PL172404B1 - Sposób i urzadzenie do oczyszczania gazu zawierajacego tlenowe zwiazki siarki PL - Google Patents

Abstract

1. Sposób oczyszczania gazu zawierajacego tleno- w e zwiazki siarki, w który m czesc tlenowych zwiazków siarki zaw artych w gazie przetwarza sie w siarkowodór, a inna czesc tlenowych zwiazków siarki poddaje sie reakcji z tym siarkowodorem do utw orzenia kw asu siarkowego, skondensowanego dwu tlenku siarki lub siarki pierwia- stkowej, znam ienny tym , ze poddaje sie pierwotny strum ien gazu plukaniu w pluczce wodnej i wydziela sie z tej pluczki wodnej pierwszy skladowy strum ien w posta- ci strum ienia wody zawierajacej co najmniej 30% calko- witej ilosci tlenowych zwiazków siarki zaw artych w strum ieniu gazu oraz drugi skladowy strum ien w postaci strum ienia gazu opuszczajacego pluczke wodna, zawie- rajacego pozostala niezaabsorbow ana ilosc tlenowych zwiazków siarki zaw artych w pierwotnym strum ieniu gazu, a nastepnie poddaje sie strum ien wody odpedzaniu poprzez obróbke strum ienia wody w aparacie odpedo- wym wytwarzajac stezony gaz zawierajacy tlenowe zwiaz- ki siarki w stezeniu co najm niej 2,5% objetosciowych i jednoczesnie absorbuje sie tlenowe zwiazki siarki z d ru - giego skladowego strum ienia gazu w wodzie i przetw arza sie zaw arte w nim tlenowe zwiazki siarki w siarkowodór, po czym doprowadza sie do reakcji stezonego gazu po odpedzaniu z pierwszego skladowego strum ienia u siarko- wodoru otrzymanego z drugiego skladowego strum ienia w aparacie reakcyjnym wytwarzajac z nich kw as siarko- wy, skroplony dw utlenek siarki lub siarke elem entarna. 7 Sposób wedlug zastrz 1 albo 2, albo 3, zna- m ienny tym , ze odciek wodny z aparatu odpedowego, zawierajacy tlenowe zwiazki siarki, kieruje sie do reaktora anaerobowego FIG 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do oczyszczania gazu zawierającego tlenowe związki siarki.

Wynalazek dotyczy wytwarzania kwasu siarkowego, skroplonego dwutlenku siarki lub siarki pierwiastkowej ze strumienia gazu zawierającego tlenowe związki siarki, takiego jak np. gaz emitowany z elektrowni węglowych.

W elektrowni węglowej powstaje strumień gazu odlotowego zanieczyszczony związkami zawierającymi siarkę, zwłaszcza tlenowymi związkami siarki. W innych procesach, np. przy wytwarzaniu spieków stosowanych w wielkich piecach w przemyśle żelaza i stali występują strumienie gazów odpadowych zawierające również siarkę. Takie strumienie gazów odpadowych stwarzają znaczne zagrożenie dla środowiska, gdyż ich wypuszczanie do atmosfery powoduje zakwaszenie środowiska. W związku z tym instalacje produkcyjne, w których występują takie strumienie gazów, zazwyczaj wyposażone są w urządzenie do usuwania związków zawierających siarkę ze strumienia gazu.

Jednakże takie układy oczyszczania gazów są stosunkowo kosztowne, a często powodują po prostu przesunięcie problemu zanieczyszczenia środowiska z jednego miejsca w drugie. Jednym ze znanych przykładów jest układ, w którym związki zawierające siarkę usuwa się z gazu odpadowego wiążąc je z kredą, co stwarza poważne problemy utylizacyjne.

Opis patentowy EP-A-0217567 ujawnia sposób i urządzenie do obrabiania gazu zawierającego dwutlenek siarki w ceiu przygotowania go do reakcji Clausa, w której powstaje pierwiastkowa siarka. W tym sposobie proponuje się przeprowadzanie gazu zawierającego dwutlenek siarki pizez materiał węglowy lub gaz redukujący w ceiu zredukowania dwutlenku siarki do postaci siarkowodoru, po czym w tym samym zbiorniku reakcyjnym lub w sąsiednim zbiorniku reakcyjnym utlenia się część siarkowodoru do dwutlenku siarki w ilości wymaganej do reakcji Clausa.

W tym opisie przedstawiono także znany ze stanu techniki sposób obejmujący rozdzielanie gazu zawierającego SO2 na dwie części o stosunku objętościowym 2:1, po czym redukuje się część o większej objętości do H2S 1 miesza się z drugą częścią uzyskując stosunek H2S i S2O wynoszący 2:1.

Opis patentowy NL-A-7505940 sposób usuwania dwutlenku węgła z gazu z gazów odlotowych, przy czym cały przepływ gazu przeprowadza się przez stały absorbent taki jak tlenek miedzi w ceiu wytworzenia siarczanu miedzi. Absorbent jest regenerowany z utworzeniem przepływu gazu zawierającego dwutlenek siarki w wysokim stężeniu. Ten przepływ gazu jest dostarczany do reaktora Clausa razem z gazem zawierającym siarkowodór. Gaz zawierający siarkowodór uzyskuje się poprzez redukcje części siarki pochodzącej z reaktora Clausa.

Opis patentowy FR-A-2427299 przedstawia sposób odzyskiwania siarki z gazu zawierającego 1-10% siarkowodoru. Część siarkowodoru jest poddawana utlenianiu i dostarczana do reaktora Clausa, zaś druga jest płukana, a rozpuszczalnik jest poddawany odpędzaniu w celu zwiększenia zawartości siarkowodoru. Pozostały gaz zawierający siarkowodór jest również dostarczany do reaktora Clausa. Gaz wylotowy z reaktora Clausa poddaje się ponownie utlenianiu w ceiu zmniejszenia ilości zanieczyszczeń uwalnianych do atmosfery.

Urządzenie do przerabiania gazu według tego ujawnienia, zawiera reaktor do utleniania siarkowodoru do dwutlenku siarki, który jest połączony z płuczką, a poprzez nią z aparatem odpędowym. Aparat odpędowy jest połączony przewodem poprzez piec z reaktorem Clausa.

Opis patentowy NL-A-120806 ujawnia sposób wytwarzania siarki z gazu przemysłowego zawierającego siarkowodór. W publikacji proponuje się wyciąganie od 70 do 85% siarkowodoru

172 404 poprzez płukanie gazu w cieczy płukającej i wiązanie pozostałego siarkowodoru bezpośrednio lub po płukaniu i desorpcji na cząstkach tlenku żelaza lub tlenku magnezu. Ciecz płucząca jest regenerowana w celu wytworzenia gazu o zwiększonej zawartości siarkowodoru. Obciążone cząstki regeneruje się poprzez utlenianie siarkowodoru w podwyższonej temperaturze gazem zawierającym tlen z utworzeniem gazu wzbogaconego w dwutlenek siarki. Ten gaz doprowadza się do reakcji z gazem wzbogacanym w siarkowodór w obecności tlenu do całkowitej konwersji w siarkę.

Według wynalazku, sposób oczyszczania gazu zawierającego tlenowe związki siarki, w którym część tlenowych związków siarki zawartych w gazie przetwarza się w siarkowodór, a inną część tlenowych związków siarki poddaje się reakcji z tym siarkowodorem do utworzenia kwasu siarkowego, skondensowanego dwutlenku siarki lub siarki pierwiastkowej, charakteryzuje się tym, że poddaje się pierwotny strumień gazu płukaniu w płuczce wodnej i wydziela się z tej płuczki wodnej pierwszy składowy strumień w postaci strumienia wody zawierający co najmniej 30% całkowitej ilości tlenowych związków siarki zawartych w strumieniu gazu. Wydziela się także- drugi składowy strumień w postaci strumienia gazu opuszczającego płuczkę wodną, zawierającego pozostałą, niezaabsorbowaną ilość tlenowych związków siarki zawartych w pierwotnym strumieniu gazu. Następnie poddaje się strumień wody odpędzaniu poprzez obróbkę strumienia wody w aparacie odpędowym, wytwarzając stężony gaz zawierający tlenowe związki siarki w stężeniu co najmniej 2,5% objętościowych. Jednocześnie absorbuje się tlenowe związki siarki z drugiego składowego strumienia gazu w wodzie i przetwarza się zawarte w nim tlenowe związki siarki w siarkowodór. Następnie doprowadza się do reakcji stężonego gazu po odpędzaniu z pierwszego składowego strumienia i siarkowodoru otrzymanego z drugiego składowego strumienia w aparacie reakcyjnym wytwarzając z nich kwas siarkowy, skroplony dwutlenek siarki lub siarkę elementarną.

Korzystnie pierwszy strumień składowy zawiera co najmniej 60% całkowitej ilości tlenowych związków siarki zawartych w strumieniu gazu, a w reakcji stężonego gazu otrzymanego po odpędzaniu z pierwszego składowego strumienia wody i siarkowodoru wytwarza się kwas siarkowy. Jako gaz odpędowy doprowadza się do aparatu odpędowego powietrze i/lub część pierwotnego strumienia gazu. Odciek wodny zawierający tlenowe związki siarki z aparatu odpędowego kieruje się do płuczki wodnej gazu.

Korzystnie przetwarza się zaabsorbowane w wodzie tlenowe związki siarki drugiego składowego strumienia w siarkowodór w reaktorze anaerobowym.

Korzystnie drugi składowy strumień gazu zawiera nie więcej niż 30% całkowitej ilości tlenowych związków siarki zawartych w wprowadzanym do pierwszej absorpcji strumieniu gazu.

Korzystnie odciek wodny z aparatu odpędowego, zawierający tlenowe związki siarki, kieruje się do reaktora anaerobowego.

Również korzystnie utrzymuje się pracę aparatu odpędowego pod ciśnieniem w zakresie od 100 do 150kPa.

Według wynalazku urządzenie do oczyszczania strumienia gazu zawierającego tlenowe związki siarki, zawierające co najmniej jedną płuczkę wodną gazu i co najmniej jeden aparat odpędowy, charakteryzuje się tym, że zawiera dwie płuczki wodne gazu pierwszą i drugą. Pierwsza płuczka wodna gazu jest połączona przewodem wodnym z pierwszym aparatem odpędowym oraz przewodem gazowym z drugą płuczką wodną gazu, która jest połączona przewodem wodnym z pierwszym aparatem reakcyjnym przetwarzającym tlenowe związki siarki. Pierwszy aparat reakcyjny oraz pierwszy aparat odpędowy są połączone z drugim aparatem reakcyjnym do wytwarzania kwasu siarkowego lub siarki pierwiastkowej.

Korzystnie pierwszy aparat odpędowy ma dołączony przewód połączony na końcu z pierwszą płuczką wodną gazu do kierowania do niej odcieku wodnego. Korzystnie pierwszy aparat reakcyjny stanowi reaktor anaerobowy przekształcający tlenowe związki siarki w siarkowodór.

Zazwyczaj drugi strumień składowy zawiera poza ewentualnymi ubytkami spowodowanymi nieszczelnościami całą resztę tlenowych związków siarki pozostałych po wytworzeniu pierwszego strumienia składowego, z tym że sposobem według wynalazku część wyjściowego

172 404 strumienia gazu może być zastosowana w procesie później, jak to opisano poniżej. Część tę pomija się przy wyliczaniu procentowych ilości strumieni składowych.

Wynalazek jest szczególnie przydatny przy oczyszczaniu strumieni gazowych zawierających jako zanieczyszczenia tlenowe związki siarki w ilości poniżej 5% obj., np. w ilości w zakresie od 1000 do 9000 ppm. Jeśli zawartość tlenowych związków siarki w wyjściowym strumieniu gazu wynosi od 1000 do 9000 ppm, to średnio stężenie tlenowych związków siarki na wylocie z odgazowywacza można zwiększyć 20-krotnie.

W celu przeprowadzenia odgazowania do odgazowywacza zazwyczaj doprowadza się parę wodną jako gaz odpędowy. W konkretnym rozwiązaniu według wynalazku jako gaz odpędowy proponuje się zastosować powietrze lub część wyjściowego strumienia gazu. Takie zaskakujące rozwiązanie stanowi bardzo korzystny sposób w aspekcie zużycia energii, gdyż do wytwarzania stosowanej zazwyczaj pary wodnej zużywa się znaczne ilości energii. Sposób taki jest również korzystny z tego względu, iż umożliwia to zmniejszenie zapotrzebowania na tlen w następnym aparacie do wytwarzania produktów siarkowych.

Wodę opuszczającą odgazowywacz, zawierającą tlenowe związki siarki, można zawrócić i zastosować jako wodę zasilającą wodną płuczkę gazu. takie rozwiązanie jeszcze bardziej optymalizuje proces.

Drugi strumień składowy może zawierać co najmniej 40% tlenowych związków siarki zawartych w wyjściowym strumieniu gazu. Jednakże korzystnie reguluje się ich stężenie w drugim strumieniu składowym, aby było ono jak najmniejsze, np. tak że zawiera on nie więcej niż 30% tlenowych związków siarki zawartych w wyjściowym strumieniu gazu. Zaletą tego jest mniejsze obciążenie reaktora anaerobowego i związane z tym zmniejszone zużycie dodatków stosowanych w tym reaktorze.

Ponadto korzystne jest doprowadzanie do reaktora anaerobowego strumienia wody zawierającego tlenowe związki siarki, pochodzącego z odgazowywacza do obróbki pierwszego strumienia składowego. Utlenione związki siarki zawarte w tej wodzie stanowią dogodne źródło zasilające reaktor anaerobowy.

W konkretnym wykonaniu według wynalazku stężony gaz zawierający tlenowe związki siarki można wymieszać z siarkowodorem i skierować mieszankę do reaktora do wytwarzania kwasu siarkowego, aparatu do wytwarzania skroplonego dwutlenku siarki lub do instalacji Clausa do wytwarzania siarki pierwiastkowej.

Odgazowywacz pierwszego strumienia składowego może dogodnie pracować pod ciśnieniem w zakresie 100-150kPa. Zaletą takiego rozwiązania jest to, że strumień stężonego gazu uzyskiwany z reaktora można skierować bezpośrednio bez dodatkowej obróbki do wyżej wspomnianego aparatu do wytwarzania kwasu siarkowego lub siarki pierwiastkowej.

Sposób i urządzenie do usuwania związków siarki ze strumienia gazu według wynalazku eliminują problemy z ochroną środowiska i utylizacją odpadów, umożliwiając wytwarzanie cennych produktów takich jak kwas siarkowy lub siarka elementarna.

Stwierdzono, że zarówno z punktu widzenia zużycia energii jak i z punktu widzenia wydajności reakcji chemicznych sposób według wynalazku można zrealizować w układzie zapewniającym korzystne oczyszczanie odpadowych strumieni gazowych Zawierających siarkę, umożliwiającym ponadto wytwarzanie cennych produktów.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym pokazano schematycznie urządzenie do realizacji sposobu według wynalazku.

Jak przedstawiono na rysunku strumień gazu w postaci gazu spalinowego po schłodzeniu (nie pokazanym), pochodzący z instalacji A, kieruje się do pierwszej mokrej płuczki gazu 1, w której gaz spalinowy zostaje rozdzielony na dwa różne strumienie składowe. Pierwszy strumień składowy wody zawiera co najmniej 30%, korzystnie około 60%, a jeszcze korzystniej 70% tlenowych związków siarki zawartych w gazie spalinowym, w postaci rozpuszczonej w wodzie. Pierwszy strumień składowy kieruje się przewodem 10 do aparatu odpędowego 5, na przykład odgazowywacza, z którego uzyskuje się silnie stężony strumień gazowy zawierający co najmniej 2,5% objęt. tlenowych związków siarki w stosunku do całego strumienia gazu, który odprowadza się z aparatu odpędowego 5 przewodem 12. Aparat odpędowy 5 może być zasilany np. parą wodną, z tym że według wynalazku korzystnie stosuje się powietrze lub część wyjściowego gazu

172 404 spalinowego. Przy nastawieniu pierwszej mokrej płuczki gazu 1 w taki sposób, że pierwszy strumień składowy zawiera co najmniej 30% wyjściowych związków siarki sposób według wynalazku jest szczególnie przyu.ai.ny do wytwaizania siatki pierwiastkowej. Gdy pierwszy strumień składowy zawiera 60% lub więcej całkowitej wyjściowej ilości związków siarki, nadaje się on bardziej do wytwarzania kwasu siarkowego. Sposobem według wynalazku wytwarzać można kwas siarkowy o bardzo wysokiej czystości. Równocześnie sposób według wynalazku można wykorzystać do wytwarzania skroplonego dwutlenku siarki.

Część wody opuszczającą aparat odpędowy 5 odprowadza się przewodem 11 i kieruje do pierwszej mokrej płuczki gazu 1 jako wodę zasilającą.

Drugi strumień składowy gazu zawierający resztę tlenowych związków siarki zawartych w wyjściowym gazie spalinowym kieruje się przewodem 7 z pierwszej mokrej płuczki gazu 1 do drugiej mokrej płuczki gazu 2, z której uzyskuje się z jednej strony wystarczająco oczyszczony gaz uwalniany do atmosfery przez instalację B, a z drugiej strony strumień wody z rozpuszczonymi w niej tlenowymi związkami siarki pochłoniętymi w drugiej mokrej płuczce gazu 2. Ten dragi strumień wody kieruje się przewodem 8 do pierwszego aparatu reakcyjnego 3, korzystnie reaktora anaerobowego. Równocześnie do pierwszego aparatu reakcyjnego 3 kieruje się przewodem 13 część wody odprowadzonej z aparatu odpędowego 5. W pierwszym aparacie reakcyjnym 3 tlenowe związki siarki zawarte w wodzie zostają przekształcone w siarkowodór (H2S). Następnie woda z rozpuszczonym w niej siarkowodorem odprowadzana jest z pierwszego aparatu reakcyjnego 3 przewodem 9, a osadzony szlam wyładowuje się z pierwszego aparatu reakcyjnego 3 przewodem 16.

Pierwszy aparat reakcyjny 3 stanowi biologiczny anaerobowy reaktor, którego odpowiedni przykład przedstawiono w patencie holenderskim nr 166000. Rozpuszczony SOx (siarczyn lub siarczan) zostaje przekształcony w H2S. Do pierwszego aparatu reakcyjnego 3 kieruje się substrat zasilający.

Przewód 9 doprowadza siarkowodór rozpuszczony w wodzie do odgazowywacza 4, a woda stanowiąca odciek z odgazowywacza 4 zawracana jest przewodem 15 do drugiej mokrej płuczki gazu 2 jako woda zasilająca. Woda, która może być wypuszczona bez obawy dla środowiska, opuszcza odgazowywacz 4 przewodem 14. Gazowy siarkowodór uwolniony w odgazowywaczu 4 miesza się ze stężonym gazem zawierającym tlenowe związki siarki z aparatu odpędowego 5 i kieruje się do drugiego aparatu reakcyjnego 6 przystosowanego do wytwarzania kwasu siarkowego albo do wytwarzania siarki pierwiastkowej. W tym ostatnim przypadku wykorzystać można znaną instalację Clausa.

Szczegóły urządzenia przedstawionego na rysunku, są znane inżynierom-technologom. Tak np. mokre płuczki gazu 1 i 2 stanowią otwarte wieże natryskowe o działaniu przeciwprądowym. Odpowiednie urządzenie odpędowe 3 i odgazowywacz 5 są dobrze znane i skutecznie usuwają rozpuszczony SOx z wody do fazy gazowej. Kwasowość i temperaturę wody podwyższa się i wodę tą kontaktuje się z gazem odpędowym. Instalacja do wytwarzania kwasu siarkowego 1 instalacje Clausa, wykorzystywane jako drugi aparat reakcyjny 6, są również dobrze znane.

172 404

FIG. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 2,00 zł

Claims (11)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób oczyszczania gazu zawierającego tlenowe związki siarki, w którym część tlenowych związków siarki zawartych w gazie przetwarza się w siarkowodór, a inną część tlenowych związków siarki poddaje się reakcji z tym siarkowodorem do utworzenia kwasu siarkowego, skondensowanego dwutlenku siarki lub siarki pierwiastkowej, znamienny tym, że poddaje się pierwotny strumień gazu płukaniu w płuczce wodnej i wydziela się z tej płuczki wodnej pierwszy składowy strumień w postaci strumienia wody zawierającej co najmniej 30% całkowitej ilości tlenowych związków siarki zawartych w strumieniu gazu oraz drugi składowy strumień w postaci strumienia gazu opuszczającego płuczkę wodną, zawierającego pozostałą niezaabsorbowaną ilość tlenowych związków siarki zawartych w pierwotnym strumieniu gazu, a następnie poddaje się strumień wody odpędzaniu poprzez obróbkę strumienia wody w aparacie odpędowym, wytwarzając stężony gaz zawierający tlenowe związki siarki w stężeniu co najmniej 2,5% objętościowych i jednocześnie absorbuje się tlenowe związki siarki z drugiego składowego strumienia gazu w wodzie i przetwarza się zawarte w nim tlenowe związki siarki w siarkowodór, po czym doprowadza się do reakcji stężonego gazu po odpędzaniu z pierwszego składowego strumienia i siarkowodoru otrzymanego z drugiego składowego strumienia w aparacie reakcyjnym wytwarzając z nich kwas siarkowy, skroplony dwutlenek siarki lub siarkę elementarną.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwszy strumień składowy wody zawiera co najmniej 60% całkowitej ilości tlenowych związków siarki zawartych w strumieniu gazu, a w reakcji stężonego gazu otrzymanego po odpędzeniu z pierwszego składowego strumienia wody siarkowodoru wytwarza się kwas siarkowy.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako gaz odpędowy doprowadza się do aparatu odpędowego powietrze i/lub część pierwotnego strumienia gazu.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że odciek wodny zawierający tlenowe związki siarki z aparatu odpędowego kieruje się do płuczki wodnej gazu.
5. 5. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 4, znamienny tym, że przetwarza się zaabsorbowane w wodzie tlenowe związki siarki drugiego składowego strumienia w siarkowodór w reaktorze anaerobowym.
6. 6. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że drugi składowy strumień gazu zawiera nie więcej niż 30% całkowitej ilości tlenowych związków siarki zawartych w wprowadzanym do pierwszej absorpcji strumieniu gazu.
7. 7. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że odciek wodny z aparatu odpędowego, zawierający tlenowe związki siarki, kieruje się do reaktora anaerobowego.
8. 8. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 4, znamienny tym, że utrzymuje się pracę aparatu odpędowego pod ciśnieniem w zakresie od 100 do 150kPa.
9. 9. Urządzenie do oczyszczania strumienia gazu zawierającego tlenowe związki siarki, zawierające co najmniej jedną płuczkę wodną gazu i co najmniej jeden aparat odpędowy, znamienne tym, że zawiera dwie płuczki wodne gazu pierwszą (1) i drugą (2), przy czym pierwsza płuczka wodna gazu (l)jestpołączonaprzewodem wodnym (10) z pierwszym aparatem odpędowym (5) oraz przewodem gazowym (7) z drugą płuczką wodną gazu (2), która jest połączona przewodem wodnym (8) z pierwszym aparatem reakcyjnym (3) przetwarzającym tlenowe związki siarki, zaś pierwszy aparat reakcyjny (3) oraz pierwszy aparat odpędowy (5) są połączone z drugim aparatem reakcyjnym (6) do wytwarzania kwasu siarkowego lub siarki pierwiastkowej.

   172 404
10. 10. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, ze pierwszy aparat odpędowy (5) ma dołączony przewód (11) połączony na końcu z pierwszą płuczką wodną gazu (1) do kierowania do niej odcieku wodnego.
11. 11. Urządzenie według zastrz. 9 albo 10, znamienne tym, ze pierwszy aparat reakcyjny (3) stanowi reaktor anaerobowy przekształcający tlenowe związki siarki w siarkowodór.