CZ291092B6 - Způsob zpracování proudu plynu obsahujícího oxidy síry a zařízení obsahující první mokrý separátor plynu - Google Patents

Abstract

Zp sob spo v v tom, e se zpracuje (i) proud plynu na proud prvn slo ky obsahuj c nejm n 30 % z celkov ho mno stv oxid s ry v proudu plynu a na proud druh slo ky obsahuj c nejm n st zbytku z celkov ho mno stv oxid s ry; (ii) konvertuje se proud prvn slo ky na zkoncentrovan² plyn obsahuj c oxidy s ry v koncentraci nejm n 2,5 % objemov²ch; (iii) konvertuj se oxidy s ry v proudu druh slo ky na sirovod k; a (iv) zav d se zkoncentrovan² plyn z kroku (ii) a sirovod k z kroku (iii) do za° zen na v²robu kyseliny s rov , zkapaln n ho oxidu si°i it ho, nebo element rn s ry. Za° zen sest v z prvn ho mokr ho separ toru plynu (1), odply ova e (5), prost°edk (3) pro konvertov n oxid s ry na sirovod k, druh ho mokr ho separ toru plynu (2) a prost°edk (6) pro v²robu kyseliny s rov , zkapaln n ho oxidu si°i it ho a element rn s ry.\

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu a zařízení pro výrobu kyseliny sírové, zkapalněného oxidu siřičitého nebo elementární síry z proudu plynů obsahujících oxidované sloučeniny síry, jaké například vznikají při spalování uhlí v tepelných elektrárnách.

Dosavadní stav techniky

V provozu tepelných elektráren spalujících uhlí vzniká proud plynů, které jsou znečištěny sloučeninami síry, zejména oxidovými sloučeninami síry. V jiných procesech, například při výrobě aglomerátů pro vsázky do vysokopecních procesů v železářském a ocelářském průmyslu, se rovněž vyskytují odpadní proudy plynů s obsahem síry. Tyto odpadní proudy plynů představují závažné nebezpečí pro životní prostředí, neboť jejich vypouštění do ovzduší způsobuje okyselování životního prostředí. Proto jsou výrobní zařízení, ve kterých takovéto proudy plynů vznikají, obvykle vybavována zařízením pro odstraňování sloučenin síry z proudu plynů. Takovéto systémy pro čištění plynů jsou však relativně drahé a často jenom přesunují problém znečištění životního prostředí z jednoho místa na jiné. Jeden ze známých příkladů je systém, v němž se sloučeniny obsahující síru odstraňují z odpadních plynů vázáním na vápenec, čímž vznikají velké problémy s jeho likvidací.

EP-A-217 567 uvádí způsob úpravy plynu s velkým podílem oxidu siřičitého tohoto plynu pro Clausovu reakci, kterou se vyrábí elementární síra.

NL-A-7 505 940 popisuje zkoncentrování oxidu siřičitého z odpadních plynů, obsahujících oxid siřičitý, absorpcí oxidu siřičitého a nato regenerováním proudu plynu, obsahujícího oxid siřičitý ve vyšší koncentraci. Regenerovaný proud plynu před zavedením do Clausova reaktoru smíšen s redukčním plynem, který vzniká z odpadního plynu z Clausova reaktoru.

Podstata vynálezu

Předmětem vynálezu je poskytnutí způsobu a zařízení pro odstraňování sloučenin obsahujících síru z proudu plynů při minimalizaci znečištění životního prostředí a problému likvidace a při získávání vhodných výrobků jako je kyselina sírová nebo elementární síra.

Způsob zpracování proudu plynu obsahujícího oxidy síry za účelem získávání kyseliny sírové nebo zkapalněného oxidu siřičitého a elementární síry obsahuje následující kroky:

(i) promyje se proud plynu v mokrém separátoru plynu pro získání proudu první složky ve formě proudu vody obsahujícího nejméně 30 % oxidu síry z celkového množství v proudu plynu a opouštějící plynný proud druhé složky, který obsahuje zbytek oxidů síry z celkového množství v proudu plynu, (ii) odplyňuje se proud první složky ve formě proudu vody v odplyňovači pro získání zkoncentrovaného plynu, který obsahuje oxidy síry v koncentraci nejméně 2,5 objemových %, (iii) absorbují se oxidy síry z plynného proudu druhé složky do vody a konvertují na sirovodík a (iv) zavede se zkoncentrovaný plyn z kroku (ii) a sirovodík z kroku (iii) do výrobních zařízení, kde se z nich vyrábí kyselina sírová, zkapalněný oxid siřičitý, nebo elementární síra.

-1 CZ 291092 B6

Výhodně proud první složky ve formě proudu vody obsahuje nejméně 60 % oxidů síry z celkového množství proudu plynů a v kroku (iv) je vyráběna kyselina sírová.

Je popsáno dodávání vzduchu nebo části proudu plynu nebo směsi vzduchu a části proudu plynu jako stripovacího plynu do odplyňovače, které zahrnuje dodávání odtékající vody obsahující oxidy síry z odplyňovače pro získávání zkoncentrovaného plynu do prvního mokrého separátoru plynu, ve které se získávají proudy první a druhé složky.

Krok (iii) zahrnuje konvertování ve vodě absorbovaných oxidů síry v anaerobním reaktoru na sirovodík.

Plynný proud druhé složky obsahuje ne více než 30 % oxidů síry z celkového množství proudu plynů.

Způsob zahrnuje dodávání odtékající vody obsahující oxidy síry z odplyňovače do anaerobního reaktoru, kde odplyňovač zpracovávající proud vody obsahuje oxidované sloučeniny síry a pracuje při tlaku v rozmezí 0,1 až 0,15 MPa.

Zařízení, obsahující první mokrý separátor plynu a odplyňovač pro zpracování proudu plynů obsahujících oxidy síry pro získání kyseliny sírové nebo zkapalněného oxidu siřičitého a elementární síry obsahuje:

(i) první mokrý separátor plynu pro zpracování proudu plynu pro získání z těchto plynů proudu 25 první složky ve formě proudu vody obsahujícího nejméně 30 % oxidů síry z celkového množství proudu plynů a plynného proudu druhé složky opouštějícího první mokrý separátor plynu obsahujícího v podstatě zbytek z celkového množství oxidů síry z proudu plynů, (ii) odplyňovač pro zpracování proudu první složky ve formě proudu vody pro získání 30 zkoncentrovaného plynu obsahujícího oxidy síry, (iii) druhý mokrý separátor plynu pro zpracování plynného proudu druhé složky opouštějícího první mokrý separátor plynu pro získání z nich druhého proudu vody a prostředky pro konvertování oxidů síry z druhého proudu vody na sirovodík a (iv) prostředky pro výrobu kyseliny sírové, zkapalněného oxidu siřičitého a elementární síry z obou zkoncentrovaných plynů z prostředků pro konvertování proudu první složky ve formě proudu vody a sirovodíku z uvedených prostředků pro konvertování oxidů síry z proudu plynu druhé složky.

Dalším aspektem vynálezu je zařízení, které zahrnuje prostředky pro napájení odtékající vody obsahující oxidy síry z odplyňovače do prvního mokrého separátoru plynu.

Prostředky pro konvertování proudu plynu druhé složky obsahují anaerobní reaktor pro 45 konvertování oxidů síry na sirovodík.

Proud druhé složky typicky obsahuje, vyjma ztrát netěsnostmi, celý zbytek oxidovaných sloučenin síry, zbylý po vytvoření proudu první složky, ale podle vynálezu je část původního proudu plynů později použita při zpracování tak, jak bude popsáno dále. Tato část je zde ve 50 výpočtech procent množství v proudu složky zanedbána.

Bylo zjištěno, že z hlediska spotřeby energie a z hlediska chemické výtěžnosti je postupem podle tohoto vynálezu možno zajistit systém, který je výhodný pro čištění proudů odpadních plynů s obsahem síry a přičemž tímto postupem se navíc získávají ekonomicky hodnotné výrobky.

-2CZ 291092 B6

Vynález je zvláště vhodný pro zpracovávání proudů plynů, obsahujících znečištění oxidovanými sloučeninami síry na úrovni pod 5 % objemových, například v mezích 1000 až 9000 ppm.

Podle tohoto způsobu proud první složky výhodně obsahuje nejméně 60 % z celkového množství oxidovaných sloučenin síry přítomných v původním proudu plynů a výrobní zařízení podle kroku (iv) slouží pro výrobu kyseliny sírové. Byla zjištěna možnost dosáhnout tímto způsobem zvláště vysokého stupně čistoty takto vyráběné kyseliny sírové.

Například, jestliže se obsah oxidovaných sloučenin síry v původním proudu plynů pohybuje v rozsahu mezí 1000 až 9000 ppm, tak koncentrace oxidovaných sloučenin síry při opouštění odplyňovače se v průměru zvýší dvacetinásobně.

Do odplyňovače se obvykle jako stripovací plyn dodává pára, aby docházelo k odplyňování. Ve zvláštním včlenění ve vynálezu se nyní navrhuje dodávat vzduch nebo část původního proudu plynů jako stripovací plyn. Toto překvapující řešení poskytuje velmi přitažlivý způsob co do spotřeby energie, neboť na výrobu obvykle používané páry se spotřebuje mnoho energie. Kromě toho má tento způsob výhodu v tom, že se snižuje požadavek na množství kyslíku v následujícím výrobním zařízení na výrobu produktů ze síry.

Odtékající proud vody z odplyňovače, obsahující oxidované sloučeniny síry, se zavádí zpět jako napájecí voda pro mokrou pračku plynu. Tím se dosahuje další optimalizace postupu.

Výhodou ve vynálezu je, že voda, ve které je absorbována frakce plynného proudu druhé složky je zaváděna do anaerobního reaktoru za účelem konverze rozpuštěných oxidovaných sloučenin síry na sirovodík.

Tento sirovodík je potom přidán do zkoncentrovaného plynu obsahujícího oxidované sloučeniny síry. Jako biologický anaerobní reaktor jsou vhodné různé systémy.

Proud druhé složky obsahuje nejméně 40 % v původním proudu plynů přítomných oxidovaných sloučenin síry. Výhodné však je tento proud složky upravit například tak, aby obsahoval ne více než 30 % původních oxidovaných sloučenin síry v proudu plynů. Tím se dosáhne výhody menšího zatížení anaerobního reaktoru a snížení s tím spojené spotřeby přísad do reaktoru.

Dále je žádoucí dodávat do anaerobního reaktoru proud vody obsahující oxidované sloučeniny síry, pocházející z odplyňovače pro zpracování proudu první složky. Oxidované sloučeniny síry v této vodě poskytují účinný zdroj napájení pro anaerobní reaktor.

Podle specifického hlediska vynálezu je zkoncentrovaný plyn obsahující oxidované sloučeniny síry směšován se sirovodíkem a zaváděn do reaktoru na výrobu kyseliny sírové, do zařízení pro výrobu zkapalněného oxidu siřičitého nebo do Clausova zařízení na výrobu elementární síry.

Přehled obrázků na výkrese

Vynález bude blíže objasněn pomocí výkresu, který je vytvořen jedním schématem, graficky znázorňujícím zařízení začleněná do vynálezu.

Příklad provedení vynálezu

Ve schématu je proud plynů v podobě kouřových plynů po ochlazení (není zakresleno) zaváděn do prvního mokrého separátoru plynu 1, kde jsou kouřové plyny děleny na proudy dvou různých složek. Proud první složky zahrnuje ve vodě rozpuštěných nejméně 30 %, s výhodou přibližně 60 % a ještě výhodněji 70 % z oxidovaných sloučenin síry, přítomných v kouřových plynech.

-3 CZ 291092 B6

Tento proud první složky je zaveden potrubím 10 do odplyňovače neboli striperu 5, ve kterém se získává vysoce zkoncentrovaný proud plynu, který obsahuje nejméně 2,5 % objemových oxidovaných sloučenin síry vztaženo na celkový objem proudu plynů, které opouštějí striper 5 potrubím 12. Stripování ve striperu 5 se například provádí párou, ale přednost podle vynálezu je 5 dávána použití vzduchu nebo části původního proudu plynů. S prvním mokrým separátorem plynu 1, seřízeným takovým způsobem, že proud první složky obsahuje nejméně 30 % původních sloučenin síry, je způsob podle vynálezu obzvláště vhodný pro výrobu elementární síry. Jestliže proud první složky obsahuje 60 % nebo více z celkového původního množství sloučenin síry, tak je příhodnější vyrábět kyselinu sírovou. Podle způsobu v souladu s vynálezem se získává 10 kyselina sírová vysokého stupně čistoty. Současně je způsob ve shodě s vynálezem vhodný pro výrobu zkapalněného oxidu siřičitého.

Voda vystupující z odplyňovače 5 je zaváděna zpět potrubím 11 do prvního mokrého separátoru plynu 1 jako napájecí voda.

Proud druhé složky, který obsahuje zbytek oxidovaných sloučenin síry původně přítomných v proudu plynu, je zaváděn potrubím 7 z prvního mokrého separátoru plynu 1 do druhého mokrého separátoru plynu 2, který jednak poskytuje dostatečně čistý plyn, který je uvolňován do ovzduší prostřednictvím B a jednak proud vody s oxidovanými sloučeninami síry absorbovanými 20 do vody a v ní rozpuštěnými v druhém mokrém separátoru plynů 2. Proud vody s absorbovaným oxidovanými sloučeninami síry druhého mokrého separátoru plynů 2 je zaváděn potrubím 8 do anaerobního reaktoru 3. Současně je voda odpouštěna z odplyňovače 5 zaváděna do anaerobního reaktoru 3 potrubím 13. V anaerobním reaktoru 3 se ve vodě přítomné oxidované sloučeniny síry konvertují na sirovodík. Potom voda s rozpuštěným sirovodíkem opouští reaktor 3 potrubím 9 25 a kalovité úsady v reaktoru 3 jsou vypouštěny potrubím 16.

Reaktor 3 je biologický anaerobní reaktor a vhodný příklad biologického reaktoru uvádí nizozemský patent č. 166 000. Rozpuštěný SO_X (jako siřičitan nebo síran) se konvertuje na H₂S. + Do reaktoru 3 je dodáván napájecí substrát.

Potrubí 9 přivádí sirovodík rozpuštěný ve vodě do odplyňovače 4 a část odpouštěné vody, pocházející z odplyňovače 4, je zpět potrubím 15 do druhého mokrého separátoru plynu 2 jako napájecí voda. Zbytek odpouštěné vody, který může být vypouštěn bez ohrožení životního prostředí, opouští odplyňovač 4 potrubím 14. Plynný sirovodík, uvolněný v odplyňovači 4, je 35 směšován se zkoncentrovaným plynem, který obsahuje oxidované sloučeniny síry z odplyňovače a je zaváděn do zařízení 6, které je vhodné pro výrobu kyseliny sírové nebo alternativně pro výrobu elementární síry. Pro výrobu elementární síry se používá Clausova zařízení, které je známé jako takové.

Podrobnosti o různých částech zařízení z nákresu zde není potřebné uvádět, neboť vhodné příklady jsou v chemickém inženýrství známé.

Například, mokré separátory plynu 1,2 jsou otevřené sprchové věže, pracující protiproudovým způsobem. Stripery, vhodné jako zařízení 4. 5 jsou známé a rozpuštěný SO_X se v nich uvolňuje do 45 plynné fáze. Acidita a teplota vody se zvyšují a dále se voda dostává do styku se stripovacím plynem. Výrobní zařízení na kyselinu sírovou a Clausovo zařízení, které jsou vhodné pro zařízení 6, jsou rovněž známé.

Vynález není omezen na uvedená konkrétní včlenění a jsou možné variace a modifikace v rámci 50 konceptu vynálezu.

Claims (11)

1. Způsob zpracování proudu plynu obsahujícího oxidy síry pro získání kyseliny sírové nebo zkapalněného oxidu siřičitého a elementární síry, vyznačující se tím, že se (i) promývá proud plynu v mokrém separátoru plynu pro získání proudu první složky ve formě proudu vody obsahujícího nejméně 30 % oxidů síry z celkového množství v proudu plynu, a opouštějícího plynného proudu druhé složky, který obsahuje zbytek oxidů síry z celkového množství v proudu plynu, (ii) odplyňuje proud první složky ve formě proudu vody v odplyňovači pro získání zkoncentrovaného plynu, který obsahuje oxidy síry v koncentraci nejméně 2,5 objemových %, (iii) absorbují oxidy síry z plynného proudu druhé složky do vody a konvertují na sirovodík a (iv) zavádí zkoncentrovaný plyn z kroku (ii) a sirovodík z kroku (iii) do výrobních zařízení, kde se z nich vyrábí kyselina sírová, zkapalněný oxid siřičitý, nebo elementární síra.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že proud první složky ve formě proudu vody obsahuje nejméně 60 % oxidů síry z celkového množství v proudu plynu a že v kroku (iv) je vyráběna kyselina sírová.

3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že zahrnuje dodávání vzduchu nebo části proudu plynu nebo směsi vzduchu a části proudu plynu jako stripovacího plynu do odplyňovače.

4. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vy zn ač u j í cí se tím, že zahrnuje dodávání vody z odplyňovače obsahující oxidy síry do prvního mokrého separátoru plynu, ve kterém se získávají proudy první a druhé složky.

5. Způsob podle kteréhokoliv z předchozích nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že v kroku (iii) zahrnuje konvertování ve vodě absorbovaných oxidů síry v anaerobním reaktoru na sirovodík.

6. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že plynný proud druhé složky obsahuje ne více než 30 % oxidů síry z jejich celkového množství v proudu plynů.

7. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že zahrnuje dodávání vody z odplyňovače, obsahující oxidy síry do anaerobního reaktoru.

8. Způsob podle některého z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že odplyňovač zpracovávající proud vody, která obsahuje oxidy síry, pracuje při tlaku v rozmezí 0,1 až 0,15 MPa.

9. Zařízení obsahující první mokrý separátor plynu a odplyňovač pro zpracování proudu plynu obsahujícího oxidy síry pro získávání kyseliny sírové nebo zkapalněného oxidu siřičitého a elementární síry, vyznačující se tím, že obsahuje (i) první mokrý separátor plynu (1) pro zpracování proudu plynu pro získání z tohoto plynu proudu složky ve formě proudu vody obsahujícího nejméně 30 % oxidů síry z celkového množství v proudu plynu a plynného proudu druhé složky opouštějícího první mokrý separátor plynu (1) a obsahujícího v podstatě zbytek z celkového množství oxidů síry v proudu plynu,

-5CZ 291092 B6 (ii) odplyňovač (5) pro zpracování proudu první složky ve formě proudu vody pro získání zkoncentrovaného plynu obsahujícího oxidy síry, (iii) druhý mokrý separátor plynu (2) pro zpracování plynného proudu druhé složky, 5 opouštějícího první mokrý separátor plynu (1) pro získávání druhého proudu vody a prostředky (3) pro konvertování oxidů síry z druhého proudu vody na sirovodík a (iv) prostředky (6) pro výrobu kyseliny sírové, zkapalněného oxidu siřičitého a elementární síry ze zkoncentrovaných plynů zodplyňovače (5) pro zpracování proudu první složky ve formě

10 proudu vody a sirovodík z prostředků (3) pro konvertování oxidů síry na sirovodík.

10. Zařízení podle nároku 9, vyznačující se tím, že zahrnuje prostředky pro napájení vody, odtékající zodplyňovače (5) a obsahující oxidy síry do prvního mokrého separátoru plynu (1).

11. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků 9a 10, vyznačující se tím, že prostředky (3) pro konvertování oxidů síry na sirovodík zahrnují anaerobní reaktor.