СПОСОБ ОЧИСТКИ СЕРНИСТЫХ ГАЗОВ В НЕСТАЦИОНАРНОМ РЕЖИМЕ

Проблема очистки отходящих газов промышленных предприятий от диоксида серы пока не имеет универсального решения. Основным параметром, определяющим применимость того или иного способа утилизации, является концентрация диоксида серы в газе. По этому признаку сернистые газы удобно разделить на четыре группы: сильно разбавленные (убогие) газы с концентрацией S02 менее 0,7 %; разбавленные газы с концентрацией S02 от 0,7 до 3 %; газы с концентрацией S02 от 3 до 11 %; "крепкие" газы с концентрацией S02 более 10--11 %. Для утилизации газов первой группы обычно применяют жидкофазные и полусухие методы химической очистки, например с получением гипса или жидкого S02. За рубежом эти методы внедрены в промышленность на многих предприятиях, однако в нашей стране используются еще редко. С повышением концентрации S02 стоимость методов химической очистки резко возрастает. Для переработки газов второй, третьей и четвертой групп более эффективным становится получение серной кислоты с использованием контактного метода окисления диоксида серы. Высокосернистые газы (четвертая группа) обычно предлагают разбавлять более "слабыми" газами либо воздухом из-за отсутствия надежной технологии их переработки. Основная трудность здесь связана со значительным адиабатическим разогревом слоев катализатора выше максимально допустимой для ванадиевых катализаторов температуры 600-620 °С. После разбавления газа окисление диоксида серы ведут по традиционной технологии. В цветной металлургии используют так называемую длинную схему производства. При реализации этой схемы газы после стадии мокрой очистки имеют низкие для начала реакции температуры, и приходится дополнительно устанавливать внешние теплообменники, предназначенные для передачи тепла от прореагировавшей реакционной смеси к исходной (рис. 1). В системах получения серной кислоты методом двойного контактирования - двойной абсорбент (ДК ДА) требуются также теплообменники для подогрева газа, поступающего на вторую стадию контактирования.

Для газов с концентрацией S02 менее 2,5-3 % габариты теплообменников становятся настолько велики, что потери тепла в окружающую среду не позволяют работать автотермично. Эта трудность возникает также при переработке газов с переменной начальной концентрацией, так как проектировать реакторы для переработки таких газов приходится на экстремальные условия - минимальную входную концентрацию диоксида серы. В подобной ситуации требуются значительные затраты топлива для подогрева смеси либо добавление более концентрированных относительно диоксида серы газов, например за счет сжигания серы. Оно значительно увеличивает стоимость производимой серной кислоты и служит серьезным препятствием для утилизации отходящих газов цветной металлургии с низким содержанием S0 2. Указанные недостатки промышленных контактных узлов могут быть устранены за счет использования нестационарного процесса окисления диоксида серы. Простейшая схема реактора для осуществления этого процесса изображена на рис 1.Газовую смесь с низкой входной температурой подают в реактор с не подвижным слоем катализатора 1. Направление подачи смеси в реакторе периодически переключают на противоположное с помощью быстродействующих клапанов 3. с. 2. Принципиальные технологические схемы окисления диоксида серы в нестационарном режиме. а - с одним слоем катализатора; б - с промежуточным теплоотводом; 1,2 - слои катализатора, 3 - клапаны-переключатели, 4 - внешний теплообменник.

Эксплуатация промышленных реакторов показала, что новый процесс имеет высокие эксплуатационные характеристики - он легко управляется автоматически, стабильно перерабатывает газы с сильно изменяющимся начальным составом, сохраняет рабочие температуры при остановке в течение нескольких суток, легко вводится в эксплуатацию после остановок. Необходимо отметить, что продолжительность работы катализатора в нестационарных условиях не отличается от таковой в традрщионных аппаратах. На каждой из введенных в эксплуатацию установок достигнут экономический эффект, обусловленный снижением металлоемкости контактного узла, значительным снижением затрат топлива, получением дополнительной серной кислоты. Так, на установке в Красноуральске достигается годовая экономия 3000 т у. т., металлоемкость аппарата ниже, чем традиционного, в 6 раз. На установке в Медногорске экономится около 900 т топлива, 500 т серы и достигнуто снижение металлоемкости на 50 %. На установке в Алаверди получается дополнительно около 14 тыс. т серной кислоты/год, а на установке в Усть-Каменогорске - около 30 тыс. т/год. Таким образом, работа промышленных установок подтверждает теоретические выводы об эффективности применения нестационарного процесса окисления S02 на предприятиях цветной металлургии. Внедрение нового процесса позволило улучшить экологическую обстановку в ряде городов СССР. За счет нестационарного способа уже утилизировано свыше 200 тыс. т S02 из "слабых" газов, ранее выбрасывающихся в атмосферу.