способ извлечения диоксида серы из промышленных газов

Формула изобретения

1. Способ извлечения диоксида серы из промышленных газов, включающий абсорбцию диоксида серы водой, охлаждение образовавшегося раствора до температуры -5 ± +5°С с образованием твердой фазы кристаллогидрата диоксида серы, отделение твердой фазы от промывной жидкости и ее последующее плавление с получением газообразных продуктов плавления кристаллогидратов, освобождение их от воды и выделение диоксида серы из процесса в жидком виде, отличающийся тем, что контактирование промышленных газов с водой и абсорбцию диоксида серы осуществляют путем непрерывной подачи промышленных газов противотоком к движущемуся потоку воды с непрерывным отводом насыщенного диоксидом серы раствора воды и его последующим охлаждением путем непрямого теплообмена с потоком жидкого диоксида серы в качестве теплоносителя, который получают в результате адиабатического расширения или дросселирования освобожденных от воды газообразных продуктов плавления кристаллогидратов диоксида серы.

2. Способ извлечения диоксида серы из промышленных газов по п.1, отличающийся тем, что освобождение газовых продуктов плавления от воды осуществляют путем вымораживания.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам получения диоксида серы, в частности к способам извлечения его из отходящих газов химических и металлургических производств.

Известен способ извлечения диоксида серы, включающий очистку газов от пыли, абсорбцию диоксида серы из газа водой, десорбцию диоксида серы в отпарной колонне при нагреве раствора до 15-98°С и давлении ниже атмосферного, охлаждение влажного диоксида серы в теплообменнике и конденсацию основной части влаги, осушку диоксида серы серной кислотой и конденсацию жидкого диоксида серы в теплообменнике при охлаждении его до -74 ± -25°С и давлении 27-500 мм рт. ст.

Недостатком указанного способа является низкая концентрация диоксида серы в поступающем на отпарку растворе, требующая высоких энергозатрат на выделение диоксида серы из слабоконцентрированного раствора. (Авторское свидетельство СССР №682119 по кл. С 01 В 17/60, опубл. 25.08.79 г.)

Известен способ извлечения диоксида серы из газов, включающий адсорбцию диоксида серы из газов водой. Абсорбцию проводят путем барботирования газов через слой воды до достижения достаточной концентрации диоксида серы в растворе. После чего осуществляют охлаждение насыщенного раствора до температуры -5 ± +5°С и отделение выпавшего осадка кристаллогидрата диоксида серы от промывных вод. Далее проводят плавление образовавшихся кристаллогидратов при температуре +5 ± +45°С и освобождение образовавшегося газообразного диоксида серы от воды. Выделяют диоксид серы из процесса с помощью системы, включающей промывной сосуд с серной кислотой, холодильник-конденсатор и сосуд для сбора жидкого диоксида серы. Процесс осуществляется при атмосферном давлении и температуре в холодильнике-конденсаторе и сборнике жидкого диоксида серы минус 35°С. (Патент РФ №2137707 по кл. С 01 В 17/60, опубл. 20.09.99 г.).

Недостатком данного способа является его периодичность, связанная с необходимостью при достижении в реакционном аппарате достаточной концентрации раствора и образования осадка кристаллогидрата переключения его работы из режима кристаллизации в режим плавления. При этом естественны материальные и энергетические потери.

Целью данного изобретения является создание непрерывного процесса извлечения диоксида серы и повышение его экономических показателей.

Предлагаемый способ извлечения диоксида серы из промышленных газов включает контактирование промышленных газов с водой и абсорбцию диоксида серы путем непрерывной подачи промышленных газов противотоком к движущемуся потоку воды и непрерывный отвод насыщенной диоксидом серы воды. Далее осуществляют охлаждение раствора до температуры -5 ± +5°С с образованием в результате твердой фазы кристаллогидрата диоксида серы, после чего осадок кристаллогидрата отделяют от промывных вод и его расплавляют при повышенной температуре. Образовавшийся газообразный диоксид серы сушат путем вымораживания, а затем ожижают его путем охлаждения за счет адиабатического расширения или дросселирования образовавшегося газового потока. Жидкий диоксид серы используют в качестве теплоносителя при непрямом теплообмене с насыщенным раствором диоксида серы, образовавшимся в результате абсорбции его из промышленных газов, с целью понижения температуры раствора на стадии процесса образования кристаллогидратов.

Отличительными признаками предлагаемого изобретения являются контактирование промышленных газов с водой и абсорбция диоксида серы путем непрерывной подачи промышленных газов противотоком к движущемуся потоку воды, непрерывный отвод насыщенного диоксидом серы раствора воды и его последующее охлаждение с помощью непрямого теплообмена с потоком жидкого диоксида серы в качестве теплоносителя, который получают в результате адиабатического расширения или дросселирования освобожденных от воды газообразных продуктов плавления кристаллогидратов диоксида серы.

Другим отличием предлагаемого изобретения является освобождение от воды газообразных продуктов плавления кристаллогидратов путем вымораживания.

Предлагаемая совокупность существенных признаков позволяет осуществить непрерывный процесс извлечения диоксида серы из промышленных газов и значительно повысить его экономические показатели.

Целесообразность проведения процесса извлечения диоксида серы из промышленных газов через кристаллогидратную стадию процесса концентрирования газов вытекает из молярного соотношения газ-вода и исключительно высокой плотности газа в кристаллогидрате. Удельная плотность в решетке кристаллогидрата повышает его плотность в жидком состоянии. Поэтому свойство газов вступать в соединение с водой и образовывать твердые кристаллогидраты привлекает все большее внимание с целью использования в промышленности, в частности для извлечения диоксида серы из богатых им промышленных газов.

Известно, что образование насыщенного раствора диоксида серы в воде при прочих равных условиях определяется температурой промывной жидкости и парциальным давлением диоксида серы в газовой смеси, контактирующей с жидкостью. Предлагаемая по заявке организация технологического процесса позволяет оперативно контролировать и изменять параметры процесса адсорбции диоксида серы в зависимости от изменения состава поступающего на очистку газа, а также при изменении температуры поступающего потока воды. Это, в свою очередь, позволяет проводить процесс образования кристаллогидрата диоксида серы в оптимальных условиях, максимально извлекая его из газов и используя при этом в качестве хладагента целевой продукт - жидкий диоксид серы, не привлекая при этом других источников охлаждения. Газы, не вошедшие в состав гидрата, можно использовать для других целей или выпустить в атмосферу. Далее, путем нагревания кристаллогидрат разлагают с получением чистой воды и диоксида серы. Уникальная возможность управления процессами синтеза и разложения кристаллогидратов путем воздействия только теплотехнических средств позволяет довести до минимума количество сложных движущихся механизмов в технологических линиях. Наиболее эффективно данная технология может использоваться в сочетании с низкими температурами окружающего воздуха (среды) и наличии низкопотенциального тепла существующих промышленных предприятий. В теплоиспользуемом цикле при адиабатическом расширении газовых продуктов разложения кристаллогидратов помимо низкотемпературного ожижения возможно получение полезной работы, например, для вращения электрических генераторов и т.д. Энергозатраты при этом складываются из затрат на первичное охлаждение системы газ-вода в цикле образования кристаллов и на нагревание при их разложении.

На чертеже представлена принципиальная схема осуществления способа извлечения диоксида серы из промышленных газов.

Схема содержит: реактор 1 со средствами для подвода воды 2, промышленных газов 3, вывода отходящих газов 4 и отверстие 5 для вывода насыщенного раствора диоксида серы в воде, теплообменник 6 с трубами 7 и патрубками для ввода 8 и вывода 9 хладагента, посредством которого последний направляют в резервуар на складе (не показан), кристаллизатор 10, фильтр 11 со средствами для вывода воды 12 и кристаллогидратов диоксида серы 13, аппарат для плавления кристаллогидратов 14, сборник для воды 15, осушитель газообразного диоксида серы 16 со средством для подачи газа 17 в расширительную машину (дроссель) 18 и конденсатор для жидкого диоксида серы 19, который связан посредством патрубка 8 с теплообменником 6.

Способ осуществляется следующим образом.

Пример 1 (по предлагаемому изобретению). В верхнюю часть реактора с объемной скоростью 0,0304 м³/ч по патрубку 2 непрерывным потоком поступает вода с температурой плюс 5°С. Снизу с объемной скоростью 0,03 м³/ч по патрубку 3 поступают промышленные газы с содержанием диоксида серы в количестве 31,5%. Одновременно из реактора через отверстие внизу 5 непрерывно вытекает насыщенный раствор диоксида серы, который поступает в трубы 7 теплообменника 6, которые омываются снаружи жидким хладагентом, в качестве которого используют жидкий целевой продукт. Затем охлажденный до температуры минус 5°С раствор поступает в кристаллизатор 10 и далее в фильтр 11 для отделения кристаллогидратов от промывных вод. Кристаллогидраты в количестве 172 г/ч по патрубку 13 поступают в аппарат для плавления 14, где поддерживается температура + 35°С. Освободившаяся вода по патрубку 12 поступает в сборник для воды 15. Плавление кристаллогидратов вызывает повышение давления в аппарате 14 и газообразные продукты плавления кристаллогидратов поступают в холодильник-вымораживатель 16, где поддерживается отрицательная температура и где диоксид серы освобождается от воды. После этого с помощью расширительной машины (дросселя) 18 осуществляют адиабатическое расширение газового потока, за счет чего в конденсатор диоксида серы 19 поступает жидкий продукт с температурой -20°С. Далее целевой продукт по патрубку 8 поступает в теплообменник для охлаждения насыщенного раствора и далее по патрубку 9 на склад.

Пример 2 (по прототипу). Газовую смесь, содержащую 31,5% диоксида серы, выбранную из условий протекания металлургических процессов, последовательно пропускают через два установленных в термостате герметичных барботажных реактора объемом 1 л с ложным днищем, обеспечивающим диспергирование газовой смеси на стадии адсорбции и отделение раствора от осадка. Расход газовой смеси составляет 0,03 м³/ч, температуру воды в реакторах поддерживают в интервале плюс 3 - плюс 4°С. После 30 мин продувки раствор насыщается, подачу газовой смеси прекращают и понижают температуру в реакторах до 0°С. Раствор отфильтровывают через ложное днище при подаче исходной газовой смеси в реактор, реактор герметизируют и помещают в термостат с температурой плюс 15°С. Реактор с осадком, содержащий 117 г продуктов абсорбции, соединяют с системой осушки, конденсации и сбора диоксида серы, включающей промывной сосуд с серной кислотой, холодильник-конденсатор и сосуд для жидкого диоксида серы. Выделение диоксида серы проводят при атмосферном давлении и температуре в холодильнике-конденсаторе и сборнике жидкого диоксида минус 35°С. Полученное в результате количество диоксида серы составляет 65 г.

Сопоставление данных, приведенных в примерах 1 и 2, показывает преимущества предлагаемого изобретения. В первую очередь, осуществление непрерывного процесса позволяет исключить затраты (материальные и энергетические) на остановку процесса и переключения аппаратов на работу из одного режима в другой, а также устранить из технологической цепочки некоторые аппараты и приспособления, вообще. Кроме того, использование в качестве хладагента получаемого в процессе целевого продукта для снижения температуры раствора диоксида серы позволяет исключить затраты на получение другого источника холода.

Адиабатическое расширение газообразной смеси диоксида серы с водяным паром после стадии плавления дает возможность получения полезной работы, например, для вращения электрических генераторов и т.д.

Еще одним преимуществом предлагаемого способа является возможность хранения промежуточного продукта очистки промышленных газов (кристаллогидрата диоксида серы).