Автор: Сырых А.А., Горбатко С.В.
Источник: Метталургия XXI столетия глазами молодых / Материалы Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и студентов: сборник докладов - Донецк, ДонНТУ — 2024, с. 262-263.
Сырых А.А., Горбатко С.В. О вопросе очистки отходящих газов коксохимических производств. В статье рассматриваются методы очистки коксового газа от сероводорода, включая вакуум-карбонатный метод и его побочные продукты, такие как серная кислота и сернистый газ. Обсуждаются факторы, влияющие на выбросы сернистого ангидрида и оксидов азота, а также экономическая нецелесообразность высоких степеней окисления в контактных аппаратах. Предложены решения для уменьшения выбросов, включая использование аммиака для промывки газа, что позволяет получить сульфат аммония и снизить затраты на очистку.
Коксовый газ перед использованием подвергается обязательной очистке от сероводорода. В зависимости от способа от способа очистки газа в виде побочных продуктов получается сероводород, элементарная сера или другие ценные продукты, содержащие серу.
Одним из способов очистки является вакуум-карбонатный метод очистки, сопровождающийся образованием высококонцентрированного сероводородного газа. Одним из наиболее распространенных процессов утилизации этого газа является получение из него серной кислоты методом мокрого катализа. Такая технология может сопровождаться выделением в атмосферу сернистого газа и аэрозоля серной кислоты. Кроме того, в следствие наличия в газе цианистого водорода при сжигании возможно образование оксидов азота. Однако при отлаженной работе установок концентрация сероводорода и оксидов азота в выхлопных газах не велики и не представляют опасности загрязнения атмосферы предприятия.
Основную опасность представляют сернистый ангидрид и аэрозоль серной кислоты. Концентрация этих компонентов в воздухе на расстоянии 1000 м от цеха могут во много раз превышать ПДК.
Содержание сернистого ангидрида в выхлопных газах зависит от не только от достигнутой степени окисления в контактном аппарате, но и от концентрации сернистого ангидрида в газах на входе в аппарат. Так при концентрации в печном газе 6% SO2 и степени окисления 98 % концентрация SO2 в отходящих газах составляет 4000 мг/м3.
Удельный выброс SO2 на тонну произведенной серной кислоты (кг SO2/т H2SO4) напротив зависит от степени окисления сернистого ангидрида и не зависит от содержания SO2 в газах на входе в контактную систему. Для приведённых условий выброс сернистого ангидрида составляет 14 кг SO2/т H2SO4.
Важной предпосылкой достижения максимального выброса SO2 в атмосферу является максимально возможное постоянство параметров газа на входе в контактный аппарат (постоянные количество и температура газа, ровная концентрация сернистого ангидрида и соотношение O2/SO2)[1].
Состав газа и соотношение O2/SO2 перед контактным аппаратом меняются незначительно. При изменении в исходном газе концентрация сероводорода в пределах 65-85 % диапазон изменения в печном газе концентрация сернистого ангидрида 6,0-6,15 % и соотношение O2/SO2 составляет 1,67.
Однако довольно значительно может меняться нагрузка по газу контактного отделения. При работе трех печей-котлов расход газа в контактный аппарат составляет от 13000 до 39000 м3/час.
Такие резкие колебания приводят к росту гидравлического сопротивления контактной массы, снижению степени окисления, вследствие чего содержание SO2 в выхлопных газах не отвечает оптимальным значениям.
Так увеличение степени окисления SO2 в диапазоне 0,96-0,98 приводит к увеличению объема контактной массы и гидравлическое сопротивление в 1,8 раза.
Дальнейшее повышение степени превращения на 0,01 сопровождается резким ростом объема контактной массы в 3,9 раза. Это указывает на экономическую нецелесообразность ведения процесса при степени превращения выше 0,98 в четырехслойном контактном аппарате.
Переход от нормального катализа к двойному обеспечивает значительное сокращение выбросов SO2 в атмосферу.
Удельные выбросы SO2 для установок двойного катализа со степенью окисления 0,995 составляют 3,3 кг SO2/т H2SO4 т.е. количество выбросов сокращается на 10,7 кг SO2/т H2SO4.
Однако изменение способа контактирования не компенсируется пониженным выбросом диоксида серы из-за непостоянства расхода газа [2].
Добиться сокращения выбросов сернистого ангидрида и серной кислоты независимо от параметров газа на входе в контактную систему можно предусмотрев очистку выхлопных газов. Возможно, применять промывку газа аммиаком. Этот способ используется преимущественно для нормального катализатора.
Способ промывки аммиаком привлекателен тем, что в конечном итоге образуется сульфат аммония, который можно утилизировать и за счет этого покрыть затраты на очистку.