Диаметр скруббера 2,8 м

скорость газов в скруббере 3,5 м/с

гидравлическое сопротивление системы 270 мм.вод.ст.

содержание активной CaO в извести 70 %

удельное орошение газов 10 л/нм³

плотность циркулирующей суспензии 300 – 350 г/л

рН циркулирующего раствора 11 – 11,5

коэффициент использования извести 0,7

Если в качестве поглотителя использовать суспензию сульфита магния, то в качестве продукта рекуперации можно получить серную кислоту.

Лекция 13

Очистка дымовых газов от оксидов азота. Метод одновременной очистки газов от SO₂ и NO_x..Очистка газов от фтористых соединений. – 2 часа.

Очистка дымовых газов от оксидов азота.

Образуются при сжигании топлива в химической промышленности, при нефтеперегонке. Соединения азота: N₂O, NO, N₂O₃, NO₂, N₂O₄, N₂O₅, NO₃, N₂O₆.

NO плохо растворим в воде, солях, органических соединениях, однако с солями Fe²⁺, Cu, Mn, Ni образует комплексные соединения, легко разрушающиеся при нагревании.

NO₂ образуется при окислении азота кислородом, с водой легко образует азотную кислоту.

N₂O₃ – триоксид азота, существует только при низких температурах.

N₂O₄ – тетраоксид азота, образуется полимеризацией NO₂ и является сильным окислителем.

N₂O₅ – пентаоксид азота, малоустойчив, сильный окислитель.

Основная проблема при очистке газов этим методом – низкая химическая активность и растворимость NO.

Существует несколько путей решения этой проблемы:

- окисление NO и NO₂ в газовой фазе,

- частичное окисление NO в NO₂ с образованием смеси NO и NO₂,

- использование селективных абсорбентов,

- окисление в жидкой фазе и перевод NO в химически активное соединение.

В промышленности используется метод гомогенного окисления NO в газовой фазе кислородом. В этом процессе только 1% О₂ вступает в реакцию с NO, а остальной О₂ выбрасывается в атмосферу. Скорость реакции увеличивается в присутствии катализаторов (наиболее активный – гопкалит при температуре 120 ⁰С). При окислении NO_х в жидкой фазе используется О₂ и О₃ (озон) и зависит этот процесс от температуры, давления, концентрации компонентов, турбулентности потока.

Наилучшими окислителями являются: KBrO₃, а также HNO₃, KMnO₄ и H₂O₂.

1) абсорбция водой:

3NO₂ + H₂O 2HNO₃ + NO + Q – скорость окисления мала при низких концентрациях, утилизацию NO производят пероксидом водорода Н₂О₂. Расход 6 кг на 4 т кислоты:

NO + H₂O₂ = 3NO₂ + H₂O = 2HNO₃ + NO,

N₂O₃ + H₂O₂ = N₂O₄ + H₂O = HNO₃ + HNO₂ – с получением азотной кислоты,

2) абсорбция щелочами (содой, раствором аммиака, NaOH):

NO₂ + Na₂CO₃ = 2NaNO₃ + CO₂ + Q;

2NaOH + N₂O₃ = 2NaNO₂ + H₂O;

Na₂CO₃ + N₂O₃ = 2NaNO₂ + CO₂;

2NH₄OH + N₂O₃ = 2NH₄NO₂ + H₂O = NH₄NO₂ N₂ + H₂O.

Селективные абсорбенты – растворы FeSO₄, FeCl₂, NaHCO₃.

FeSO₄ + NO Fe(NO)SO₄,

FeCl₂ + NO Fe(NO)Cl₂, - комплексы, которые при нагреве до 95 – 100 ⁰С распадаются, в результате NO выделяется в чистом виде, а раствор FeSO₄ возвращается в производство.

Процесс протекает даже при температуре 20 – 25 ⁰С и низких концентрациях NO в газах. Присутствие в растворе H₂SO₄ и HNO₃ и других соединений снижает поглотительную способность.

Метод одновременной очистки газов от SO₂ и NO_x

Образуются при сжигании сернистого топлива. Применяется комплексный метод ( по SO₂ и по NO_x). Применяются абсорбенты: NaOH, Na₂CO₃, Ca(OH)₂, NH₄OH – в присутствии жидкофазных катализаторов, например, ЭДТК (этилендиаминтетрауксусная кислота) с добавлением соединений 2 – х валентного железа. В результате реакции оксида серы и азота превращаются в соединения, которые затем разлагаются при нагревании с образованием аммиака, азота, гипса, сульфата натрия.

1 – пылеуловитель, 2 – тарельчатый скруббер, 3 – реактор окисления, 4 – холодильник, 5 – центрифуга, 6 – реактор, 7 – нейтрализатор, 8 – конденсатор, 9 – узел отделения железа, 10 – кристаллизатор, 11 – центрифуга.

Топочные газы сначала очищаются от пыли в скруббере, орошаемом водой (1). После этого газ подают в тарельчатый скруббер (2), орошаемый аммонизированной жидкостью с ионами Fe²⁺ и ЭДТК, при этом поглощается 70 – 85 % NO_x и 90 % SO₂. Часть жидкости после орошения отводят на окисление, барботируя раствор бисульфита аммония воздухом (3). Продукты реакции подкисляют H₂SO₄ и отправляют а холодильник для охдаждения до 0… - 10 ⁰С, что позволяет кристаллизовать ЭДТК на 90 %, и отделяют от раствора в центрифуге (5) и возвращают в скруббер. Регенерационный раствор отправляют в реактор (теплообменник), где его нагревают до 120 – 130 ⁰С и доводят до давления 0,3 Мпа и разлагают до сульфата аммония, выделяющийся раствор SO₂ направляют в скруббер. А сульфат аммония нейтрализуют аммиаком, концентрируют, освобождают от соединений железе, кристаллизуют и обезвоживают.

Универсальная промышленная установка очистки газов от оксидов азота щелочными растворами с применением распылительно – вихревых аппаратов.

NO₂ + Na₂CO₃ = NaNO₃ + CO₂ + O,

2NaOH + N₂O₃ = 2NaNO₂ + H₂O.

Аппарат состоит из цилиндрического корпуса, в нижней части которого расположен конус, делящий аппарат на 2 части. В нижней циклонной части установлен центробежный распылитель жидкости, приводимый во вращение электрическим двигателем. В верхней распылительной части установлены форсунки для диспергирования жидкости.

Газ на очистку поступает в нижнюю часть аппарата тангенциально. Благодаря вращению распылителя, создается развитая, постоянно обновляющаяся поверхность контакта фаз. Далее газ проходит через отверстия в конусе, где при взаимодействии газового потока с жидкостью образуется пенный слой жидкости, способствующий более полной очистке газов. При установке двух ступеней эффективность очистки составляет 99,9 %.

Очистка газов от фтористых соединений

Образуются при производстве алюминия. Объем выбрасываемых фторсодержащих газов 300 – 1000 тыс. м³/ч, газы загрязнены другими примесями, что осложняют очистку. Для очистки применяют: вода, растворы щелочей, солей: Na₂CO₃, NH₄OH, NH₄F, Ca(OH)₂, NaCl, K₂SO₄.

2H₂O + 2F = H₃O⁺ + HF₂^-,

HF H⁺ + F^-,

F^- + HF HF₂^-

Фторид водорода хорошо растворим в воде, и протекают реакции гидратации и диссоциации (SiF₄ – тетрафторид кремния)

SiF₄ + 2H₂O 4HF + SiO_2,

2HF + SiF₄ H₂SiF₆,

3SiF₄ + 2H₂O 2H₂SiF₆ + SiO₂ – образуется кремнефтористо-водородная кислота.

При концентрации 2H₂SiF₆ > 32% останавливается процесс улавливания, введение добавок в виде солей и щелочей способствует более глубокой очистке. Степень очистки 90 – 95 %.

Двухступенчатая схема:

1, 2 – абсорберы,

3 – брызгоуловитель.

Отходящие газы поступают на первый абсорбер, орошаемый H₂SiF₆, затем газ проходит второй абсорбер и брызгоуловитель, куда подают чистую воду. Здесь происходит окончательная доочистка газов с образованием разбавленной кислоты, который направляют во 2й абсорбер. Абсорбер представляет собой колонну с провальными тарелками из стержней, свободное сечение тарелок 30 – 50 %, , плотность орошения 30 – 50 м³/м² ч, концентрация полученной кислоты 25 – 30 %.

Другой метод – сжигание газов в присутствии углеводородов с получением HF, которую затем абсорбируют водой. Образующуюся H₂SiF₆ перерабатывают с образованием кремнефторидов. Производство криолита:

H₂SiF₆ + 2Al(OH)₃ = AlF₃ + SiO₂ + H₂O

криолит

Недостаток: материал аппаратов изготавливается из дерева, пластмассы, никеля.

Если в отходящих газах присутствует элементарный фтор (F), то используют 5 – 10 % раствор NaOH при t = 38 – 65 ⁰С. Если концентрация раствора меньше 2%, а также время контакта газа со щелочью равно приблизительно 1 сек, то образуется очень ядовитое соединение (F₂O), появление которого крайне нежелательно, поэтому время контакта приблизительно 1 мин, тогда:

F₂ + 2NaOH = 2NaF + 1/2O₂ + H₂O.

Фторид натрия (NaF) плохо растворим, он способствуют образованию отложений в трубопроводах, коррозии оборудования, он токсичен, поэтому чтобы вывести его из раствора, добавляют известь:

NaF + CaO +H₂O = CaF₂ + 2NaOH.

Образующийся при переработке кремнефтористо-водородной кислоты (H₂SiF₆):

H₂SiF₆ + 6NH₃ + 2H₂O = 6NH₄F + SiO₂ – осаждение и отделение кремнегеля(SiO₂),

NaOH + Al(OH)₃ = NaAlO₂ + 2H₂O – получение алюмината натрия (NaAlO₂),

NaAlO₂ + 2NaOH + 6NH₄F = Na₃AlF₆ + 6NH₃ + 4H₂O – взаимодействие NaAlO₂ с фторидом алюминия и образование криолита Na₃AlF_6.

Очистка газов от сероводорода, сероуглерода

Сероводород содержится как примесь в природном газе и нефтяных коксохимических газах. Эти газы очень коррозионоактивны.

Для очистки применяют различные хемосорбционные методы:

абсорбент	емкость поглотителя, моль/моль	концентрация поглотителя в р - ре	температура абсорбции, 0С	степень абсорбции, %
%	г/л
мышьяково - содовый	1/1	17,4	-	20 – 45	92 – 98
мышьяково - катионитовый	3/1	-	16 - 18	35 – 50	94 – 99
этаноламины	1/2	-	10 - 15	20 – 50	96 – 98
содовый	-	15 - 18	-
поташный	-	20 - 25	-	40 – 50	90 – 98
аммиачный	1/1	5 - 15		20 – 30	85 – 90
раствор соды и сульфата никеля	-	15 - 25	-	30 – 40	95 – 97
раствор фосфата калия	1/1	40 - 50	-	20 – 40	92 - 97

Из карбонатных абсорберов (Na₂CO₃, NaHCO₃, K₂CO₃, KHCO₃) лучше всех растворим поташ - K₂CO₃, имеющий высокую поглотительную способность, что позволяет сократить его расход, увеличив концентрацию в растворе. Но поташ очень дорогой реагент, поэтому чаще используют содовый метод.

Очистка от хлора и его соединений

Образуются при производстве хлора, щелочей методом электролиза из NaCl, получение металлического Mg, переработка цветных металлов, получение HCl, при сжигании отходов, содержащих Cl.

Для абсорбции Cl используют воду, водные растворы щелочей неорганических веществ.

2NaOH + Cl₂ = NaCl + NaOCl + H₂O

2Ca(OH)₂ + Cl₂ CaCl₂ + Ca(OCl)₂ + 2H₂O