Аммиачно - циклическая технология улавливания оксидов серы

При обработке диоксида серы аммиачной водой образуются сульфит и бисульфит аммония:

+ 2 + = ;

+ + = 2 .

Дымовые газы, содержащие диоксид серы , при прохождении через аммиачную воду увлекают за собой часть аммиака, который реагирует с диоксидом серы в газовой фазе, образуя дым. Эта дымовая среда может уноситься уходящими газами, создавая свои вредные выбросы. Однако если давление аммиака над раствором невелико, дым не образуется. Поэтому в этих технологических схемах очень важно поддерживать определенное парциальное давление аммиака.

В зависимости от соотношения концентраций сульфита (NH₄) ₂SO₃ и бисульфита NH₄НSO₃ аммония в растворе давление диоксида серы и аммиака над раствором колеблется в широких пределах. Следовательно, можно подобрать это соотношение таким, чтобы парциальное давление и было небольшим. В этом случае раствор оказывается пригодным для поглощения диоксида серы с минимальными потерями аммиака. Если в раствор постоянно добавлять аммиак с таким расчетом, чтобы соотношение сульфита и бисульфита аммония поддерживалось в необходимых пределах, то по мере поглощения диоксида серы общее содержание солей будет возрастать, вследствие чего могут быть получены насыщенные растворы. Поэтому для поглощения диоксида серы из газовых смесей пользуются не аммиачной водой, а сульфит - бисульфитным раствором с оптимальным их соотношением, которое поддерживается по мере поглощения диоксида серы подводом в циркуляционный контур определенного количества аммиачной воды и вывода из него такого же количества пересыщенного раствора.

Процесс сероочистки дымовых газов осуществляется следующим образом. Приготавливают разбавленный раствор сульфита и бисульфита аммония. Для этого добавляют аммиак к насыщенному водному раствору диоксида серы, а затем пропускают через этот раствор одновременно диоксид серы и аммиак до достижения требуемого соотношения солей. Чем больше поддерживается отношение количества сульфита к бисульфиту в растворе, тем меньше парциальное давление над раствором, и тем больше можно извлечь диоксида серы из дымового газа таким раствором.

Парциальное давление над раствором при наличии в нем ионов рассчитывается по формуле

,

где – содержание (концентрация) , и ионов соответственно, г моль/(100г моль );

М – коэффициент, который для растворов и вычисляется по эмпирической формуле

;

Т – температура, К.

Парциальное давление аммиака при наличии ионов определяется соотношением

.

Коэффициент N рассчитывается по уравнению

.

Значение рН раствора (при рН > 5) определяется по эмпирической формуле

.

Полученный при промывке дымовых газов раствор, обогащенный бисульфитом аммония, может быть восстановлен в десорбере при нагреве:

2 = + + .

Раствор сульфита аммония возвращают в абсорбер, где он вновь используется для промывки дымовых газов от оксида серы. Влажный диоксид серы , полученный при регенерации, перерабатывается в товарный продукт.

Сульфит аммония в рабочем растворе частично окисляется до сульфата

+ 0,5 = .

Сульфат аммония снижает поглотительную способность раствора. Чтобы сульфат не накапливался в растворе, его частично подают на выпаривание, в результате чего из раствора выводится кристаллический сульфат аммония.

В процессе регенерации раствора, при его перегреве, возможно также образование тиосульфата по химической реакции:

4 + = 2 + + + 2 .

Вывод тиосульфата из системы осуществляется обработкой раствора серной кислотой:

+ = + + + S.

Следовательно, при аммиачно-циклической технологии обработки дымовых газов в качестве товарной продукции получают сульфат аммония (минеральное удобрение), сжиженный диоксид серы и элементарную серу. Аммиачно-циклический метод очистки дымовых газов от оксидов серы обладает некоторыми преимуществами перед другими методами при концентрации в очищаемых газах более 0,4...0,5 % по объему. В этом случае повышенный выход дефицитной товарной продукции (особенно сжиженного диоксида серы) компенсирует затраты на улавливание оксидов серы. Положительным можно считать также отсутствие операций с твердыми продуктами в замкнутом цикле абсорбции и регенерации раствора.

В то же время этот метод имеет ряд недостатков:

1. Прежде чем проводить абсорбцию диоксида серы, необходимо осуществлять предварительно глубокое охлаждение дымовых газов. Температура очищаемых газов должна быть 28…32 С. Поэтому после абсорбера дымовые газы требуют подогрева.

2. Охлаждающая вода в абсорбере нагревается до 40...45 С и подкисляется, что не позволяет сбрасывать ее в водоемы общего пользования, а требует специальной обработки (нейтрализации кислоты и охлаждения).

3. Аммиачно-циклическая технология имеет свои вредные выбросы (аммиак и диоксид серы, выбросы сушильного агента после сушки сульфата аммония).

4. Энергозатраты на собственные нужды при этом методе сероочистки повышаются на 10 %, что объясняется многочисленными операциями по перемещению твердых, жидких и газообразных сред, их сушкой, нагревом либо охлаждением.

5. Этот метод улавливания оксидов серы требует больших площадей и затрат на установку и эксплуатацию, а также на выполнение коррозионно-защитных мероприятий.