Очистка газов от сероводорода
Введение
Одной из важнейших проблем в природоохранной деятельности является защита атмосферы от загрязнений, которые в значительных масштабах выбрасываются промышленностью, энергетическими производствами и транспортом.
В настоящее время, в результате производственной и хозяйственной деятельности человека в атмосферу выбрасывается громадное количество кислых газов, в основном сернистых соединений, поступающих в атмосферу в результате сжигания твердого, жидкого и газообразного серосодержащего топлива в котельных, электростанциях и промышленных печах, относительно быстро осаждающегося на землю, преимущественно в виде кислотных дождей.
Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу и сточные воды агломератами токсичны для человека и вызывают не только загрязнение окружающей среды, но и разрушение строительных конструкций и сооружений, а также активную коррозию технологического оборудования. Поэтому на сегодняшний день остро стоит проблема отчистки. В частности от такого опасного вещества как сероводород H2S.
Цель данной курсовой работы – рассмотреть методы очистки газовых выбросов от сероводорода, а именно железо-содовый метод при производстве вискозного волокна.
1 АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1 Сероводород как один из опаснейших видов загрязняющих веществ
Сероводород – газ, тяжелее воздуха, на открытом воздухе может скапливаться в малопроветриваемых низинах в больших концентрациях.
Сероводород - термически неустойчив (при температурах более 400°С разлагается на простые элементы).
Класс опасности – 2, имеет запах тухлых яиц. ПДКм.р. = 0,008 мг/м3, ПДКс.д. = 0,008 мг/м3, ПДКр.з. = 10 мг/м3.
а) Нахождение в природе и техногенные источники.
В природе сероводород встречается в составе нефти, природного газа, вулканических газов и в горячих источниках.
Поступает в атмосферу раздельно или вместе с другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы.
Среднее содержание в атмосфере 0,3 мкг/м3 (0,0003 мг/м3). Достаточно высокие концентрации могут наблюдаться вблизи точечных источников (до 0,20 мг/м3).
б) Трансформация в окружающей среде.
В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву.
Некоторые фотосинтезирующие бактерии, например, зеленые серные бактерии, в качестве донора водорода используют сероводород.
в) Влияние на живые организмы.
Сероводород – весьма токсичное вещество, так как является ингибитором фермента цитохромоксидазы – переносчика электронов в дыхательной цепи. Он блокирует перенос электронов с цитохромоксидазы на кислород.
Токсичность сероводорода проявляется в раздражающем действии на слизистые оболочки глаз и верхних дыхательных путей, угнетении тканевых дыхательных ферментов. При хронической интоксикации развиваются функциональные нарушения нервной системы, упадок питания, малокровие, бронхит, дрожание пальцев и век, боли в мышцах и по ходу нервных стволов. Вызывает поражение дыхательных путей и глаз.
В высоких дозах нарушают тканевое дыхание, возможно прямое поражение центральной нервной системы с параличом дыхательного центра. В тяжелых случаях отравления – наблюдается токсический отек легких и кома, в при молниеносных – паралич дыхания и сердечной деятельности.
Длительное и систематическое воздействие приводит к снижению иммунобиологической реактивности организма, увеличению общей неспецифической заболеваемости, в том числе заболеваниями легочной системы, неврозами.
Очищення газу від сірководню та сіркоорганічних сполук здійснюється у двох напрямах:
— санітарне очищення викидних виробничих і вентиляційних газів;
— очищення природних, коксових та інших промислових газів, що використовуються як сировина для синтезу, а також газів, що утворюються на різних ступенях технологічних процесів хімічних і нафтохімічних виробництв. У цьому випадку одночасно вирішуються два завдання. З одного боку, отрута для каталітичних процесів — сірководень — виводиться із схеми і переробляється в товарні продукти: сірку, сірчистий ангідрид, сірчану кислоту тощо. З іншого боку, вилучення сірководню та сірчаноорганічних сполук знижує або навіть усуває ймовірність викидання в атмосферу діоксиду сірки, що утворюється на окислювальних стадіях хімічного процесу.
Усі горючі гази з вмістом сірководню повинні очищуватись. До таких газів, крім природного і коксового, відносять всі гази нафтопереробки (крекінгу, реформінгу, гідроочищення тощо), генераторний, сланцевої переробки.
При виборі методу очищення від сірководню завжди необхідна наявність у газі другого "кислого" компонента — діоксиду вуглецю. З технологічно-економічного погляду вилучати діоксид вуглецю не завжди доцільно. Але тоді поглинач сірководню повинен володіти високою здатністю сорбції основного цільового компонента Н28 за наявності діоксиду вуглецю.
Вимоги до ступеня очищення газу від сірководню різні, залежно від призначення. Для природного та інших газів, призначених для транспортування магістральними газопроводами і для побутових потреб, гранично допустимий вміст Н2в становить 0,02 г/м3, в газі для виробництва звичайної металургійної сталі допускається 2—3 г/м3, а для хімічного синтезу — 1 до 60 г/м3. Гранично допустима концентрація в робочій зоні становить 10 г/м3, а за наявності вуглеводнів — 3 г/м3. Максимальна разова та середня разова гранично допустима концентрації в атмосферному повітрі становлять 0,008 г/м3.
Сірководень, вилучений
з газів, залежно від методу очищення
виділяється у вигляді
Розглянемо основні методи очищення газів від сірководню.
1.2 Методы очистки газового потока от сероводорода, их преимущества и недостатки
Атмосферные загрязнители разделяют на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения первичных загрязнителей. Одним из основных первичных загрязнителей является сероводород.
Сероводород поступает в атмосферу раздельно или вместе с другими соединениями серы. Основными источниками выброса сероводорода являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические и нефтеперерабатывающие предприятия, а также нефтепромыслы.
Поэтому существует множество способов очистки газовых потоков от сероводорода. Вот некоторые из них:
а) Абсорбционный метод
Очистка газовых выбросов путем разделения газовой смеси на составные части за счет поглощения одной или нескольких вредных примесей (абсорбатов), содержащихся в этой смеси, жидким поглотителем (абсорбентом) с образованием раствора.
Растворимость в воде сероводорода превышает сотых долей грамма на 1 кг воды, поэтому при обработке газовых примесей, содержащих этот вредный газ, требуются большие количества воды.
Контакт очищаемых газов с абсорбентом осуществляется пропусканием газа через насадочную колонну, либо распылением поглощающей жидкости, либо барботажем через ее слой.
Абсорбция жидкостями применяется в промышленности для извлечения из газов диоксида серы, сероводорода и других сернистых соединений, оксидов азота, паров кислот (НСl, HF, H2SO4), диоксида и оксида углерода, разнообразных органических соединений (фенол, формальдегид, летучие растворители и др.).
Преимущества: 1) непрерывность ведения техноло-гического процесса; 2) экономичность очистки больших количеств газовых выбросов.
Недостатки: громоздкость оборудования и необходимость создания систем жидкостного орошения; снижение эффективности рассеяния газов при отводе в атмосферу в виду того, что в процессе очистки они подвергаются охлаждению; образование большого количества отходов, состоящих из смеси пыли, поглощающей жидкости и вредных примесей, которые подлежат транспортировке и утилизации, что усложняет и удорожает процесс очистки. [4]
Кроме того, на практике с отходящими газами выбрасываются в основном NО и NO2 одновременно. Основная сложность абсорбционной очистки связана с низкой химической активностью и растворимостью оксида азота. [9]
б) Адсорбционный метод
При адсорбционных методах газы поглощаются твердыми пористыми веществами. Поглощаемые молекулы газа удерживаются на поверхности твердых тел за счет физической адсорбции (силы Ван-дер-Ваальса) либо химическими силами.
Адсорбция рекомендуется для очистки
газов с невысокой
Адсорбционную очистку газов проводят в аппаратах адсорберах периодического и непрерывного действия. Наиболее часто этот метод применяют при регенерации органических растворителей.
Самый распространенный адсорбент - активированный уголь. Так, например, при адсорбции газов, содержащих H2S, применяют как активированные угли, так и полукоксы, активированный силикогель, карбонат кальция, активированный MnO2. [5]
Адсорбционные методы являются одним из самых распространенных в промышленности способов очистки газов. При концентрациях примесей в газах более 2-5 мг/мі, очистка оказывается даже рентабельной.[8]
Преимущества: 1) высокая степень очистки; температура газов не изменяется; 2) отсутствие жидкости.
Недостатки: 1) большая энергоемкость стадий десорбции и последующего разделения, что значительно осложняет применение метода для многокомпонентных смесей. [8]
в) Каталитический метод
Каталитический метод
В качестве катализаторов используют благородные металлы или их соединения. Катализаторная масса располагается в специальных реакторах в виде насадки из колец, шаров, пластин или проволоки, свитой в спираль, из нихрома, никеля, окиси алюминия с нанесенным на поверхность этих элементов слоем благородных металлов микронной толщины.
Каталитические методы широко используют для очистки от вредных примесей, содержащихся в газовоздушных выбросах цехов окраски, а также для нейтрализации выхлопных газов автомобилей.
Преимущества: 1) простота аппаратурного оформления и методики эксперимента; возможность провести определение за 10 мин и менее; 2) достаточная точность; 3) высокая чувствительность к веществам с молекулярной массой порядка 100 - Cкат, min = 10-17 г/мл = 10-11 мкг/мл (определить такие количества вещества практически невозможно из-за загрязнения воды, воздуха, реагентов, колебаний фона).
Недостатки: 1) относительно невысокая селективность (в настоящее время химики-аналитики научились повышать селективность каталитических методов, используя различные приемы).
г) Аммиачный метод
Процесс очистки выхлопных газов от H2S аммиачным методом заключается в промывке газа аммиачной водой.
В газовую смесь впрыскивают аммиак, который, взаимодействуя с кислыми веществами, образует соединения аммония. Собранная на электрофильтре твердая фаза направляется на регенерацию аммиака, благодаря чему расход аммиака в процессе невелик.
Преимущества: 1) аммиачные соли, возникающие в результате взаимодействия сернистого газа с аммиачной водой, используются как удобрение в сельском хозяйстве; 2) метод позволяет одновременно с очисткой газов от H2S получать сульфит и бисульфит аммония, которые используются, как товарные продукты либо разлагаются кислотой с образованием высококонцентрированного H2S и соответствующей соли.
Недостатки: 1) безвозвратные потери дефицитного продукта - аммиака.
д) Метод орошения известковым молоком
При орошении потока продуктов сгорания
известковым молоком можно
Преимущества: 1) высокая степень очистки; 2) экономичность.
Недостатки: 1) образование карбонатных отложений в газоочистной аппаратуре в результате применения известковых суспензий, затруднение работы распылителей и жидкостных трактов системы газоочистки; 2) возможность применять метод только на технологическом оборудовании, выпускаемом серийно. [6]
очистка газовый поток
Более подробное изучение очистки воздуха от сероводорода, рассмотрим на примере производства вискозного волокна железо-содовым методом.
1.3 Производство вискозного волокна
Одним із поширених джерел виділення
сірководню є використання сіркоорганічних
з'єднаннь у виробництві
віскозного волокна, яке отримують
шляхом хімічної обробки целюлози сірковуглецем: на 1 тонну волокна витрачається 300 – 400 кг CS2, при цьому значна його частина потрапляє у вентиляційне повітря (повітря аспіраційних систем).
Віскозне волокно отримують
шляхом хімічної обробки
Технологічні процеси можна представити
у вигляді наступних рівнянь: сірчанокислотне
розкладання ксантогената з виділенням
сірчанокислотне розкладання
з виділенням побічних продуктів
сірковуглецю і сірководню:
У результаті цих реакцій
у виробничі приміщення цеху виділяється 56-64 кг сірковуглецю
і до 40-48 кг сірководню на 1 т волокна.
Незважаючи на те, що у виробничих приміщеннях
завдяки багаторазовому обміну повітря,
концентрація сірководню, сірковуглецю
не перевищує ГДК, викид таких газів в
атмосферу неприпустимим, так як ГДК сірководню
та сірковуглецю для населених місць в
кілька разів нижче, ніж для робочої зони
виробничих приміщень.
При формовании вискозного волокна
выделяются в значительных количествах
сероуглерод и сероводород, которые
являются ядовитыми веществами, вредными
для здоровья человека. Эти вещества отравляют
воздух заводских помещений и окружающей
местности. Кроме того, на заводе вискозного
волокна образуется большое количество
сточных вод, содержащих щелочь, серную
кислоту и различные соли, загрязняющих
водоемы.
Дальнейшее развитие промышленности вискозных
волокон в значительной степени определяется
проблемой обезвреживания производств,
сокращения удельного расхода минерального
сырья и воды и защиты водоемов и атмосферы
от загрязнений.
Уменьшение вредности вискозного производства
решается в основном по двум направлениям
— совершенствованию технологического
процесса и внедрению санитарно-технических
мероприя-
тий. Технологические методы снижения
вредности производства описаны в соответствующих
разделах и здесь следует их лишь просуммировать:
Ji
сокращение расхода сероуглерода на ксантогенирование
зі счет снижения его расходования на
побочные реакции; щ
внедрение непрерывных методов получения
вискозы и волокон*
повышение стабильности процессов формования
нитей и волокна, исключающей их обрывность;
создание процессов и оборудования с локальными
выделениями загрязнений в газовую фазу;
использование осадительных ванн не содержащих
токсичные компоненты (например, цинк);
создание водооборотных технологических
циклов с минимальным сбросом загрязнений;
[А
внедрение локальных установок регенерации
технологически! растворов в замкнутых
контурах; Щ
внедрение автоматизации и механизации
технологического процесса.
Основными санитарно-гигиеническими мероприятиями
являются:
повышение герметичности технологического
оборудования;
разработка технических решений по максимальному
отводу вредных веществ в газовую или
жидкую фазу;
создание рациональных систем вентиляции
оборудования и производственных помещений.
Важнейшими из этих мероприятий являются
оборудование цехов мощной вентиляцией
и капсулирование прядильных машин, очистка
вентиляционного воздуха от сероводорода
и сероуглерода и тщательная очистка сточных
вод от вредных загрязнений.
18.1. ОЧИСТКА ВЕНТИЛЯЦИОННОГО ВОЗДУХА
В настоящее время на всех новых заводах
запроектированы мощные установки для
очистки выбрасываемого вентиляционного
воздуха.
Существуют установки, объединяющие очистку
воздуха от сероводорода и сероуглерода.
Но преимущественно применяются установки
с раздельной очисткой. Эти установки
имеют лучшее аппаратурное оформление
и более эффективны. В таких установках
очистка воздуха от сероводорода основана
на поглощении H2S суспензией реагентов
(хемосорбция), а сероуглерода — на адсорбции
CS2 неподвижным (стационарным) или подвижным
(кипящим) слоем активированного угля.
Очистка воздуха от сероводорода. Суспензия,
применяемая для поглощения H2S (железо-содовым
способом), представляет собой взвесь
гидроксидов двух- и трехвалентного железа
(2,5%) в воде с небольшим содержанием Na2CO3,
NaHCO3, Na2S2O3 и Na2SO^ образующихся в результате
поглощения H2S.
Тому, детально розглянемо фізико-хімічні
основи залізо-содового методу очистки
вентиляційних викидів від сірководню.
2 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА
В якості поглинача використовують залізо-содову суспензію, що містить гідроксид тривалентного заліза. Для його приготування беруть 18 % розчин сульфату заліза FeSO4 і 10 % розчин соди Na2СO3. Після їх змішування і продування повітрям отримують лужну суспензію:
FeSO4 + Na2CO3 + H2O Fe(OH)2 + Na2SO4 + CO2,
2 Fe(OH)2 + 0,5 O2 + H2O 2Fe(OH)3.
При поглинанні H2S спочатку утворюються кислі солі: бісульфід і бікарбонат натрію за рахунок реакції:
H2S + Na2CO3 NaHS + NaHCO3.
Бісульфід потім взаємодіє з гідроксидом тривалентного заліза з утворенням сульфідів заліза:
3NaHS + 2Fe(OH)3 Fe2S3 + 3NaOH + 3H2O,
3NaHS + 2Fe(OH)3 2FeS + S + 3NaOH + 3H2O.
Таким чином, в поглинальному розчині накопичуються сульфіди заліза і сірка. Для регенерації його продувають повітрям, внаслідок чого відбувається окислення сульфідів з виділенням сірки:
Fe2S3 + 3H2O + 1,5O2 2Fe(OH)3 + 3S,
2FeS + 3H2O + 1,5O2 2Fe(OH)3 + 2S.
Якщо в газі, що очищується, є кисень, то ці реакції протікають вже на стадії
поглинання сірководню по механізму авторегенерації, і у поглинальному розчині накопичується сірка. Основне продування киснем здійснюють в спеціальних апаратах з метою остаточної регенерації розчину і флотації сірки.
Також протікають реакції:
NaHCO3 + NaOH Na2CO3 + H2O,
NaHCO3 Na2CO3 + H2O + CO2.
До побічних реакцій можна віднести реакцію утворення тіосульфату:
2NaHS + 2O2 Na2S2O3 + H2O.
Ця реакція пов'язана з частковими втратами поглинальної суспензії. По
розглянутому механізму 70 % H2S перетворюється на сірку, а 30 % - в тіосульфат
натрію. Температура процесу дорівнює температурі навколишнього середовища, а
тиск бажано мати нижче атмосферного, щоб запобігти витоку в робочу зону
неприємно пахнучих токсичних речовин.
3 ВИБІР І ОПИС ТЕХНОЛОГІЧНОЇ СХЕМИ
1 – камера абсорбції; 2 – промивна камера; 3 – краплевідбійник; 4 –
регенератор; 5 – збірник води; 6,7,8 – насоси; 9 – збірник свіжої суспензії Fe(OH)3; 10 – піносбірник; 11 – вакуум-фільтр; 12 – воронка; 13 – автоклав;14 – збірник сірки; 15 – виливниця, 16 – повітродувка
Рисунок 3.1 – Технологічна схема залізо-содового методу очищення повітря
від сірководню
Наведена схема призначена для очищення вентиляційного повітря промислових підприємств від сірководню, вміст якого досягає 0,3 – 0,6 г/м3. Для очищення аспіраційні гази пропускають через апарат у вигляді горизонтальної камери з віяльним зрошуванням за всім об’ємом. Апарат складається з двох частин: камера абсорбції 1 призначена для уловлювання сірководню, промивна камера 2 – для скорочення втрат поглинального розчину. Зрошування камери абсорбції ведеться залізо-содовою суспензією, яка після контакту з газом, що очищується, збирається в нижній кубовій частині апарату, звідки насосами подається на регенерацію. Очищене від сірководню повітря поступає в промивну камеру, зрошувану водою. При цьому частина води передається в цикл зрошування камери абсорбції. Для створення в системі розрідження після апарату очищення встановлюється тягло-дуттєвий пристрій 16. Регенератор поглинального розчину 4 є апаратом колонного типу з верхньою
розширеною частиною. У нижню частину регенератора через гідрозатвор
компресором подається повітря. Бульбашки повітря, які барботують через розчин,
флотують сірку в поверхневу частину апарату. Сірчана піна, що зібралася там, перетікає в пінну кишеню, звідки направляється у піносбірник 10 і далі на переробку. Переробка полягає в обезводненні сірчаної пасти за допомогою вакуум-фільтра 11, і її плавленні в автоклаві 13. Після припинення процесу плавлення в автоклаві розчин розшаровується і розплавлена сірка, що знаходиться в нижній частині автоклава, передається в збірник 14, що обігрівається, звідки зливається у виливниці 15. Матковий розчин з автоклава і вакуум-фільтра повертається в цикл абсорбції.
Рис. 3.15. Устройство полых
распыливающих абсорберов:
а – вертикального с верхним распылом
жидкости;
б - вертиикального с распылом жидкости по высоте аппарата;
в - горизонтального с перекрестным током;
1 – корпус; 2 – форсуночный коллектор орошающей жидкости;
4 - брызготбойник; 5 - газораспределитель
Полый распиливающий абсорбер (рис.10) представляет собой колонну, в верхней части корпуса 1 которой имеются форсунки 2 для распыливания жидкости (главным образом механические). В распыливающих абсорберах объемные коэффициенты массопередачи быстро снижаются по мере удаления от форсунок вследствие коалесценции капель и уменьшения поверхности фазового контакта. Поэтому оросители (форсунки) в этих аппаратах обычно устанавливают на нескольких уровнях.
К достоинствам полых распиливающих абсорберов относятся: простота устройства, низкое гидравлическое сопротивление, возможность работы с загрязненными газами, легкость осмотра, очистки и ремонта. Недостатки этих аппаратов: невысокая эффективность, значительный расход энергии на распиливание жидкости, трудность работы с загрязненными жидкостями, необходимость подачи больших количеств абсорбента для увеличения количества капель и соответственно – поверхности контакта фаз, низкие допустимые скорости газа, значения которых ограничены уносом капель жидкости.
Распиливающие абсорберы применяются главным образом для поглощения хорошо растворимых газов, так как вследствие высокой относительной скорости фаз и турбулизации газового потока коэффициенты массоотдачи в газовой фазе в этих аппаратах достаточно высоки.
Заключение
В работе были рассмотрены методы очистки газовых потоков от сероводорода. Некоторые из них являются эффективными только с экологической точки зрения, как например, метод адсорбции; другие – с экономической, как метод орошения известковым молоком.
Наиболее целесообразным методом очистки газового потока от сероводорода с точки зрения затрат и эффективности оказался абсорбционный метод.
В реальности методов без недостатков
не существует, равно как не существует
производства без выбросов. Тем не
менее, наилучшим вариантом
Список литературы
В.В. Глухов, Т.П. Некрасова. Экономические основы экологии. – СПб: Питер, 2003.
А.А. Абросимов. Экология переработки углеводородных систем. – М.: Химия, 2002.
Э.А. Арустамов. Природопользование. М.: Дашков и К, 2005.
Н.С. Ахметов. Общая и неорганическая химия. – М.: Высшая школа, 2001.
А.А. Мухутдинова. Основы и менеджмент промышленной экологии. – Казань: Магариф, 1998.
Снакин В.В. Экология и охрана природы: Словарь-справочник. — М.: Академия, 2000.
http://www.chelpogoda.ru/
http://ru.wikipedia.org/wiki/
htmhttp://www.ecology-94.
http://www.ru.greenplanet.su/
http://www.ngs-envk.com/index.

- Очистка газовых выбросов фильтрами
- Очистка гидросферы от коллоидных частиц загрязнения, методы коагуляции и флотации. Фильтрация, ультрафильтрация, центрифугирование
- Очистка деталей в расплавах солей и щелочей
- Очистка дисперсных систем
- Очистка и переработка нефти
- Очистка и повторное использование технической воды и промышленных стоков
- Очистка и разборка объектов ремонта
- Очистка водоемов, очистка воды и донных отложений от органического и биогенного загрязнения, восстановление биологического баланса и сам
- Очистка воды
- Очистка воды
- Очистка воды методом обратного осмоса
- Очистка газа
- Очистка газов
- Очистка газов от диоксида серы с использованием твердых хемосорбентов