CC BY
95
АНАЛИЗ СПОСОБОВ УТИЛИЗАЦИИ ДИОКСИДА СЕРЫ ИЗ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ
С ПРИМЕНЕНИЕМ ИЗВЕСТКОВАНИЯ
Головешкина А.В. Ó
Студент, кафедра геоэкологии, Санкт-Петербургский горный университет
Научный руководитель - доцент, к.т.н. Кузнецов В.С.
Аннотация
Статья посвящена анализу и сравнению методов очистки отходящих газов от диоксида серы. Известковый метод является наиболее доступным, технологически простым, экономичным и допускает очистку газа без предварительного обеспыливания и охлаждения потока. В данной статье раскрывается актуальность рассмотренной темы, особенности методов и преимущества, недостатки данной технологии.
Ключевые слова: диоксид серы, известковый метод, сухая очистка, мокрая очистка, смешанная очистка.
Keywords: Sulfur dioxide, lime method, dry cleaning, wet cleaning, mixed cleaning.
Особо актуальной проблемой нарушения экологической обстановки можно назвать загрязнение атмосферного воздуха выбросами промышленных газов. Одним из основных газов-загрязнителей является диоксид серы (сернистый ангидрид). Общемировое образование сернистого ангидрида составляет 190 млн тонн в год [1, 55]. Из них в Российской Федерации по данным Росстата и Росприроднадзора годовой валовой выброс диоксида серы в атмосферу от стационарных источников на 2015 г. составляет 4099,4 тыс.т [2,19]. Основными видами производственной деятельности человека, вносящими значительный вклад в загрязнение воздушного бассейна диоксидом серы, являются теплоэнергетика (котельные процессы); черная металлургия (подготовительные процессы, основные металлургические производства); цветная металлургия (медеплавильные, никелевые, оловянные, цинковые производства); химическая, нефтехимическая, нефте- и газоперерабатывающая (производство нитрозной и контактной серной кислоты, карбофоса), целлюлозно-бумажная и деревообрабатывающая промышленность [3, 79-80].
При попадании диоксида серы (SO2) в окружающую среду он взаимодействует с кислородом воздуха. Вследствие этого в стратосфере образуется слой с высоким содержанием SO3. Далее триоксид серы реагирует с водой и образуется серная кислота, которая является причиной выпадения кислотных дождей. Суммарные выпадения окисленной серы (в пересчете на серу) на территорию России составили 2542.6 тыс. т. на 2015 г [4,24]. Выбросы сернистого газа в биосферу оказывают негативное влияние на все компоненты окружающей среды: на почвенный и растительный покровы, водные объекты, живые организмы [1, 54]. У человека загрязнение воздуха двуокисью серы вызывает как острые, так и хронические отравления. Длительное воздействие небольших концентраций является следствием появления заболеваний органов дыхания и пищеварения, конъюнктивита, заболеваний кожи, чувства слабости; разрушение зубов и понижение трудоспособности (до полной потери). При вдыхании больших концентраций он вызывает раздражение дыхательных путей, оболочки глаза, раздражаются увлажненные участки кожи, может привести к летальному исходу [4, 73].
Утилизация диоксида серы из отходящих газов осуществляется различными методами: известковый (известняковый), содовый, магнезитовый, цинковый, аммиачный,
® Головешкина А.В., 2017 г.
кислотно-каталитический. Но одним из наиболее эффективных, экономичных и доступных методом является известковый.
Задачей данной работы является анализ технологии очистки дымовых газов от Б02 известковым методом и выделение его особенностей. В таблице 1 сведены преимущества и недостатки метода.
Способы реализации известкового метода зависят от агрегатного состояния реагента и отхода, образующего в процессе очистки дымовых газов: газофазный, жидкофазный и смешанный [5, 1-3].
Таблица 1
Сводная таблица достоинств и недостатков известковых методов очистки
Известковый метод Преимущества Недостатки
Сухой • Отсутствие шламового хозяйства • Конечный продукт сухой • Малые капитальные затраты • Малые эксплуатационные затраты • Малогабаритность • Низкая эффективность 30-40% • Наличие твердых отхода -химически активный сульфит. • Высокотемпературный нагрев поверхности устройства • Образование шлака на поверхности нагрева.
Мокрый • Высокая степень улавливания 90-98% • Загипсовывание трубы • Большая габаритность • Наличие шламового хозяйства • Большие инвестиционные расходы • Сложность процесса
Смешанный • Эффективность 80-85%. • Отсутствие шламового хозяйства • Меньший расход тепловой энергии по сравнению с мокрой схемой • Высокая степень использования реагента • Капитальные и эксплуатационные затраты меньшие, по сравнению с мокрым методом • Наличие твердых отхода -химически активный сульфит. • Значительное энергопотребление • Большой расход реагента • Низкое качество сухих отходов • Большая габаритность • Высокое качество реагента • Точная дозировка реагента
Очистки дымовых газов от Б02 газофазным (сухим) методом состоит из следующих
этапов:
1) Пневматический транспорт мелкодисперсного известняка в топку котла;
2) Распределение известняка в поперечном сечении топочной камеры;
3) Кальцинирование известняка при температуре 950-1100°С [6];
СаСОз^СаО + СО2Т (1)
4) Связывание части диоксида серы с образованием сульфита кальция (при температуре 500-600°С);
Са0+Б02^ СаБОз (2)
5) Частичное доокисление сульфита кальция в сульфат, за счет кислорода;
СаБОз + 0,502 ^ СаБО4 (3)
Одним из технологических изменений сухого метода является дополнительное использование циркулирующего кипящего слоя. Дымовые газы проходят через слой летучей золы и реагента (мелкодисперсной извести), где происходит поглощение Б02 и Б03 [7,69].
Жидкофазные (мокрые) методы очистки дымовых газов отличаются высокой эффективностью улавливания диоксида серы, однако требуют больших начальных капиталовложений. Очистка жидкофазным методом состоит из следующих этапов:
1. Распыление диоксида кальция (или карбоната кальция) на входящий в аппарат газ (диоксид серы).
2. Образование полуводного гипса (гемигидрата) или дигидрата сульфата кальция. Оба из этих комплексов имеют низкую растворимость в воде.
Б02 + СаС03 + 0,5Н20 ^ СаБ03 0,5Н20+ С02 (4)
Б02 +Са (0Н)2+ Н20 ^СаБ03-0,5Н20 +3/2Н20
Для получения сульфата кальция применяют технологию принудительного окисления дополнительным вводом кислорода.
СаБ03-0,5Н20 +3/2Н20+1/202^Са80^2Н20 (6)
С целью обезвоживания продукта реакции применяют технологию с ингибированным окислением диоксида серы. Сера подается в аппарат очистки в виде эмульсии или тиосульфата натрия, что значительно снижает скорость окисления, в результате чего происходит увеличение размера кристаллов сульфита кальция, что ведет к лучшему обезвоживанию продукта, как и в окислительных системах [7,67].
Наиболее технологичным способом усовершенствования мокрого метода является применение раствора доломитизированной извести, содержащего 4-8% М§0:
1. В ходе реакции с оксидом серы образуется бисульфит магния.
2. Поглощенный Б02 реагирует с гидратировавшей известью и формирует сульфит кальция твердой фазы.
М§0+802^М§803 М§803+802+Н20^М§(Ш03)2 (7)
Са (0Н)2 + М§(Ш03)2^Са803+2Н20+М§803
Данный метод позволяет уловить значительное количество Б02 (98%) и исключить образование отложений гипса. Процесс осуществляется в аппаратах значительно меньших размеров, чем при использовании известняка: в результате увеличения щелочности раствора и уменьшения зависимости процесса улавливания Б02 от растворения извести [8,480-481].
Частичным совмещением сухого и мокрого способа очистки дымовых газов является мокро-сухой метод. Технология повторяет 1-4 этапы сухой очистки с проведением последующих действий:
1. Диоксид серы поступает в активационный реактор (реактор-увлажнитель) с температурой 130-150°С. В этой зоне осуществляется впрыскивание воды через специальные сопла.
2. Не прореагировавшие СаСОз или Са0 образуют гидроксид кальция и реагируют с не уловленным Б02 с образованием сульфита кальция.
Са0+Н20 ^ Са(0Н)2 (8)
Са(ОН)2 + БО2 ^ СаБО3 + Н2О
3. Испарение воды на выходе из реактора-увлажнителя [7,67].
Анализируя известковые (известняковые) методы очистки можно выделить, что основным недостатком всех трех технологий является образование отходов - сульфата и сульфита кальция, непрореагировавшего сорбента. Эти отходы могут найти применение в дорожном строительстве, в цементной промышленности, при производстве пористых агломератов, кирпича, минеральной ваты и д.р. С увеличением степени очистки от диоксида серы возрастают начальные капиталовложения, так наибольшей эффективностью выделяется жидкофазная технология со степенью улавливания 90-98%, однако она требует высоких капиталовложений.
Литература
1. Орлов Д.С. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении [Текст]: учебное пособие для хим., хим.-технол. и биол.спец.вузов/ Д.С. Орлов, Л.К. Садовникова, И.Н.Лозановская. -Москва: Высшая школа, 2002. - 334с.
2. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2015 году». - М.: Минприроды России; НИА-Природа. - 2016. - 639 с.
3. Тимонин А.С. Инженерно-Экологический справочник.Т.1. [Текст] - Калуга: Издательство Н. Бочкаревой,2003. - 917с.
4. Кундиев Ю.И. Профессиональные заболевания работников сельского хозяйства[Текст] / Под ред. Ю.И. Кундиев, Е.П. Краснюк - Киев: Здоров'я,1983. - 262-269с.
5. Нечаева М.В. Анализ методов очистки дымовых газов от диоксида серы при термической утилизации бурового шлама//Системы контроля окружающей среды - 2016 - Вып. 4 (24). - с.142 - 147.
6. Разва А. С. Методы и технологии очистки дымовых газов от оксидов серы [электронный ресурс]//Студопедия - 2010 - Томск. - Режим доступа: http://studopedia.ru/5_16593_metodi-ochistki-dimovih-gazov-ot-oksidov-seri.html, свободный - Загл. с экрана.
7. Картавская В. М., Коваль Т. В. Основы промышленной экологии. Оценка ущерба от выбросов загрязняющих веществ в атмосферу: Учеб. пособие. - Иркутск: ИрГТУ, 2007. - 195 с.
8. Miller, B.G. Clean Coal Engineering Technology. Butterworth-Heinemann, 2011. pp.823.
