Курсовая работа: Характеристика абсорбционных методов очистки отходящих газов от примесей кислого характера

Отходящие газы, содержащие , образуются при сжигании сернистого топлива. Для их очистки применяют комплексные методы. Абсорбционные методы удаления из – за низкой химической активности оксида азота включает те или иные стадии окисления и восстановления. Степень очистки в комплексных методах обычно составляет 90% от и 70 – 90% от . Одновременная очистка может проводиться щелочными растворами. При абсорбции растворами и в качестве побочных продуктов образуются , , , , а при абсорбции , .

Окисление может быть проведено в газовой фазе полностью или частично – до образования эквимолярной смеси . В жидкой фазе – при использовании жидкофазных катализаторов, например, этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТК) с добавками соединений двухвалентного железа, которые вводят в раствор едкого натра или сульфита натрия.

В ходе реакции оксиды серы и азота превращаются в имидодисульфонат и дитионат, которые затем переводят в аммиак, азот, сульфат натрия и гипс. Метод может быть применен при очистки газов, образующих при сжигании высокосернистых топлив.

Вариант процесса очистки с образованием сульфата аммония показан на рис. 4.

рис. 4. Схема установки очистки газов от оксидов азота и серы с получением сульфата аммония:

1 – пылеуловитель; 2 – тарельчатый скруббер; 3 – реактор окисления; 4 – холодильник; 5 – центрифуга; 6 – реактор; 7 – нейтрализатор; 8 – конденсатор; 9 – узел отделения железа; 10 – кристаллизатор; 11 – центрифуга.

Топочные газы сначала очищают от пыли и хлоридов в скруббере, орошаемом водой. После этого газ подают в тарельчатый скруббер, орошаемый циркулирующей аммонизированной жидкостью, в состав которой входят ионы железа и ЭДТК. При контактировании жидкости и газа поглощается 70 – 85% и 90% . Часть жидкости после скруббера отводят на окисление, которое проводят, барботируя через раствор бисульфата аммония атмосферный воздух. Продукты реакции подкисляют серной кислотой до рН=0,5, затем охлаждают в холодильнике до 0 – (-10)0С, что позволяет кристаллизовать 90% ЭДТК. Ее отделяют от раствора в центрифуге и возвращают в скруббер. Содержащийся в маточной жидкости имидодисульфонат аммония и дитионат разлагают при нагревании до 120 – 1300С и при давлении 0,3 МПа до сульфата аммония. Выделяющейся диоксид серы направляют в основной скруббер. Затем жидкость нейтрализуют аммиаком, концентрируют, освобождают от соединений железа и направляют на кристаллизацию сульфата аммония. Сульфат аммония может быть использован в качестве удобрения.

Возможны модификации этого процесса, исключающий вывод сульфата аммония, с рекуперацией аммиака. По одному из вариантов, образовавшийся сульфата аммония обрабатывают известью, в результате получается аммиак и гипс. По другому варианту его термически разлагают до бисульфита аммония и аммиака. Затем бисульфит обрабатывают элементной серой с образованием диоксида серы и аммиака. Диоксид серы в среде сероводорода конвертируют в серу. Весь аммиак возвращают в скруббер.

Для процесса очистки возможно использование натриевых солей в присутствии ЭДТК и солей железа. Степень очистки в этом случае составляет 80 – 90% от и 90% от . Образующийся сульфат натрия обрабатывают сульфитом кальция и диоксидом серы, получая гипс и регенерируя ионы натрия. В качестве поглотителя можно также использовать оксид магния с получением гипса и нитрата кальция.

III. Выбор схемы и технологический расчет аппаратов для очистки газов на ТЭЦ, сжигающих мазут

3.1 Сжигание мазута

3.1.1 Существующие проблемы

При сжигании мазута на котельных и ТЭЦ приходится сталкиваться с радом негативных факторов, которые влияют на надежность работы энергетического оборудования, приводят к неоправданным затратам топлива и загрязнению атмосферы. Следует отметить следующие из них:

1) Традиционные методы подготовки топлива (отстой и сепарация) сопровождаются потерями топлива с отходами в количестве до 10 %, что к тому же увеличивает количество отходов подлежащих утилизации (уничтожению) и повышает опасность загрязнения окружающей среды. Для высоковязких топлив, получаемых компаундированием, отстой и сепарация оказываются недостаточно эффективными из-за их высокой неоднородности.

2) Ухудшение качества поставляемого в настоящее время мазута вследствие интенсификации переработки нефти (с целью получения большего количества светлых продуктов), приводит к повышению вязкости и температуры вспышки мазута. Использование вязких и тяжелых мазутов сопряжено со значительными трудностями - как при хранении, так и при сжигании (описаны в конце раздела).

3) Старение мазута в процессе длительного хранения. Из мазута испаряются легкие фракции, что приводит к повышению его вязкости и температуры вспышки. Как правило, после 2-3 лет хранения сжигание такого мазута становится весьма проблематичным, и его приходится заменять более свежим, со всеми неизбежными затратами.

4) Загрязнение окружающей среды продуктами сгорания мазута (оксиды азота, сажа, бенз(а)пирен) и сбросными водами, содержащими нефтепродукты.

5) Отложения сажи, копоти и кокса из-за неполного сгорания топлива, что вынуждает регулярно останавливать котлы для профилактических работ.

При закупках топлива (в частности темного печного топлива) по наиболее низкой цене игнорируются требования по его фракционному составу и теплофизическим характеристикам. При этом потребитель получает в лучшем случае тяжелые мазуты, либо отходы нефтепереработки, разжиженные газойлевыми фракциями, а зачастую – продукты зачистки нефтешламовых амбаров с обводненностью более 20%, с большим количеством механических примесей и органики, разбавленные кубовыми остатками нефтехимических производств. При эксплуатации топливных хозяйств на таком суррогате происходит расслоение топлива, при котором в верхнем слое концентрируются легкие углеводороды с недопустимо низкой температурой вспышки, а в нижних слоях практически негорючий органический осадок. Сжигание легких углеводородов сопряжено с высокой вероятностью возникновения пожаров и выхода оборудования из строя, а попадание на горелочные устройства нижних слоев расслоенного топлива приводит к засорению форсунок и погасанию факела, причем повторный розжиг котлов на таком «топливе» весьма проблематичен. Кроме того, сжигание в котлах и печах применяемых разбавителей влечёт неконтролируемый выброс особо опасных вредных веществ, отравление персонала, наносит ущерб окружающей среде.

Следует заметить, что на большинстве предприятий имеются производственные отходы, которые требуют затрат на утилизацию.

3.1.2 Существующие способы решения

Обводнённые мазуты обезвоживаются сепараторами, стоимость которых превышает стоимость котлов средней мощности. Поэтому сепарацию могут позволить себе лишь некоторые крупные объекты. Лежалые мазуты разбавляются органическими растворителями, что влечёт уже отмеченные ранее негативные последствия. Указанные проблемы радикально устраняются путем приготовления водо-топливных эмульсий (ВМЭ) и диспергации топлив. Сжигание водо-топливной эмульсии сильно отличается от горения необработанного топлива. Микронные капли воды, окруженные оболочкой углеводородного топлива, испаряются в нагретой до высоких температур топке со скоростью взрыва. Пары воды разрывают топливо – происходит вторичная диспергация топлива. В результате из исходной капли топлива образуется множество микрокапель, скорость испарения и суммарная площадь взаимодействия которых с подаваемым в топку дутьевым воздухом повышается многократно. Происходит многократное ускорение окислительных реакций и, соответственно, обеспечивается возможность снижения количества подаваемого на сжигание воздуха, что приводит к сокращению потерь тепла с уходящими газами и значительному уменьшению массовых выбросов вредных веществ в атмосферу. Кроме того, вследствие высокой стойкости получаемых водо-топливных эмульсий из технологии топливоподготовки исключаются операции отстаивания и слива подтоварной воды, что также является важным результатом в обеспечении экологической чистоты функционирования объектов.

С восьмидесятых годов прошлого века и до сих пор для приготовления ВМЭ используются роторно-пульсационные аппараты (РПА), а также т.н. «кавитаторы» статического типа. Подобным оборудованием торгует ряд украинских и белорусских фирм, а также ряд компаний из Центрального и Уральского федеральных округов РФ. Аппараты этих типов недолговечны и малоэффективны. В частности, «кавитаторы» быстро разъедаются создаваемой на их рабочих поверхностях кавитацией. РПА имеют большое количество сопряжённых подвижных частей, крайне чутких к механическим примесям в составе мазута, что осложняет техническое обслуживание их. И РПА, и «кавитаторы» требуют большого количества прокачки обрабатываемых топлив(более пяти даже для сравнительно кондиционных топлив).

Недостатки известных аппаратов устранены в описанной ниже СПЖТ «БРАВО». Данный эффективный и малозатратный метод предусматривает предварительную обработку исходного мазута (либо печного топлива) с получением водо-топливной эмульсии и последующее сжигание эмульсии в топках котлов и технологических печей. Существенным требованием к эмульсии, обеспечивающим эффективность её использования, является ее дисперсность. Наилучшие результаты достигаются при дисп