливания органических соединений. Обе группы методов могут быть циклическими и нециклическими.

В первых отработанный жидкий или твердый сорбент регенерируют нагреванием, понижением давления, продувкой инертным газом или воздухом, отпаркой водяным паром, а также хим. способами; продукты десорбции перерабатывают или выбрасывают. Если восстановить поглотительную способность сорбента полностью не удается, нерегенерируемые соед. выводят из системы и добавляют соответствующее количество свежего сорбента. В нециклич. методах отработанный сорбент целиком заменяют. Очистка от SO2. Применяется в основном для выделения примесей из дымовых газов, образующихся при сжигании сернистых топлив, и отходящих газов переработки серосодержащего сырья.

Наиб. распространены абсорбц. методы (сост = 0,01-0,03%). Основное количество поглощенного SO2 связывается в сульфиты или гидросульфиты, а часть, вследствие присут. в очищаемых газах О2, окисляется в сульфаты. Последние регенерируют с выделением абсорбента и SO2 либо выделяют как побочные продукты. В аммиачных методах SO2 абсорбируют при 35-55°С водным раствором сульфит-гидросульфита аммония (NH4)2SO3*NH4HSO3 с образованием NH4HSO3. В аммиачно-циклическом методе в результате отпарки абсорбента при 85-90°С под вакуумом (40-50 кПа) NH4HSO3 разлагается с выделением SO2, который может быть переработан в S или H2SO4. В аммиачно-гидросульфатном методе при взаимодействии так называемого отработанного раствора (полученного в результате поглощения SO2 водным раствором NH3) с рециркулирующим NH4HSO4 выделяются SO2 и (NH4)2SO4, который при 350-400°С разлагается на NH4HSO4 и NH3, возвращаемые в цикл; сульфат, образовавшийся при абсорбции, регенерируют добавкой S. Магнезитовый метод предусматривает поглощение SO2 водной суспензией MgO при 45-65 °С с образованием кристаллогидратов MgSO3 и небольшого количества MgSO4. Их обжигают при 900-1000 °С с образованием MgO и газов, содержащих 10-12% SO2, которые используют для получения H2SO4. По содово-циклическому методу SO2 абсорбируют водным раствором Na2SO3 при 45-65 °С с образованием NaHSO3. Отработанный раствор отпаривают при 100°С с выделением кристаллов Na2SO3 и SO2. Образовавшийся Na2SO4 выделяют предварит, упаркой отработанного раствора.

Известняковый (известковый) метод основан на поглощении SO2 суспензией СаСО3 или Са(ОН)2 с образованием CaSO3*0,5H2O и CaSO4*2H2O, которые идут в отвал либо м. б. переработаны в товарный гипс. В варианте с осуществлением процесса по типу распылительной сушки при температуре газа более 150°С влага суспензии испаряется, и сухой продукт реакции улавливается в рукавном фильтре или электрофильтре.

В аммиачно-кислотном методе отработанный р-р разлагается H2SO4, HNO3 или Н3РО4 с образованием SO2 и соотв. (NH4)2SO4, NH4NO3 или (NH4)3PO4. Очистка по содовому методу проводится водным р-ром Na2CO3 при 35-40 °С с образованием Na2SO3 и NaHSO3, используемых как товарные продукты.

В кислотно-каталитич. методе SO2 поглощается разб. H2SO4 в присут.

МnО2 или FeSO4; продукт очистки - 10-12%-ная H2SO4, к-рая при смешении с известью (известняком) перерабатывается в гипс. Адсорбц. методы очистки с применением главным образом активных углей основаны на окислении SO2 в SO3 с послед. образованием H2SO4. Уголь регенерируют отмывкой водой с получением 10-12%-ной H2SO4. По др. методу регенерация осуществляется нагреванием угля до 600 °С твердым теплоносителем (песком) с разложением H2SO4; при этом часть угля расходуется на восстановление SO3 в SO2, а из газов, содержащих 30% SO2 (остальное - СО2 и Н2О), в присут.

СН4 получается S. Очистка от H2S. Преимущественно подвергают горючие газы (природные, нефтепереработки, генераторный, коксовый, которые содержат также СО2 и сераорг. соединения) и отходящие газы (напр вентиляционный воздух в производстве вискозы, содержащий H2S, хвостовые газы в производстве S, в состав которых наряду с H2S входит SO2). Очищаемый газ проходит адсорбер со скоростью 0,05-0,3 м/с. После очистки адсорбер переключается на регенерацию.

Адсорбционная установка, состоящая из нескольких реакторов, работает в целом непрерывно, так как одновременно одни реакторы находятся на стадии очистки, а другие на стадиях регенерации, охлаждения и др. (рис. 3). Регенерацию проводят нагреванием, например выжиганием органических веществ, пропусканием острого или перегретого пара, воздуха, инертного газа (азота). Иногда адсорбент, потерявший активность (экранированный пылью, смолой), полностью заменяют.

Рис. 3. Схема адсорбционной газоочистной установки: 1 фильтр; 2, 3 адсорберы; 4 конденсатор; 5 сепаратор; І очищаемый газ; ІІ очищенный газ; ІІІ водяной пар; IV неконденсируе.уые пары; V сконденсированный адсорбтив в хранилище; VI водный конденсат Общие достоинства адсорбционных методов очистки газов: 1) глубокая очистка газов от токсичных примесей; 2) сравнительная легкость регенерации этих примесей с превращением их в товарный продукт или возвратом в производство; таким образом осуществляется принцип безотходной технологии.

Адсорбционный метод особенно рационален для удаления токсических примесей (органических соединений, паров ртути и др.), содержащихся в малых концентрациях, т. е. как завершающий этап санитарной очистки отходящих газов.

Недостатки большинства адсорбционных установок периодичность процесса и связанная с этим малая интенсивность реакторов, высокая стоимость периодической регенерации адсорбентов. Применение непрерывных способов очистки в движущемся и кипящем слое адсорбента частично устраняет эти недостатки, но требует высокопрочных промышленных сорбентов, разработка которых для большинства процессов еще не завершена.

Наиболее перспективны непрерывные циклические процессы адсорбционной очистки газов в реакторах с движущимся или взвешенным слоем адсорбента, которые характеризуются высокими скоростями газового потока (на порядок выше, чем в периодических реакторах), высокой производительностью по газу и интенсивностью работы. Задача При крашении одежды в коричневый цвет ее последовательно выдерживали в двух ваннах с раствором красителя, состав которых в граммах следующий (из расчета на 16 кг одежды): Краситель свежая ванна вторая ванна Прямой коричневый 750 530 Поваренная соль 750 60 Кальцинированная сода 100 50 Рассчитайте проценты состава каждой ванны по отношению к одежде и укажите сколько каждого компонента требуется для крашения 200 кг одежды.

Решение Рассчитаем процентное содержание компонентов в каждой ванне: Краситель свежая ванна вторая ванна Прямой коричневый 46,8 % 82,8 % Поваренная соль 46,8 % 9,3 % Кальцинированная сода 6,25 % 7,8 % Рассчитаем сколько нужно компонентов на 200 кг одежды Краситель свежая ванна вторая ванна Прямой коричневый 9375 6631 Поваренная соль 9375 750 Кальцинированная сода 1250 625