Застосування абсорбційних методів для очищення газових середовищ від диоксиду сірки

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І  НАУКИ ,  МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

„ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”

 

Лабораторна робота №

«Застосування абсорбційних методів для очищення газових  середовищ від диоксиду сірки»

 

 

 

 

 

Прийняв:

Мартиняк О.В.

Виконала:

Студентка групи ЕКОс-11

Нетребчук Тетяна

 

 

Львів 2013

Вступ

При спалюванні органічного  палива в атмосферу викидається понад 90% антропогенних диоксидів сірки, у тому числі близько 60% припадає саме на теплові електростанції. Це пов'язано з досить високим рівнем використання сірковмісного палива (в першу чергу – високосірчистих мазутів і вугілля).

    При спалюванні  сірковмісного палива утворюється  два оксиду сірки: сірчистий  ангідрид (SO₂) і сірчаний ангідрид (SO₃). В атмосфері викинутий з димової труби сірчистий ангідрид під дією сонячного світла окислюється в сірчаний ангідрид, а потім, взаємодіючи з водою H₂O, переходить в сірчану кислоту . Час існування оксидів сірки і продуктів їх трансформації в атмосфері становить (за даними різних досліджень) від декількох годин до декількох діб і за цей час повітряними потоками вони можуть бути перенесені на величезні відстані (до 1000 км)

Диоксид сірки негативно впливає на здоров'я населення і несе ризик збільшення нападів астми, збільшення смертності від серцево-судинних захворювань і захворювань органів дихання, збільшення загальної смертності, можливості ураження шлунка, печінки, зростання респіраторної захворюваності, збільшення госпіталізації з приводу пневмонії, порушень серцевого ритму та ішемічної хвороби серця . Також є причиною загибелі хвойних лісів, плодових дерев, зниження врожайності сільськогосподарських культур, закислення водойм. Крім того, оксиди сірки є причиною корозії сталевих конструкцій і руйнування різних будівельних матеріалів.

У нашій країні через залишкового  принципу виділення коштів на природоохоронні  заходи, впровадження систем очищення димових газів від оксидів  сірки не приділялося належної уваги.

Таким чином, існує проблема попередження викидів диоксиду сірки, а дослідження взаємодії сполук лужноземельних металів з забруднювачем є перспективним з огляду на дешевизну поглинача і подальшою можливістю вилучення продуктів реакції.

1.Короткі теоретичні відомості про абсорбційне очищення

     Метод, заснований, на здатності рідин розчиняти  гази. У процесі абсорбції беруть  участь дві фази - рідка і газова. При абсорбції відбувається перехід  речовини з газової в рідку,  при десорбції, навпаки, - з рідкої  в газову фазу. Абсорбція - процес  виборчого поглинання газу рідиною,  а десорбція - процес виділення  газу з рідини. Речовини, які містяться  в газовій фазі і при абсорбції  переходять у рідку фазу, називаються  абсорбційним компонентом, або  абсорбатом. Речовина, що міститься в газовій фазі і при абсорбції не переходить у рідку фазу, називається газом-носієм, або інертним газом, Речовина, в якій відбувається розчинення абсорбційних компонентів, називається розчинником, поглиначем, або абсорбентом.

У якості останнього використовують воду, а також органічні і неограничні розчинники, які не вступають в хімічну реакцію з абсорбційними компонентами. Розрізняють фіз. і хім. абсорбцію (Хемосорбція). Фіз. абсорбція - процес фіз. розчинення абсорбується компонента в розчиннику, не супроводжується хім. реакцією.

Абсорбція відбувається в  тому випадку, якщо парціальний тиск абсорбованого компонента в газовому середовищі більше рівноважного парціального тиску цього ж компонента над  даним розчином. Чим більше різниця  між цими тисками, тим більше рушійна  сила процесу і тим з більшою  швидкістю протікає абсорбція. Для  багаторазового використання поглинач піддають регенерації.

При хемосорбції абсорбуючий  компонент вступає в хімічну  реакцію з поглиначем, утворюючи  нові хіічні з'єднання в рідкій фазі. Тут можливе протікання оборотної і необоротної реакції, В обох випадках рівноважний парціальний тиск абсорбтива значно нижче його тиску при фіз. абсорбції, тому хемосорбції. процеси при інших рівних умовах забезпечують більш повне вилучення компонентів з газових сумішей.

Абсорбцію застосовують для  очищення викидів від діоксиду сірки (абсорбція водою, вапняковими і вапняними методами, оксид-гідроксидом магнію, суспензією оксиду цинку, хемосорбція на основі натрію, абсорбція розчинами солей натрію, калію або амонію, аміачна методами, розплав, солями та ін), сірководню (абсорбенти - миш'яково-содо-вий, миш'яково-Поташня, етанол-аміни, содовий, Поташня, ціанамід кальцію, розчин соди та сульфату нікелю, розчин фосфату кальцію, аміачний розчин та ін), сірковуглецю та меркаптанів (лужні методи), оксидів азоту (абсорбція водою, лугами, селективними абсорбентами), фторовмісних сполук (абсорбція водою, водними розчинами лугів, солей і деяких суспензій), хлору і його з'єднань (абсорбція водою, водними розчинами лугів і органіч. сполук, водними суспензіями і органічними розчинниками), оксидів вуглецю (абсорбція або промивка газу рідким азотом, абсорбція водно-аміачний розчин закисному солей ацетату, карбонату міді).

Абсорбційні методи очищення газів підрозділяють: за абсорбуючим  компонентом; за типом застосовуваного  абсорбенту; за схемою процесу - з циркуляцією  газу і без неї; по використанню абсорбенту - з регенерацією та поверненням  його в цикл (циклічні) і без регенерації (нециклічні); по використанню уловлюваних  компонентів - з рекуперацією і без  неї; за типом рекуперованого продукту; по організації процесу - періодичні і безперервні; по конструктивним типам абсорберів.

 

2.Фізико-хімічні властивості забруднювача (диоксиду сірки)

2.1Фізичні властивості

Диоксид сірки при звичайних умовах являє собою безбарвний газ, з різким задушливим запахом. Він важчий від повітря більше ніж у два рази. При охолодженні до —10 °С диоксид сірки скраплюється в безбарвну прозору рідину, а під тиском 2,5 атм скраплюється при звичайній температурі. Тому його можна зберігати і транспортувати в стальних балонах у рідкому стані. Випаровування рідкого SO₂ супроводжується значним охолодженням (до —50 °С). У воді диоксид сірки розчиняється дуже добре: в одному об'ємі води розчиняється до 40 об'ємів SO₂. Розчинність у воді 22,97 г/100 мл (0 °C) 11,58 г/100 мл (20 °C) 9,4 г/100 мл (25 °C). Диоксид сірки отруйний, хоч і значно менше, ніж сірководень. Наявність його в повітрі в кількості 0,33 мг/дм3 і більше викликає задишку і запалення легенів. Тому працювати з ним слід обережно.

2.2 Хімічні властивості

Диоксид сірки займає проміжне положення в ряду окиснення — відновлення сірки. Сірка в ньому позитивно чотиривалентна. Тому атом сірки в молекулі SO₂ може або віддавати ще два електрони, або приєднувати чотири або шість електронів. Отже, в залежності від умов диоксид сірки може бути відновником або окисником. Більш різко в нього виражені відновні властивості.

При взаємодії з окисниками SO₂ виявляє відновні властивості.

Наприклад: S⁴⁺+О₂ + I⁰₂+ H₂O = H₂S⁶⁺О₄ + 2HJ^-

Навпаки, при взаємодії  з дуже сильними відновниками він  виявляє окиснювальні властивості.

Наприклад: S⁴⁺O₂ + 2H₂S^2- = 3S⁰ ↑ + 2H₂O

 

 

3. Обґрунтування запропонованої технологічної схеми

Розглянувши короткі теоретичні відомості про процес абсорбції  і ознайомившись з фізико-хімічними  властивостями найдоцільніше буде застосовувати схему очищення від диоксиду сірки аміаковосірчанокислим методом . Забруднений газ оброблятиметься аміачною водою, при чому буде утворюватись сульфіт бісульфіт амонію.

NH₃ + SO₂ + H₂O → (NH₂)₂SO₃

(NH₄)₂SO₃ + SO₂ + H₂O → 2NH₄HSO₃

Зазвичай процес здійснюється в розпилюючому абсорбері ,а десорбція відбувається в насадковому абсорбері.

4. Технологічна схема вловлювання SO₂ з ПГВ аміаковосірчанокислим методом

Рис.1 Технологічна схема вловлювання SO₂ з ПГВ аміаковосірчанокислим методом:

1 – розпилюючий абсорбер; 2 – десорбер; Є – ємність; Н,Н₁ – насоси; В – вентилятор; Е₁,Е₂ – електрофільтри; К – комин

Процес вловлювання здійснюється в трьохсекційному розпилюю чому абсорбері:

І – секція розпилення сульфіт  бісульфіту;

ІІ – зона поглинання SO₂ з газу;

ІІІ – зона сепарації.

 

5. Опис роботи

Технологічні гази з технологічного процесу за допомогою вентилятора В подаються в верхню першу секцію розпилення абсорбера, яка складається з трьох затоплених конусів. При переповненні якоїсь секції сульфіт бісульфітом абсорбент переливається в інші конуси,підхоплюється повітрям (швидкість в конусах 30 м/с) і розпилюється в секцію ІІ, де і відбувається поглинання SO₂  з газу. В секції ІІІ відбувається розділення очищеного газу від абсорбату. Очищений газ двома потоками поступає на електрофільтри Е₁Е₂ , в яких позбавляється від захоплених крапель сульфіт бісульфіту , які повертаються в ємність Є, збираються в колекторі і через комин К скидаються в атмосферу. Зрошення абсорбентом здійснюється з циркуляційної ємності Є за допомогою насоса Н. Після досягнення концентрації сульфіт бісульфіту в розчині 500-600 г/л вентель відкривається і розчин переходить на десорбцію в абсорбер 2 насадкового типу. Ним зрошується насадка, знизу з мережі під газорозподільчу решітку подається стиснуте повітря або гостра пара. Зверху у мережі насадка зрошується концентрованою сірчаною кислотою. Проходить реакція:

NH₄HSO₃ + H₂SO₄ = (NH₄)₂SO₄ + SO₂ + H₂O

Одержуємо висококонцентрований SO₂ (99,9%) , який з успіхом застосовується для одержання сірчаної кислоти.

Продукт розкладу (NH₄)₂SO₄ збирається в ємності Є₁ і після відповідної обробки: кристалізації, центрифугування ,сушіння ,розфасовки направляється до споживача, що частково зменшує затрати очищення.

6. Заходи щодо охорони праці і техніки безпеки при здійсненні очищення за даною схемою

При роботі з установками  мають бути збережені і дотримані  всі правила техніки безпеки  і заходи з охорони праці для  забезпечення здоровя працівників. Загальними заходами щодо охорони праці , які стосуються і цього процесу є:

• Протипожежна профілактика, розробляє заходи, направленні на попередження пожеж, перекриття шляхів розповсюдження вогню, забезпечення швидкої та безпечної евакуації людей і майна з приміщення.

• Захист від нагрітих поверхонь, виробничого обладнання

Заходом щодо захисту від  цього чинника буде наявність  попереджувального знака або  плаката, що говорить про те, що при  процесі очищення виділяється велика кількість теплоти, або про те, що необхідно працювати в рукавицях.

• Безпека в надзвичайних ситуаціях

•Захист від ураження електричним струмом (в нашому випадку присутні два електрофільтри)

Основний спосіб захисту  від статичної електрики –  заземлення устаткування, судин і  комунікацій, в яких накопичується  статичний струм, використання спеціального взуття з електропровідною підошвою і інші засоби захисту.

Основними заходами захисту  від поразки електричним струмом  є:

забезпечення недоступності  струмоведучих частин;

електричний розподіл мережі;

використання подвійної  ізоляції, вирівнювання потенціалу, використання захисного заземлення, захисного  відключення;

застосування спеціальних  електрозахисних засобів - портативних приладів і пристосувань (ЕС);

організація безпечної експлуатації електроустановок.

Під час цього абсорбційного  очищення використовується аміак, саме з яким і потрібно знати основні  технічні засоби безпеки .

1. Пари водного аміаку, як відомо, діючи на організм  людини, викликають сльозотеча, кашель, задуха. На свіжому повітрі ці  явища швидко минають без подальших  наслідків. Запах аміаку відчувається  навіть при незначному вмісті  його в повітрі - близько 0,01 відсотка, що абсолютно безпечно  для здоров'я, тому при перевезенні,  перекачування і внесення водного  аміаку в грунт, вироблених на відкритому повітрі і при справному стані апаратури, відчуття запаху аміаку саме по собі не представляє небезпеки для людини,

Однак, щоб виключити можливі  випадки вдихання парів аміаку при  великому вмісті їх в повітрі (в аварійних  випадках) або попадання водного  аміаку на слизові оболонки рота, носа і особливо очей, необхідно суворо дотримуватися (виконувати) запобіжні  заходи та безпеки, передбачені цими Правилами

2. Суміш аміаку з повітрям  є вибухонебезпечною і може  вибухнути від іскри, якщо аміаку  в суміші міститься від 15 до 27 відсотків.

Слід мати на увазі, що ємності (сховища, цистерни та бачки машин), в яких знаходився водний аміак, а  також трубопроводи до них, після  їх спорожнення, заповнені сумішшю  парів аміаку з повітрям. Цією ж  сумішшю заповнено простір над  водним аміаком, що знаходяться в  ємкості, тому при обслуговуванні, ремонті  та внутрішньому огляді цистерн, резервуарів  та бачків машин під водного аміаку необхідно строго дотримувати такі ж заходи обережності, як при обслуговуванні та ремонті тари з-під горючих  і легкозаймистих матеріалів.