Аммиачно циклический способ очистки дымовых газов
ОЧИСТКА ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ И ПЕРЕРАБОТКИ СЕРНИСТЫХ ТОПЛИВ
Дымовые газы, образующиеся в процессе сжигания сернистых топлив, содержат окислы серы при относительно невысокой концентрации (менее 0,3%). Удаление такого слабореакционного газа, каким является S О2 при низких концентрациях, связано с необходимостью сооружения дорогостоящих очистительных устройств; стоимость установленного 1 кВт при этом может возрастать на 30—40%, а себестоимость вырабатываемой энергии может возрастать на 15—20%.
Простейшим и наиболее дешевым способом очистки является использование извести СаО или известняка СаСО 3 (рис. а).
Рис а. Известковый способ очистки дымовых газов от S О 2 :
1 — абсорбер; 2 — фильтр; 3 — отстойник; 4 — аэратор; 5 — шламовый насос; 6 — воздуходувка; 7 — очищаемые дыгловые газы; 8 — очищенные дымовые газы; 9 — речная вода; 10 — известковое молоко; 11 — ввод сернокислого марганца; 12 — сброс шлама; 1 3 — сброс очищенной воды в реку;
Очищаемый газ промывается в скруббере водой с добавкой известкового молока. С целью обеспечения возможности сброса отработавшей воды в реку перед отстойником добавляется раствор сернокислого марганца, который способствует образованию сульфата кальция. Окисление производится в отстойнике, куда подается воздух. Шлам из отстойника задерживается на фильтре. При очистке по этому способу не предусматривается получение продуктов, пригодных к реализации.
Значительное распространение имеет сульфитный способ очистки от окислов серы (рис. б), который происходит при низкой температуре (примерно 40 °С) по реакции
Эта реакция обратима.
Рис б . Сульфитный способ очистки дымовых газов от S О 2 :
1 — сажеуловитель; 2 — байпас; 3 — скруббер; 4 — подача щелочи; 5 —подача пара; 6 — кристаллизатор; 7 — возврат; 8 — сепаратор соли; 9 — конденсатор; 10 — S О2 на производство Н2 S О 4 ; 11 — отбор соли; 12 — подача реагента на скруббер; 13 — емкость для приготовления реагента; 14 — установка для производства Н2 S О 4 ;
После очистки раствор сульфит-бисульфита натрия поступает в испаритель-кристаллизатор, где при нагреве его до 110°С происходит разложение бисульфита на сульфит натрия и двуокись серы (обратная реакция). Выпар, состоящий из смеси двуокиси серы с парами воды, охлаждается для конденсации паров воды и подается на компримирование в качестве товарного продукта.
Образовавшийся в виде кристаллов сульфит натрия окисляется до сульфата натрия и выводится из системы, другая часть в виде раствора направляется снова в абсорбер.
Степень очистки дымовых газов от S О2 достигает при этом способе 90%.
Достаточно близким к сульфитному является аммиачно-циклический способ очистки дымовых газов от S О 2 , при котором в газе, охлажденном до 30 — 35 °С, происходит реакция с раствором сульфита аммония:
Полученный раствор бисульфита подается в регенератор, где подвергается нагреванию до кипения, вследствие чего реакция смещается влево с выделением S О2 и суль фита аммония. После охлаждения раствор подается повторно для улавливания S О 2 .
Рис в . Сухая очистка дымовых газов от S О2 с помощью активированной окиси марганца :
1 — адсорбер; 2 — отделитель пыли; 3 — регенератор; 4 — реактор для получения гипса.
Часть регенерированного раствора направляется на выпарку под вакуум; из раствора выделяется сульфат аммония, образовавшийся при частичном окислении S O2 в S О3.
Выделение других солей побочных реакций может быть осуществлено в автоклаве. При нагревании подаваемого в автоклав регенерированного раствора примерно до 140 °С происходит разложение сульфит-бисульфитных солей с образованием сульфата аммония и серы по реакции
Получаемая сера является дополнительным товарным продуктом этого способа.
Выбор типа сероулавливающей установки должен производиться на основании технико-экономического расчета. Сравниваемые варианты должны приводиться к одинаковой концентрации SО2 на уровне дыхания. Если сравниваемые варианты дают разную степень очистки, приведение к одинаковой концентрации вредностей на уровне дыхания выполняется за счет различной высоты дымовых труб. Выбор варианта сероочистки для той или иной ТЭС зависит от большого количества параметров: концентрации SO2 в дымовых газах, мощности ТЭС, характера нагрузки и других факторов и осуществляется по минимуму расчетных затрат.
В табл. 1 приводятся результаты, технико-экономического сравнения аммиачно-циклического и магнезитового способов очистки от сернистого ангидрида на ГРЭС мощностью 1200МВт, спроектированной для работы на низкокалорийном ( Q н р = 10,9 МДж/кг) высокосернистом ( S Р = 3,68%) буром угле. Степень улавливания SО2 в обоих способах принята равной 94%. Температура поступающих на сероочистку газов равна 140°С, после сероочистки 28 °С. Исходная стоимость (без очистки) установленного 1 кВт — 150 руб., себестоимость электроэнергии 1 коп/(кВт-ч) в ценах 1990 года.
Таблица 1 . Результаты технико-экономического сравнения способов очистки дымовых газов от сернистого ангидрида
Способы
Из таблицы видно, что даже с учетом реализации серной кислоты и других побочных химических продуктов увеличение капитальных затрат и стоимости энергии за счет сероочистки оказывается весьма высоким. Расчетные затраты у магнезитного способа оказываются несколько меньшими, что свидетельствует о большой его экономической эффективности для данных конкретных условий по сравнению с аммиачно-циклическим способом.
В таблице 2 приведены ориентировочные данные по экономической оценке глубокого обессеривания сернистой нефти до содержания серы в котельном топливе на уровне 0,5%.
Таблица 2. Экономическое сравнение различных способов снижения выбросов серы на ТЭС
Способ снижения выбросов серы
Затраты на 1 т мазута, руб.
* НПЗ — нефтеперерабатывающий завод.
При сухих способах сероочистки в качестве адсорбента применяются окиси алюминия, марганца, железа, калия, активированный уголь, полукокс.
На рис. в показана схема сухой очистки дымовых газов от SО2 активированной окисью марганца. Окись марганца получается путем обработки сульфата магния аммиаком по реакции
Тонко размолотая окись марганца подается в дымовые газы, где реагирует с SО2 с образованием сульфата марганца. Часть абсорбента, выделенная в пылеуловителях, возвращается на очистку дымовых газов, другая идет на регенерацию. Образующийся при регенерации сульфат аммония может использоваться в качестве удобрения. Степень очистки от SО2 по данному сухому способу составляет около 90%. Вследствие больших потерь адсорбента эксплуатационные затраты при сухих способах очистки обычно оказываются выше, чем при мокрых. В отличие от продуктов сгорания в котлах, где сера содержится в виде окислов SО2 и SО3, при переработке топлива с целью снижения содержания в нем серы как на нефтеперерабатывающих заводах, так и на теплоэлектрических станциях ТЭС обычно получается сероводород Н2S.
Сероводород довольно хорошо абсорбируется. Эффективными абсорбентами являются моно- и диэтаноламины. При абсорбции сероводорода, идущей при температуре 30 — 50°С, происходит образование химических соединений по реакции
При температуре 105°С реакция идет в обратном направлении с образованием эта ноламинов и выделением сероводорода. Регенерированный раствор направляется обратно в абсорбер. На рис. 4 показана схема очистки газа, содержащего Н 2S , моноэтаноламином. Извлечение из газа сероводорода и попутно некоторого количества двуокиси углерода происходит в противоточном абсорбере, где сорбент насыщается Н2S и СО2 и затем направляется в отгонную колонну, в которой производится регенерация раствора при кипении его в нижней части колонны. Эффективность очистки газа от сероводорода при таком способе может достигать 99%.
Рис. 4. Схема очистки горючего газа от Н2 S .
1 — абсорбер; 2 — отгонная колонна (десорбер); 3 — теплообменник; 4 — холодильник; 5 — конденсатор; 6 — паровой подогреватель; 7 — сепаратор; 8 — насос.
Абсорбция сероводорода может быть также проведена растворами солей щелочных металлов. Газ промывается раствором в противоточном абсорбере, где происходит реакция поглощения сероводорода. Регенерируется раствор продувкой сжатым воздухом. Подача воздуха приводит к понижению концентрации сероводорода в растворе. Некоторые преимущества имеет вакуумный вариант процесса. Полнота извлечения составляет около 90%. Имеется большое количество других способов мокрой очистки газов от сероводорода (фенолятный, гликольаминовый, фосфатный и др.).
Несмотря на простоту и эффективность мокрых способов очистки горючего газа от сероводорода, все они требуют охлаждения газа до комнатной температуры, что связано с дополнительными тепловыми потерями. Некоторые перспективы могут иметь при этом сухие способы очистки при высокой температуре газа. Для этого может быть использована железная руда. При контакте сероводорода гидроокись железа переходит в сульфид железа. Образующиеся ферросульфиды регенерируются потом в процессе выжига в присутствии водяного пара с образованием элементарной серы. Поскольку содержание сероводорода H2S в горючем газе достаточно велико, его улавливание происходит более эффективно, чем улавливание SO2 , большинство способов очистки газов от H2S являются рентабельными.
Источник
Аммиачно циклический способ очистки дымовых газов
Тиосульфат взаимодействует с бисульфитом аммония, образуя вдвое большее количество элементарной серы:
Сера взаимодействует с сульфитом и, таким образом, скорость реакции разложения рабочего раствора увеличивается.
После достижения критической концентрации тиосульфата аммония (около 0,2 моль/л) наступает автокаталитическое ускорение реакции, в результате чего весь раствор мгновенно разлагается на сульфат аммония и элементарную серу. В условиях температурного режима промышленных процессов реакции саморазложения протекают крайне медленно и обычно не входят в стадию автокатализа.
Для предотвращения лавинообразного увеличения скорости реакции разложения рабочего раствора часть его постоянно удаляют из цикла орошения, добавляя в цикл соответствующее количество аммиака и воды с таким расчетом, чтобы концентрация тиосульфата аммония постоянно была ниже критической величины.
Аммиачный циклический процесс
Принципиальная технологическая схема очистки отходящих газов аммиачным циклическим способом показана на рис. 9.1.
Отходящий газ после предварительной очистки от пыли поступает в скруббер 1, орошаемый циркулирующей водой, где охлаждается до температуры 30 o С, а пыль, оставшаяся после предварительной очистки, удаляется.
В процессе охлаждения отходящих газов в циркулирующей воде накапливаются частицы пыли, а также серная и сернистая кислоты. Количество SO2, поглощаемого в скруббере, составляет около 10 % от общего количества его в газе при начальной концентрации 0,3 % и температуре отходящей воды 50 o С. Вода перед подачей на орошение охлаждается до 27 o С в холодильнике 2. Циркулирующая вода частично выводится из цикла, при этом в цикл добавляется свежая вода, либо должны быть предусмотрены отстойники для очистки воды от накапливающейся пыли.
Источник
