Способ получения абсорбента для очистки газов от сероводорода и диоксида серы

 

Использование: в процессах очистки газов от диоксида серы и сероводорода в металлургической, нефтехимической, газовой промышленности и теплоэнергетике. Абсорбент готовят из аммофоса с концентрацией 120 - 200 г/л при pH = 6 - 7, обрабатывают сероводородсодержащим газом с последующим отделением образовавшегося осадка и смешивают с раствором гомогенного катализатора. 1 табл.

Изобретение относится к способам приготовления поглотительных растворов для процессов очистки промышленных газов от SO₂ и H₂S и может найти применение в металлургической, нефтехической и газовой промышленности.

Известны способы очистки газов, содержащих SO₂ или SO₂ и Н₂S, основанные на проведении реакции Клауса: SO₂ + 2H₂S 3S + 2H₂O в водных растворах, содержащих фосфаты аммомния [1] Недостатки способа использование дорогостоящих поглотителей и присутствие в растворах абсорбента нежелательных ионов металлов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по своей сущности и достигаемому результату является способ [2] заключающийся в том, что очистка газа от сероводорода и двуокиси серы осуществляется контактированием с водным раствором, содержащим катализатор раствор окиси или гидроокиси алюминия или кремния во фтористоводородной кислоте и буферный раствор раствор фосфата аммония или натрия, или калия в соотношении 12,5-3,5-2 в фосфорной кислоте. Буферный раствор предварительно смешивают с катализатором и полученную смесь выдерживают при 0-20^оС в течение 20-50 ч.

Недостатки способа: использование дорогого и дефицитного сырья соли фосфорной кислоты (гидро- и/или дигидроортофосфата), выпускаемых промышленностью в ограниченном количестве; приготовление абсорбента с применением в качестве сырья непосредственно ортофосфорной кислоты связано с проведением опасной операции смешивания сильной кислоты со щелочью; необходимость активации абсорбента выдерживание смеси буферного раствора с катализатором при 0-20^оС в течение 20-50 ч в связи с низкой эффективностью абсорбента (под эффективностью понимают активность абсорбента в реакции восстановления сероводородом тиосульфата аммония); присутствие в поглотительном растворе ионов металлов, которые могут приводить к следующим осложнениям в процессе очистки: при наличии кислорода в отходящем газе ускорять реакцию окисления SO₂ в SO₃ с образованием побочного продукта сульфата; вызывать частичную дезактивацию гомогенного катализатора в состав которого входит фтор, вследствие образования малорастворимых фторидов этих металлов.

Цель изобретения упрощение способа приготовления и повышение эффективности абсорбента, а также исключение расхода дефицитных поглотительных реагентов.

Поставленная цель достигается тем, что абсорбент готовится из аммофоса удобрения, выпускаемого промышленностью для сельского хозяйства, путем растворения его в воде при рН=6-7 с последующей обработкой раствора сероводородом.

В результате лабораторных исследований было установлено, что продажный технический аммофос (ГОСТ 18918-79) независимо от завода изготовителя содержит нерастворимые примеси на уровне 17-18 мас. состоящие, в основном, из Al₂O₃ и Fe₂O₃. Анализ водного раствора, приготовленного из аммофоса после удаления нерастворимого осадка, показал присутствие в нем катионов, мас. алюминия 0,5±0,1; железа 0,3±1; кальция 0, ±20,05; натрия 0,2±0,05; калит 0,1±0,05.

В связи с вышеизложенным нами была разработана методика приготовления абсорбента с использованием технического аммофоса, предусматривающая мероприятия по удалению нежелательных примесей.

Сущность способа заключается в следующем: 120-200 г аммофоса растворяют в 1 л воды при комнатной температуре и интенсивном перемешивании. Полученный раствор имеет рН равный 3,8-3,9. К нему добавляют раствор NH₄OH до достижения величины рН 6,0-7,0 и перемешивают. Затем раствор обрабатывают 2,24-3,0 мл (1 ˙10^-4 и 1,78 ˙10^-4 моль) сероводорода. Весь имеющийся в растворе осадок, состоящий из: нерастворимых примесей (≈15-17 мас. аммофоса, осадка, образовавшегося при доведении рН раствора (≈1-0,5 мас.), и осадка, образовавшегося при обработке раствора сероводородом (≈1-0,5 мас. удаляют путем фильтрования. Полученный таким образом абсорбент имеет рН 6,0-7,0 и концентрацию компонентов [(NH₄)₂HPO₄ + +NH₄H₂PO₄] равную 1,0-1,7 м.

После отделения осадка в раствор добавляют гомогенный катализатор, например, на основе окиси-, гидроокиси титана, кремния или алюминия во фтористоводородной кислоте до создания концентрации по основному компоненту титану, кремнию или алюминию 1 ˙10^-4 2 ˙10^-2 м.

Во время испытаний абсорбента, приготовленного на основе аммофоса, было выявлено, что предлагаемый абсорбент в сравнении с прототипом обладает повышенной эффективностью, которая выражается в повышении активности абсорбента в реакции восстаноления сероводородом тиосульфата. Данная реакция является лимитирующей стадией процесса Клауса, осуществляемого в жидкой фазе. Сравнительные данные эффективности (скорости восстановления тиосульфата аммония) приведены в таблице.

Испытания контактных растворов, приготовленных из аммофоса или аммонийных солей фосфорной кислоты. Условия опытов: T_оп 20^оС, рН _{испытан}= 5,0,Р 660 мм рт.ст.

Состав раствора: Концентрация (NH₄)₂S₂O₃ 0,4 М, концентрация катализатора по основному компоненту 1˙10^-3 М.

Выбранный интервал концентраций аммофоса обусловлен тем, что: при 120 г в 1 л концентрация фосфатов соответствует концентрации фосфатов, приведенных в примерах 1,2 (для сравнения), являющихся оптимальными; при содержании более 200 г на 1 л повышается вязкость раствора, в связи с большим солесодержанием, и скорость реакции падает, что и подтверждает пример 7.

Выбранный интервал рН раствора обусловлен тем, что при рН меньше 6,0 в растворе содержатся нежелательные примеси в растворенном состоянии, а при рН больше 6 из раствора дессорбируется аммиак.

Пример 8 показывает, что удобрение аммофоска, содержащее, так же как и аммофос, фосфаты аммония, в данном случае для приготовления абсорбента не может быть использовано в связи с низкой скоростью реакции. Не очевидно, что замена сырья на любое фосфорсодержащее соединение приведет к ожидаемому эффекту. Это, по нашему мнению, является подтверждением наличия существенного отличия в предложенном техническом решении.

Таким образом, предлагаемый способ приготовления абсорбента имеет следующие преимущества. Абсорбент обладает повышенной активностью, увеличивая скорость лимитирующей стадии реакции Клауса в жидкой фазе в 1,3 2,3 раза. Способ исключает стадию активации выдерживания буферного раствора катализатором в течение 20-50 ч при 0-20^оС. Раствор абсорбента, приготовленный предлагаемым способом, не содержит ионов металлов: ускоряющих нежелательную реакцию окисления SO₂ в SO₃ с образованием побочного продукта сульфата; дезактивирующих катализатор.

Внесение небольших количеств ионов металлов возможно при использовании для приготовления абсорбента воды и реактантов марки "технич.". Поэтому предлагаемый способ приготовления раствора абсорбента является, с этой точки зрения, универсальным.

Дополнительный положительный эффект заключается в уменьшении стоимости 1 м³ абсорбента, приготовленного на основе аммофоса.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АБСОРБЕНТА ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗОВ ОТ СЕРОВОДОРОДА И ДИОКСИДА СЕРЫ, включающий приготовление раствора гомогенного катализатора и буферного раствора, содержащего фосфаты аммония, последующее смешение приготовленных растворов, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса и повышения эффективности абсорбента, буферный раствор готовят растворением аммофоса в воде до содержания его 120-200 г/л с последующим повышением pH раствора до 6-7, а затем раствор обрабатывают сероводородсодержащим газом и отделяют образовавшийся осадок.

РИСУНКИ

Рисунок 1