Способ извлечения диоксида серы из газов

 

Изобретение относится к способам извлечения диоксида серы из газов. Диоксид серы из газов абсорбируют водой. Раствор после абсорбции охлаждают до температуры (- 5) - (+5)°С, отделяют выпавший осадок кристаллогидрата и из него выделяют диоксид серы. Раствор после выделения кристаллогидрата возвращают на стадию абсорбции. Абсорбцию диоксида серы ведут при температуре 0°С - плюс 10°С. Диоксид серы выделяют из кристаллогидрата нагревом при температуре 5 - 45°С. Из раствора перед возвратом его на стадию абсорбции выделяют диоксид серы. Изобретение позволяет снизить энергозатраты процесса. 1 с. и 3 з.п. ф-лы. 1 табл.

Изобретение относится к способам получения диоксида серы, в частности, к способам его концентрирования из отходящих газов химических и металлургических производств.

Известны способы выделения диоксида серы из газовых смесей с использованием водных растворов различных неорганических солей и органических соединений, а также безводных органических растворителей, основанные на хемосорбции диоксида серы. Выделение диоксида серы из отработанной промывной жидкости осуществляется его десорбцией при повышенной температуре и пониженном давлении или путем разложения (преимущественно кислотами) соединений, образовавшихся в процессе обработки газовой смеси. Полученный диоксид серы перерабатывается на серную кислоту или элементарную серу. Некоторые способы предусматривают получение в качестве промежуточного продукта жидкого диоксида серы. (А. Л. Коул, Ф. С. Ризнфельд. Очистка газа. - М.; Недра, 1968, стр. 142 - 168).

Недостатком известных реагентных способов являются неизбежные потери реагентов вследствие образования побочных продуктов взаимодействия промывных растворов с газовыми смесями, содержащими кислород. Образующиеся соединения не участвуют в процессе сорбции серы и выводятся из процесса, формируя тем самым потери реагента, которые необходимо восполнять.

Известны безреагентные способы выделения диоксида серы из газовых смесей, основанные на использовании в качестве промывной жидкости воды или слабоминерализированных природных водных растворов (например, морской воды). Процесс абсорбции осуществляют при возможно более низкой температуре и давлении ниже атмосферного. Отработанную (дегазированную) промывную жидкость в большинстве случаев повторно не используют из-за необходимости затрат энергии на ее охлаждение. При этом на промывку газовой смеси поступает свежая вода.

Недостатками таких способов являются низкая концентрация диоксида серы в промывной жидкости и связанная с этим необходимость использования больших ее объемов, что требует высоких энергозатрат на операции выделения диоксида серы при повышенных температурах и большого расхода воды.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ извлечения диоксида серы, выбранный в качестве прототипа. 1 SU N682 119, кл C 01 B 17/60. 25.08.79.

Известный способ включает следующие стадии: очистку газов от пыли; абсорбцию диоксида серы из газа водой; десорбцию диоксида серы в отпарной колонне при нагреве раствора до 15 - 98^oC и давлении ниже атмосферного; охлаждение влажного диоксида серы в теплообменнике и конденсацию основной части влаги; осушку диоксида серы серной кислотой; конденсацию жидкого диоксида серы в теплообменнике при охлаждении до минус 74 - минус 25^oC и давлении 27 - 500 мм. рт. ст.

Раствор диоксида серы, поступающий в отпарную колонну, содержит около 1,5% SO₂. (Патент 682119 СССР, МКИ C 01 B 17/60, B 01 D 53/14. Способ извлечения двуокиси серы из газов. С. А. Петерсон (Швеция). - N 2072319/23-26; заяв. 15.10.74; опубл. 25.08.79, бюл. N 31; приоритет 15.10.73, 7313965-1 (Швеция).-2 с.).

Недостатком указанного способа является низкая концентрация диоксида серы в поступающем на отпарку растворе, требующая высоких энергозатрат на выделение диоксида серы из слабоконцентрированного раствора.

Целью предлагаемого изобретения является снижение энергозатрат на получение диоксида серы в процессе отпарки раствора.

Поставленная цепь достигается тем, что в способе извлечения диоксида серы из газов, включающем абсорбцию диоксида серы водой согласно изобретению, раствор после абсорбции диоксида серы охлаждают до температуры минус 5 - плюс 5^oC, отделяют выпавший осадок кристаллогидрата и из него выделяют диоксид серы, а раствор после выделения кристаллогидрата возвращают на стадию абсорбции.

Вторым отличием является то, что абсорбцию диоксида серы водой ведут в температурном интервале 0 - плюс 10^oC.

Третьим отличием является то, что диоксид серы выделяют из кристаллогидрата нагревом при температуре плюс 5 - плюс 45^oC.

Четвертым отличием является то, что из раствора перед возвратом его на стадию абсорбции выделяют диоксид серы.

Известно, что при охлаждении концентрированных водных растворов диоксида серы образуется твердая фаза кристаллогидрата (газового гидрата), имеющего состав SO₂·nH₂O, где n = 6-7 (Б. В. Некрасов. Основы общей химии. М.; Химия, 1973 г. , т. 1, стр. 329). Доля диоксида серы в кристаллогидрате, как видно из его состава, составляет 33 - 37%. Для разложения продукта такого состава при проведении операции выделения диоксида серы (отпарки) требуется значительно меньший расход энергии.

Способ осуществляется следующим образом.

Газовая смесь, содержащая 30 - 50% диоксида серы, обрабатывается водой или водным раствором при температуре ниже плюс 10^oC. Обработка осуществляется в режиме противотока, когда с исходной газовой смесью контактирует насыщенный раствор, а отходящий газ контактирует со свежей водой (раствором), поступающей на операцию абсорбции. При достаточной концентрации диоксида серы в растворе из объема раствора выделяется твердая фаза кристаллогидрата уже на стадии обработки газовой смеси. По окончании обработки газовой смеси и дальнейшем понижении температуры насыщенного раствора ниже плюс 10^oC увеличивается количество и доля диоксида серы, выделившегося в виде кристаллогидрата.

Твердую фазу кристаллогидрата отделяют от раствора и нагревают до выделения газообразного диоксида серы.

Жидкую фазу промывной жидкости, представляющую собой слабо насыщенный раствор диоксида серы, перерабатывают по одному из следующих вариантов: проводят его отпарку с получением диоксида серы и дегазированной воды (раствора), которая после охлаждения повторно используется для абсорбции диоксида серы; используют без дегазации для абсорбции диоксида серы исходного газа при подаче свежей (охлажденной) воды на следующей ступени абсорбции.

При совместном использовании этих вариантов увеличивается доля диоксида серы, выделяемого из раствора в виде кристаллогидрата и снижаются энергетические затраты на нагрев и охлаждение промывной жидкости.

Способ иллюстрируется следующим примером. Газовую смесь, содержащую 31,5% диоксида серы, выбранную из условий протекания металлургических процессов, последовательно пропускают через два установленных в термостате герметичных барботажных реактора объемом 1 л с ложным днищем, обеспечивающим диспергирование газовой смеси на стадии абсорбции и отделение раствора от осадка. Расход газовой смеси составляет 0,03 м³/ч, температуру воды в реакторах поддерживают в интервале плюс 3 - плюс 4^oC. После 30 мин продувки раствор насыщается, подачу газовой смеси прекращают и понижают температуру в реакторах до 0^oC. Раствор из первого по ходу газа реактора отфильтровывают через ложное днище при подаче исходной газовой смеси в реактор, реактор герметизируют и помещают в термостат с температурой плюс 15^oC. Реактор с осадком, содержащий 117 г продуктов абсорбции, соединяют с системой осушки, конденсации и сбора диоксида серы, включающий промывной сосуд с серной кислотой, холодильник - конденсатор и сосуд для жидкого диоксида серы. Выделение диоксида серы проводят при давлении в системе порядка атмосферного, температуре в холодильнике - конденсаторе и сборнике жидкого диоксида серы минус 35^oC. Раствор из первого реактора в количестве 954 г в герметичном реакторе помещают в термостат с температурой плюс 45^oC и выделяют диоксид серы при параметрах системы сбора, аналогичных описанным раньше суммарное количество диоксида серы, полученное при осуществлении способа по примеру, составило 65 г.

Данный температурный интервал абсорбции выбран в связи с тем, что при температуре ниже нуля градусов возможно образования льда на элементах оборудования, при температуре воды выше плюс 10^oC снижается концентрация диоксида серы в растворе и количество образующегося кристаллогидрата.

Выделение диоксида серы из кристаллогидрата при температуре ниже плюс 5^oC не происходит. При температурах выше плюс 45^oC резко возрастают энергозатраты на нагрев, осушку и охлаждение.

Частичный возврат раствора после отделения кристаллогидрата позволяет выделить большее количество диоксида серы в виде кристаллогидрата и снизить, тем самым, энергозатраты на нагрев, осушку и охлаждение растворов и газовых смесей.

Таким образом, выделение части абсорбированного диоксида серы в виде кристаллогидрата позволяет снизить энергетические затраты на операции выделения диоксида серы (отпарки) и, следовательно, на получение жидкого диоксида серы.

Формула изобретения

1. Способ извлечения диоксида серы из газов, включающий абсорбцию диоксида серы водой, отличающийся тем, что раствор после абсорбции охлаждают до температуры (-5) - (+5)^oC, отделяют выпавший осадок кристаллогидрата и из него выделяют диоксид серы, а раствор после выделения кристаллогидрата возвращают на стадию абсорбции.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что абсорбцию диоксида серы ведут при температуре 0 - 10^oC.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что диоксид серы выделяют из кристаллогидрата нагревом при температуре 5 - 45^oC.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что из раствора перед возвратом его на стадию абсорбции выделяют диоксид серы.

РИСУНКИ

Рисунок 1