PL160996B1 - Sposób wydzielania z gazów związków siarki, chloru I azotu - Google Patents

Abstract

Sposób wydzielania z gazów związków siarki, chloru i azotu z wytworzeniem nawozu zawierającego siarczan, chlorek i azotan magnezowy polegający na tym, że gaz, zwłaszcza gaz zapylony pochodzący ze spalania paliw miesza się z zawiesiną tlenku, wodorotlenu bądź węglanu magnezowego w wodnym roztworze siarczanu, siarczynu, chlorku i azotanu magnezowego, znamienny tym, że z zawiesiny poreakcyjnej separuje się jej część zawierającą osad stanowiący pył wydzielony z gazu oraz nieprzereagowany surowiec, tę część zawiesiny filtruje się a uzyskany filtrat natlenia się z równoczesnym zatężeniem i oziębieniem, po czym z filtratu separuje się mieszane kryształy siarczanu, chlorku i azotanu magnezowego, zaś lug pokrystalizacyjny łączy się z zawiesiną zawierającą tlenek, wodorotlenek bądź węglan magnezowy

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wydzielania z gazów związków siarki, chloru i azotu z wytworzeniem nawozu zawierającego siarczan, chlorek i azotan magnezowy.

Znane są dwa sposoby wydzielania z gazów związków siarki, chloru i azotu występujących w postaci dwutlenku i trójtlenku siarki, chlorowodoru oraz dwutlenku azotu przy użyciu związków magnezu /tlenku, wodorotlenku bądź węglami jako czynnika alkalicznego.

Sposób półsuchy polega na wtryskiwaniu do strumienia gazu wodnej zawiesiny wyżej wymienionych związków magnezu. W trakcie suszenia drobnych kropel zawiesiny następuje częściowa absorpcja wyżej wymienionych składników z gazu. Reagują one z zewnętrzną powierzchnią ziam stanowiących składnik zawiesiny. W rezultacie uzyskuje się bardzo drobny, higroskopijny a stąd trudny do wyseparowania pył zawierający przede wszystkim nieprzereagowany surowiec magnezowy a także siarczyn magnezowy, chlorek magnezowy i azotyn magnezowy.

Znana jest też wersja sucha, polegająca na mieszaniu gazu z drobno zmielonym alkalicznym czynnikiem magnezowym a następnie, po krótkim czasie przebywania w strumieniu gazu, wydzieleniu czynnika alkalicznego wraz z pokrywającymi jego powierzchnię związkami siarki, chloru i azotu.

Zasadniczą wadą tego znanego sposobu jest: mała sprawność tego typu procesów usuwania składników gazu, konieczność stosowania kilkakrotnego nadmiaru czynnika alkalicznego w stosunku do stechiometrii reakcji, uzyskiwanie związków siarki przede wszystkim w postaci siarczynu magnezowego. Wadą tego typu procesów jest również uzyskiwanie wydzielonych związków siarki, chloru i azotu w mieszaninie z nieprzereagowanym czynnikiem alkalicznym jak również z pyłem.

Tak wytworzona mieszanina związków magnezu i pyłu nie może być stosowana jako nawóz magnezowy ze względu na obecność toksycznych składników pyłu w mieszaninie.

Znane sposoby mokre wydzielania z gazów związków siarki, chloru i azotu polegają na zraszaniu gazu cyrkulującego zawiesiną alkalicznego czynnika magnezowego w wodzie przy czym z zawiesiny w sposób ciągły wydziela się składniki stałe będące mieszaniną nieprzereagowanego surowca i pyłu zawartego w gazie jak również w sposób ciągły odprowad/a się roztwór siarczynu, chlorku i azotanu magnezowego, z którego na drodze zatężenia, oziębienia i krystalizacji wydziela się siedmio wodny siarczyn i siarczan magnezowy zaś część roztworu siarczanu

160 996 i siarczynu, chlorku i azotanu magnezowego odpuszcza się z układu aby nie dopuścić do nadmiernego wzrostu stężenia chlorku i azotanu magnezowego co powoduje krystalizację siarczynu i siarczanu magnezowego w cyrkulującej zawiesinie. W wyniku krystalizacji zniszczeniu mogą ulec pompy powodujące cyrkulację zawiesiny alkalicznego czynnika magnezowego zaś kryształy siarczynu i siarczanu magnezowego separowane wraz z nieprzereagowanym czynnikiem alkalicznym i pyłem stanowią stratę wytwarzanego siarczynu i siarczanu magnezowego. Wobec braku urządzeń do szybkiego ciągłego pomiaru stężenia chlorku i azotanu magnezowego w zawiesinie, znane metody mokre nie mogą być przedmiotem automatycznego, komputerowego sterowania lecz wymagają sterowania ręcznego, opartego na praco- i czasochłonnej okresowej kontroli stężeń tych związków w zawiesinie. Według znanych sposobów mokrych wydzielania z gazów związków siarki, chloru i azotu na skutek złych warunków utleniania siarczynu do siarczanu magnezowego uzyskuje się mieszaninę kryształów siarczynu i siarczanu magnezowego, która ze względu na obecność siarczynu nie ma wartości nawozowej i dlatego jest następnie rozkładana termicznie z wydzieleniem dwutlenku i trójtlenku siarki, które przetwarza się na kwas siarkowy, zaś tlenek magnezowy będący również produktem rozkładu zwraca się do procesu i stosuje jako czynnik alkaliczny. Ten sposób przetwarzania mieszaniny siarczynu i siarczanu magnezowego jest bardzo kosztowny i wymaga materiałów konstrukcyjnych o specjalnej odporności korozyjnej.

Według znanych sposobów mokrych wydzielania z gazów związków siarki, chloru i azotu części stałe usuwa się w sposób dowolny z pobieranej części cyrkulującego strumienia zawiesiny w wyniku czego znaczna część nieprzereagowanego alkalicznego czynnika magnezowego jest usuwana z układu i nie jest wykorzystana w procesie. Jej ubytek stanowi istotną stratę.

Znane sposoby wydzielania z gazów związków siarki chloru i azotu, zwłaszcza z gazów ze spalania paliw stałych, ciekłych i gazowych posiadają szereg niedogodności powodujących ich złą ekonomikę, złą jakość uzyskiwanych produktów bądź uniemożliwiających pełną automatyzację procesu. Stwierdzono, że jeżeli zastosuje się ciągłą separację części stałych z cyrkulującej zawiesiny, której strumień po przefiltrowaniu podda się natlenianiu, oziębieniu i zatężeniu z równoczesną krystalizacją mieszanych kryształów soli magnezowych a ług pokrystalizacyjny zawróci się do obiegu absorbera to wyeliminuje się wyżej wymienione wady.

Sposób według wynalazku polega na tym, że gaz zawierający związki siarki, chloru i azotu, zwłaszcza zapylony gaz pochodzący ze spalania paliw miesza się z zawiesiną tlenku, wodorotlenku bądź węglanu magnezowego w wodnym roztworze siarczanu, siarczynu, chlorku i azotanu magnezowego, zaś z zawiesiny poreakcyjnej separuje się jej część zawierającą osad stanowiący pył wydzielony z gazu oraz osad, będący pozostałością nieprzereagowanego surowca, część tej zawiesiny filtruje się uzyskany filtrat poddaje się natlenianiu z równoczesnym adiabetycznym zatężeniem i oziębieniem, po czym z filtratu separuje się mieszane kryształy siarczanu, chlorku i azotanu magnezowego zaś ług pokrystalizacyjny łączy się z zawiesiną alkalicznego czynnika magnezowego.

Sposób według wynalazku polega również na tym, że wydzielanie związków siarki, chloru i azotu z gazów oraz wytwarzanie nawozu zawierającego siarczan, chlorek i azotan magnezowy prowadzi się przy różnych stężeniach rozpuszczalnych składników zawiesiny to jest siarczynu, siarczanu, chlorku i azotanu magnezowego przy czym w części do wydzielania siarki, chloru i azotu z gazów stężenia siarczanu i siarczynu magnezowego są większe zaś stężenia chlorku i azotanu magnezowego są mniejsze od stężeń tych samych soli w części procesu, w której następuje wydzielenie nawozu magnezowego, przy czym stężenia składników rozpuszczalnych w obydwu wyodrębnionych częściach procesu według sposobu ustalają się samoczynnie w wyniku ilości związków siarki, chloru i azotu wydzielonych z gazu, jak również wielkości strumienia cieczy kierowanego do wydzielania nawozu magnezowego.

W sposobie według wynalazku całość chlorku i azotanu magnezowego wydzielonych z gazu jest wyprowadzona na zewnątrz instalacji w postaci kryształów w maksymalnym stopniu uwodnienia w mieszaninie z kryształami siedmiowodnego siarczanu magnezowego. Skład nawozu magnezowego wytworzonego w efekcie wydzielania z gazów związków siarki, chloru i azotu zależy od stężenia składników nawozu w filtracie. W sposobie według wynalazku trzy operacje, a mianowicie: zatę zanie filtratu, oziębianie filtratu i utlenianie siarczynu magnezowego

160 996 do siarczanu magnezowego prowadzi się równocześnie przez zmieszanie filtratu z powietrzem atmosferycznym.

W sposobie według wynalazku zawiesinę do filtracji pobiera się w sposób gwarantujący pozostawienie w zawiesinie ziam o wymiarach powyżej 30 pm będących ziarnami nieprzereagowanego alkalicznego czynnika magnezowego. Tylko ziarna fazy stałej o wymiarze poniżej 30 pm stanowiące pył wyseparowany z gazu jak również nieaktywną pozostałość po przereagowanym alkalicznym czynniku magnezowym, będące zbędnym balastem są wyprowadzone ze strumieniem zawiesiny i separowane w filtrze.

Sposób według wynalazku posiada szereg korzystnych cech różniących go od znanych sposobów i stanowiących o jego oryginalności i ekonomice. W sposobie według wynalazku w trakcie filtracji z zawiesiny są separowane części stałe w postaci pyłu wychwyconego z gazów w absorberze a także jako nieprzereagowany surowiec magnezowy. Zawiesina kierowana do fitracji ma temperaturę 55-65°Ć, jest nienasyconym roztworem soli magnezowych stąd wydzielony osad zawiera oprócz wymienionych składników stałych tylko roztwór soli magnezowych. Wydzielony osad jest jednym odpadem wytworzonym w instalacji pracującej sposobem według wynalazku.

Inną korzystną cechą sposobu według wynalazku jest powstawanie obojętnego produktu chemicznego - siarczanu magnezowego w wyniku utleniania tlenem atmosferycznym siarczynu magnezowego.

Zaletą sposobu według wynalazku jest powstawanie mieszanych kryształów soli magnezowych dzięki utrzymywaniu się w układzie odpowiednio wysokich stężeń azotanu i chlorku magnezowego, przy czym proporcje udziałów poszczególnych związków w roztworze poddanym krystalizacji ustalają się samoczynnie.

Prowadząc wydzielanie z gazów związków siarki, chloru i azotu sposobem według wynalazku uzyskuje się ograniczenie strat krystalizujących soli magnezowych, które w znanych procesach są wydzielane wraz z osadem zawartym w zawiesinie. Sole magnezowe zarówno siarczan jak chlorek i azotan są wydzielane w formie jednego krystalicznego produktu, którego wartość w przypadku stosowania jako nawozu magnezowego jest z tytułu zawartości azotu większa niż w instalacjach tradycyjnych, gdzie wydziela się siarczan magnezowy jako produkt. Zblokowanie procesów wydzielania, zatężania i utleniania filtratu w jednym aparacie, w którym miesza się gorący roztwór z powietrzem atmosferycznym daje oszczędność miejsca i aparatury. Samoregulacja bilansowa stężeń soli magnezowych w układzie ogranicza ingerencję obsługi i pozwala na całkowitą eliminację ręcznej obsługi instalacji. Instalacja pracująca sposobem według wynalazku jest wyposażona w sprawdzone układy do pomiaru i regulacji dające możliwość w pełni automatycznego prowadzenia procesu.

Powyższe cechy stanowią o przewadze sposobu według wynalazku nad znanymi wcześniej sposobami usuwania z gazów związków siarki, chloru i azotu.

Przedmiot wynalazku jest zilustrowany w przykładzie wykonania, który nie ogranicza jego zakresu.

o

Przykład. Do absorbera wprowadza się w sposób ciągły 10000 Nm /h gazów spalinowych ze spalania węgla kamiennego. Gazy zawierają 0,1% obj. SO2, 0,005% obj. NO2, oraz gazy jak azot, tlen, dwutlenek węgla, wodę, tlenek azotu, które nie reagują w absorberze. Gaz zawiera też 1,0 g/Nm³ pyłu o wymiarach ziam poniżej 30 m. Do absorbera dodaje się zawiesinę 50 g/1 części stałych w roztworze zaw. 15% wag. MgSCh, 13% wag. MgSCb, 3% wag. MgCl i 6% wag. Mg(NCb)2 oraz wodę. Do zawiesiny dodaje się w sposób ciągły 21,4 kg/h magnezytu prażonego zawierającego 90% MgO, zmielony do ziarna o wymiarach poniżej 100 m. Zawiesina cyrkulująca przez absorber ma temperaturę 60°C. W absorberze następuje wydzielenie z gazu 90% dwutlenku siarki, 90% chlorowodoru i 50% dwutlenku azotu oraz 70% pyłu wprowadzonego z gazem: stopień przereagowania tlenku magnezu wynosi 90%.

Z absorbera, poprzez klasyfikator dynamiczny, wyprowadza się na zewnątrz 183,6 kg/h zawiesiny zawierającej 7 kg/h pyłu wprowadzonego z gazem oraz 3,9 kg/h pozostałości alkalicznego czynnika magnezowego o wymiarze ziam poniżej 30 m, zawiesinę filtruje się uzyskując 13,6 kg/h osadu zawierającego 20% roztworu. Filtrat w ilości 170 kg/h kieruje się do P^rz^eciwp^rą^doweJ^{, f}lu^ida^lnej^, a^dia^bat^ycznej Mumny zasdanej o^{d d}oto ^{250 N}m^3/h powtetra atmosferycznego o temperaturze 20°C. W wyniku odparowania 9 kg/h wody zawartej w zawiesinie, jej temperatura obniża się do 20°C, w konsekwencji, w kolumnie następuje krystalizowanie mieszaniny zawierającej 97,3 kg/h MgSCh 7 H2O, 1,9 kg/h MgCl 6 H2O i 5,4 kg/h Mg(NCb)2 6 H2O i 1% MgSCb 6 H2O oraz 56 kg/h fazy ciekłej o składzie 6,2% wag MgSO4, 0,1% wag. MgSO, 7,5% wag. MgCh i 12,5 wag. Mg(NC>3)2. Kryształy separuje się w wirówce a następnie suszy i pakuje w worki, natomiast ług po wirowaniu w ilości 56 kg/h łączy się ze strumieniem cyrkulującym w obiegu absorbera.

160 996

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 10 000 zł

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wydzielania z gazów związków siarki, chloru i azotu z wytworzeniem nawozu zawierającego siarczan, chlorek i azotan magnezowy polegający na tym, że gaz, zwłaszcza gaz zapylony pochodzący ze spalania paliw miesza się z zawiesiną tlenku, wodorotlenu bądź węglanu magnezowego w wodnym roztworze siarczanu, siarczynu, chlorku i azotanu magnezowego, znamienny tym, że z zawiesiny poreakcyjnej separuje się jej część zawierającą osad stanowiący pył wydzielony z gazu oraz nieprzereagowany surowiec, tę część zawiesiny filtruje się a uzyskany filtrat natlenia się z równoczesnym zatężeniem i oziębieniem, po czym z filtratu separuje się mieszane kryształy siarczanu, chlorku i azotanu magnezowego, zaś ług pokrystalizacyjny łączy się z zawiesiną zawierającą tlenek, wodorotlenek bądź węglan magnezowy.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stężenie siarczanu i siarczynu magnezowego są większe a stężenie chlorku i azotanu magnezowego są mniejsze w strefie wydzielania składników z gazu niż w strefie wydzielania nawozu magnezowego.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że natlenianie, zatężanie i oziębianie filtratu następuje adiabatycznie z wykorzystaniem ciepła strumienia filtratu.