CS250906B1

CS250906B1 - Způsob využití zředěného oxidu siřičitého

Info

Publication number: CS250906B1
Application number: CS383183A
Authority: CS
Inventors: Rostislav Klimecek; Stanislav Skrna; Josef Kehar; Anna Violova; Jozef Bocko; Pavel Trnka; Ladislav Stefanka
Original assignee: Rostislav Klimecek; Stanislav Skrna; Josef Kehar; Anna Violova; Jozef Bocko; Pavel Trnka; Ladislav Stefanka
Priority date: 1983-05-30
Filing date: 1983-05-30
Publication date: 1987-05-14

Abstract

Odpadní zředěný oxid siřičitý se absorbuje v roztoku s molárním poměrem S02-Na = 0,75 až 0,85, část roztoku po absorpci se dosytí kon centrovaným SO2 za vzniku hydrogensiřlčitanu sodného, druhá část roztoku jde přímo na roz pouštění sody, a tím k přípravě čerstvého absorpčního roztoku.

Description

Vynález se týká způsobu využití zředěného oxidu siřičitého.

Jednou ze surovin, používaných v různých chemickotechnologických procesech, jako například při některých organických syntézách, resp. výrobě organických barviv, je koncentrovaný roztok hydrogensiřičitanu sodného. Tento roztok se dosud získával výlučně reakcí koncentrovaného siřičitého plynu, obvykle ze spalování elementární síry, se sodou. Elementární síra je však potřebná na přípravu koncentrovaného oxidu siřičitého.

Na druhé straně v průmyslu existuje značný počet zdrojů odpadního oxidu siřičitého, který jednak představuje nevyužité ztráty cenné suroviny a jednak je zdrojem škodlivých průmyslových exhalací.

Využití odpadních zdrojů oxidu siřičitého by bylo významným ekonomickým přínosem ve výrobní kalkulaci provozovatele, přičemž není zanedbatelný ani celospolečenský efekt odpovídající snížení spotřeby dovážené suroviny.

Využiti odpadních zdrojů zředěného oxidu siřičitého na výrobu koncentrovaného roztoku hydrogensiřičitanu sodného je dosud na překážku zejména ta skutečnost, že zpracováním zředěného plynu nelze zpravidla získat čistý roztok hydrogensiřičitanu sodného, nýbrž jen roztok, který kromě hydrogensiřičitanu sodného obsahuje 20 až 30 % hmot. sířičitanu sodného. Tato skutečnost vyplývá z fyzikálně chemické povahy dané reakční soustavy.

Rovnovážný parciální tlak oxidu siřičitého nad koncentrovaným roztokem čistého hydrogensiřičitanu sodného ve vodě je totiž příliš vysoký, případně vyšší než parciální tlak oxidu siřičitého v plynné směsi odpadního plynu.

Proces absorpce oxidu siřičitého z plynné směsi do roztoku však může s přijatelnou účinností probíhat jen v tom případě, jestliže rovnovážný parciální tlak oxidu siřičitého nad absorpčním roztokem je nižší než parciální tlak oxidu siřičitého (úměrný obsahu oxidu siřičitého) v plynu. Cím větší je tento rozdíl, tím vyšší je i absorpční účinnost procesu a vyšší stupeň možného zhodnocení odpadni sirné suroviny. Jestliže zdrojem odpadního oxidu siřičitého jsou koncové plyny odpadající z výroby kyseliny sírové, je parciální tlak oxidu siřičitého v plynu přibližně 0,2 kPa. Rovnovážný parciální tlak oxidu siřičitého nad koncentrovaným roztokem čistého hydrogensiřičitanu sodného je řádově shodný.

Rovnovážný parciální tlak oxidu siřičitého nad roztokem sířičitanu sodného je zanedbatelný a obecně závisí nepřímo hlavně na koncentraci vody v roztoku, přímo na teplotě a mólárním poměru SO₂ : Na v roztoku. Při hodnotě tohoto molárního poměru 0,8, což odpovídá obsahu 75 % hmot. NaHSOj a 25 % hmot. Na₂SO₃ (vztaženo na celkový obsah solí) je rovnovážný parciální tlak oxidu siřičitého nad tímto roztokem řádově 0,001 kPa, což ještě umožňuje absorpci oxidu siřičitého s vysokou účinností. V praxi to znamená, že roztok přibližně tohoto složení lze s vysokým výtěžkem (účinností) získávat využitím oxidu siřičitého z odpadního plynu s nízkým obsahem oxidu siřičitého.

Při použití technické sody jako sodné suroviny pro uvažovaný případ absorpce oxidu siřičitého z odpadních plynů existují ještě další dílčí problémy, které jsou objektivní překážkou úspěšné realizace procesu.

Jedním z nich je rozpustnost sloučenin, které v průběhu procesu vznikají. Při sycení roztoku uhličitanu sodného oxidem siřičitým vznikají postupně následující sloučeniny: hydrogenuhličitan sodný, siřičitan sodný, hydrogensiřičitan sodný. Jejich rozpustnost ve vodě je různá a v přepočtu na hmotnostní množství Na na 0,1 kg HjO jsou u jednotlivých sloučenin číselné hodnoty při 25 °C následující:

^Na2^CO3	9,35	Na₂SO₃	9,70
NaHCO₃	2,62	NaHSO₃	15,80

Stejným způsobem vyjádřená koncentrace vyráběného a požadovaného roztoku čistého hydrogensiřičitanu sodného je 15,0 (nulový obsah siřičitanu sodného). Z uvedených číselných dat. je zřejmé, že rozpustnost uhličitanu sodného i reakčních meziproduktů ve vodě neumožňuje získání konečné požadované koncentrace hydrogensiřičitanu sodného.

Podstatně výhodnějším se jeví způsob využití zředěného oxidu siřičitého, například z průmyslových plynů podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že zředěný oxid siřičitý se absorbuje do roztoku obsahujícího S0₂ a Na v molárním poměru 0,75 až 0,85, načež sé méně než 1/2 roztoku po absorpci vede na dosycení 2 až 10% oxidem siřičitým až na molární poměr SOj · Na = 1, vznikající koncentrovaný roztok hydrogensiřičitanu se odtahuje jako proud produktu a ze zbývající části roztoku po absorpci, větší než 1/2, se přídavkem vody a sody připraví čerstvý roztok pro absorpci zředěného oxidu siřičitého. Do absorpce zředěného oxidu siřičitého lze přivádět i zbytkový plyn z dosycení koncentrovaným oxidem siřičitým.

Postupem podle tohoto vynálezu se odstraňují některé technické překážky, které za dosavadního stavu byly důvodem proč se pro výrobu koncentrovaného roztoku čistého hydrogensiřičitanu sodného nezhodnocovaly zdroje odpadních plynů obsahující oxid siřičitý. Jmenovitě rozpouštěním sody ve vratném absorpčním roztoku místo ve vodě se dosahuje zvýšení reakční rychlosti rozpouštění, a to při takové koncentraci vody, že prostým dosycením jen asi 20 % hmot. celkově potřebného oxidu siřičitého ve formě koncentrovaného, resp. zušlechtěného plynu se získá požadovaný, koncentrovaný hydrogensiřičitan sodný.

Složení roztoku pro absorpci oxidu siřičitého z odpadních plynů se reguluje tak, aby molární poměr SO2 : Na se pohyboval blízko hodnoty 0,8. Za těchto podmínek je parciální rovnovážný tlak oxidu siřičitého nad roztokem o několik řádů nižší než parciální tlak oxidu siřičitého v odpadním plynu, takže absorpce zředěného oxidu siřičitého probíhá s vysokou účinností. Pracovní podmínky technologického režimu podle vynálezu současně umožňují snížit oxidaci oxidu siřičitého v roztoku natolik, že konečný obsah síranu sodného v produkovaném roztoku nepřesahuje 7 %, takže produkt s tímto obsahem síranů je dále běžně zpracovatelný. Konečným efektem způsobu podle vynálezu je kromě snížení exhalací pokles spotřeby sirné suroviny (elementární síry) pro účelovou výrobu roztoku hydrogensiřičitanu sodného o 80 %.

Princip vynálezu je znázorněn na přiloženém obrázku, který je v dalším popsán spolu s objasněním funkce jednotlivých technologických uzlů. Vstupy jsou v schématu zakresleny zleva, výstupy zprava.

Odpadní plyn £ s nízkým obsahem SO₂ je uváděn do přímého styku s absorpčním roztokem v absorbéru J2, kde se SO₂ z odpadního plynu 6 převede do roztoku v důsledku pozitivního rozdílu jeho parciálních tlaků v plynu a roztoku. Zbytkový plyn IQ- z absorbéru 2 zbavený 80 až 90 % původně obsaženého SO₂ je odváděn do ovzdgší. Méně než jedna polovina použitého absorpčního roztoku z absorbéru 2 se odtahuje k dosycení ostrým plynem 3 v dosycovacím absorbéru 1^. Plynná fáze vycházející z dosycovacího absorbéru 1^ je zaváděna do absorbéru 2^, kde se obsah SO₂ sníží na úroveň koncentrace veškerého zbytkového plynu 10.

Absorpční roztok odcházející z dosycovacího absorbéru .1 je nasycen tak, že molární poměr SO₂ : Na v něm je 1 : 1. Roztok z dosycovacího absorbéru _1 se odtahuje jako proud produktu j> na expedici. Více než jedna polovina použitého absorpčního roztoku z absorbéru se zavádí do reaktoru po rozpuštění sody £, kam se rovněž zavádí čerstvá soda proudem J_ a technologická voda proudem ji.

Z reaktoru pro rozpouštění sody 4^ se vznikající roztok čerpá do reaktoru pro doreagování sody 3. V předložené reakční směsi se soda rozpouští podle sumární reakce

NaHSO₃ + Na₂CO₃ -> 2 Na₂SO₃ + H₂O + CC>₂ přebytek NaHSO₃ v roztoku zajištuje rychlý průběh reakce a zabraňuje tvorbě málo rozpustných solí hlavně NaHCO^. Z reaktoru pro doreagování sody 2 je vzniklý čerstvý absorpční roztok čerpán do absorbéru 2 ^a jeho cirkulačního okruhu.

Příklad

Odpadní plyn J5 z výroby kyseliny sirové v množství 1,8 . 10⁴ m^{2 3}/h s obsahem 0,2 % SO, a 267 m /h zbytkového plynu odcházejícího z dosycovacího absorbéru 2 se zavádějí do absorbéru

2, kde se z nich do absorpčního roztoku zachytí 97 kg SO,/h. Zbytkový plyn 10 z absorbéru 2,

3 obsahující 18,6 kg/h SO₂ je komínem odváděn do ovzduší. Obsah S0₂ v tomto plynu je 1,2 g/m .

3

Z absorbéru 2 odchází hodinově 10 m absorbčního roztoku. 0,35 m /h tohoto roztoku se o odvádí k dosycení ostrým plynem 5_ (307 m /h s obsahem 57,5 kg/h SO,) v dosycovacim absorbéru 3

2· Zbytek absorpčního roztoku, tj. 9,65 m /h se odvádí do reaktoru pro rozpouštění sody 2· Tamtéž se zavádí i 129,5 kg/h čerstvé sody proudem T_ a 0,66 m³/h technologické vody proudem 2·

Část roztoku odtahovaná z absorbéru 2 ^na dosycení (0,35 m³/h) obsahující rozpuštěný SO₂a Na v molárním poměru 0 ,ΐ s 1 se ostrým plynem 5 v dosycovacim absorbéru 2 dosytí na molární poměr SO₂ : Na = 1 a je odváděn jako proud produktu 9 k expedici.

Roztok vznikající v reaktoru pro rozpouštění sody £ smísením proudů β a vratného roztoku z absorbéru 2 se čerpá do reaktoru pro doreagování sody 2· V reaktoru pro doreagování sody 2 takto vzniká 10 m /h čerstvého absorpčního roztoku s molárním poměrem SO₂ : Na = = 0,77, který se čerpá do absorbéru 2 na absorpci dalšího SO₂ z odpadního plynu 2·

Z uvedeného příkladu provedení vyplývá, že v daném případě se pro výrobu 0,35 m³/h roztoku NaHSOj s obsahem 193 kg NaHSOj spotřebuje celkem 121 kg SO₂< ale z toho jen 57,5 kg ve formě tzv. ostrého plynu 5, účelově vyráběného z elementární síry, kdežto 63,5 kg se získává z odpadního plynu 6, čímž se na 1 tunu NaHSOj ve vyrobeném roztoku dosahuje úspory 0,16 t elementární síry.

Claims

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

1. Způsob využití zředěného oxidu siřičitého, například z průmyslových odpadních plynů, vyznačený tím, že zředěný oxid siřičitý se absorbuje do roztoku obsahujícího SO₂ a Na v molárním poměru 0,75 až 0,85, načež se méně než 1/2 roztoku po absorpci vede na dosycení 2 až 10 % oxidem siřičitým až na molární poměr SO₂ : Na = 1, vznikající koncentrovaný roztok hydrogensiřičitanu se odtahuje jako proud produktu a ze zbývající části roztoku po absorpci, větší než 1/2, se přídavkem vody a sody připraví čerstvý roztok pro absorpci zředěného oxidu siřičitého.
2. Způsob podle bodu 1 vyznačený tím, že do absorpce zředěného oxidu siřičitého se přivádí i zbytkový plyn z dosycování koncentrovaným oxidem siřičitým.