способ очистки печных газов производства сульфида натрия от сероводорода и диоксида серы

Формула изобретения

СПОСОБ ОЧИСТКИ ПЕЧНЫХ ГАЗОВ ПРОИЗВОДСТВА СУЛЬФИДА НАТРИЯ ОТ СЕРОВОДОРОДА И ДИОКСИДА СЕРЫ путем их промывки, отличающийся тем, что промывку осуществляют при рН 7,5 - 10,0 суспензией, полученной при репульпации в воде шлама - отхода производства сульфида натрия со стадии его отмывки - и предварительно обработанной сульфатом железа, причем суспензию готовят при массовом соотношении вода : шлам в пределах 4 - 9 : 1, предпочтительно 5,6 : 1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к очистке газов от серосодержащих соединений и может быть использовано в химической промышленности при обезвреживании газовых выбросов шахтных печей производства сульфида натрия.

В производстве сульфида натрия в процессе шахтной плавки образуются дымовые газы, содержащие сероводород и диоксид серы в количестве 0,8-1,2 и 1-2 г/нм³ соответственно. По нормативам ПДВ их содержание перед выбросом в атмосферу не должно превышать по H₂S 0,06; SO₂ 0,5 г/нм³.

Известен способ обезвреживания газов шахтных печей производства сульфида натрия промывкой водой с примесью известкового молока [1] Cпособ имеет существенные недостатки: недостаточная полнота обезвреживания газов, сброс неутилизируемой отработанной жидкости, зарастание абсорбционных систем труднорастворимыми соединениями кальция.

Наиболее близким техническим решением является способ очистки газов шахтных печей производства сульфида натрия промывкой растворами сульфида натрия со стадии отмывки шлама или со стадии фильтрации пульпы до достижения рН поглотителя не менее 10,5 [2]

Однако известный способ имеет следующие недостатки. Результаты опытно-промышленных испытаний показали, что при промывке газов жидкостью, содержащей сульфид натрия, конечное содержание сероводорода в газах составляло от 136,9 до 273,0 мг/нм³, а диоксида серы, как правило, превышало 500 мг/нм³. Такая степень очистки газов недостаточна для обеспечения ПДВ указанных соединений.

Но даже такая эффективность процесса очистки газов достигается только благодаря введению в абсорбционные системы значительных количеств раствора сульфида натрия. Это обусловлено тем, что, кроме основных реакций поглощения H₂S и SO₂

H₂S+Na₂S 2NaHS

(1)

SO₂+Na₂S+H₂O NaHS + NaHSO₃

(2) протекает процесс взаимодействия сульфида натрия с диоксидом углерода, содержание которого в газах на два порядка превышает содержание сероводорода и диоксида серы

CO₂+Na₂S+H₂O NaHS + NaHCO₃ (3)

По этой причине щелочность рН исходного раствора в процессе промывки газов быстро снижается, приближаясь к критической (рН 10,5), ниже которой возможен залповый выброс сероводорода из-за разложения NaHS (реакция (1)).

Расход поглотительной жидкости на обезвреживание газов только от одной шахтной печи составляет 7-8 м³/ч. На практике в соответствии с материальным балансом производства растворов сульфида натрия на стадии отмывки шлама образуется вдвое меньше. Поэтому, как правило, при работе двух печей абсорбционная система одной из них оказывается не обеспеченной промывной жидкостью.

Целью изобретения является достижение полноты улавливания сероводорода и диоксида серы, сокращение потоков промывной жидкости с одновременным обеспечением эксплуатационной надежности процесса.

Цель достигается тем, что промывку газов осуществляют при рН 7,5-10,0 суспензией, полученной при репульпации в воде шлама отхода производства сульфида натрия со стадии его отмывки и предварительно обработанной сульфатом железа, причем суспензию готовят при массовом соотношении вода:шлам в пределах 4-9:1, предпочтительно 5,6:1.

Сопоставительный анализ нового технического решения с прототипом показывает, что новый способ отличается от известного тем, что промывку печных газов осуществляют при более низких значениях рН поглотительной суспензии, приготовленной путем репульпации шлама в воде с добавкой сульфата железа.

Таким образом, разработанный способ соответствует критерию изобретения "новизна".

Шлам, являющийся отходом производства сульфида натрия, имеет следующий состав, мас. сульфиды натрия в пересчете на Na₂S 6,12; Na₂S₂O₃ 2,76; Na₂SO₃ 0,46; Na₂SO₄ 19,57; Na₂CO₃ 15,88; NaCl 0,20; н.о. 24,33; Н₂О 30,68. Нерастворимый в воде остаток (н.о.) содержит непрореагировавший углерод кокса, полуторные окислы и окись кремния.

Таким образом, шлам представляет собой сложную физико-химическую систему. Как показали опыты, шламовая пульпа в интервале рН 7,5-10,0 и при массовом соотношении вода:шлам 4-9:1, предпочтительно 5,6:1, обладает высокой активностью по отношению к сероводороду и диоксиду серы, содержащимся в печных газах.

Установлено также, что с уменьшением содержания сульфида натрия в шламовой пульпе эффективность процесса улавливания H₂S и SO₂ в указанном интервале рН повышается. Поэтому с целью обеспечения стабильного и эффективного протекания процесса улавливания H₂S и SO₂, а также предотвращения выброса сероводорода по реакции (1), который возможен при низких рН (менее 10,5), суспензию шлама предварительно обрабатывают сульфатом железа для осаждения сульфидной серы по реакциям:

Na₂S + FeSO₄ FeS + Na₂SO₄, (4)

2FeSO₄ + 2NaHS + Na₂CO₃ 2FeS + 2Na₂SO₄ + CO₂ + H₂O, (5)

FeSO₄ + Na₂S_n FeS + S_n-1 + Na₂SO₄. (6)

Опыты по очистке газа проводили следующим образом.

Шлам со стадии отмывки репульпировали в воде и добавляли стехиометрическое количество сульфата железа для осаждения сульфидной серы. Затем приготовленную суспензию подавали на орошение печных газов.

При массовом соотношении вода:шлам более 9 вследствие сильного разбавления активность суспензии значительно снижается, что отрицательно влияет на полноту протекания процесса очистки газов. Потоки поглотительной суспензии существенно возрастают.

При массовом соотношении вода:шлам менее 4 жидкая фаза поглотительной суспензии приходит в состояние насыщения солями из шлама. Следствием этого является резкое снижение скорости растворения H₂S и SO₂в поглотительной суспензии и соответственно степени очистки газов.

С повышением рН поглотительной суспензии более 10,0 эффективность процесса улавливания H₂S и SO₂ падает, потоки промывной жидкости существенно возрастают.

При уменьшении рН ниже 7,5 эффективность процесса также снижается.

Способ очистки печных газов производства сульфида натрия по настоящему изобретению может быть реализован следующим образом.

П р и м е р 1. Шлам со стадии отмывки репульпируют в воде при массовом соотношении вода:шлам, равном 5,6:1. Добавляют стехиометрическое количество сульфата железа для осаждения сульфидной серы.

рН суспензии в процессе очистки газов поддерживают на уровне 8,5. Содержание H₂S и SO₂ в исходном газе 800 и 1200 мг/нм³ соответственно. После промывки газ содержит H₂S 15; SO₂ 480 мг/нм³.

Расход суспензии 1,3 м³/ч.

П р и м е р 2. Суспензию, приготовленную по примеру 1, подают на орошение печных газов.

рН суспензии в процессе очистки газов поддерживают на уровне 10,0. Содержание H₂S и SO₂ в очищенных газах составляет 10 и 450 мг/нм³соответственно. Расход суспензии 1,3 м³/ч.

П р и м е р 3. Орошение печных газов осуществляют суспензией, приготовленной по примеру 1. рН суспензии в процессе промывки газов 7,5. Содержание H₂S и O₂ в очищенных газах 20 и 500 мг/нм³соответственно. Расход суспензии 1,3 м³/ч.

П р и м е р 4. Орошение печных газов осуществляют суспензией, приготовленной по примеру 1. рН суспензии в процессе очистки газов 7,0. Содержание H₂S и SO₂ в очищенных газах 100 и 800 мг/нм³соответственно. Расход суспензии 1,3 м³/ч.

П р и м е р 5. Орошение печных газов осуществляют суспензией, приготовленной по примеру 1. рН суспензии в процессе очистки газов 11,0. Содержание H₂S и SO₂ в очищенных газах 120 и 650 мг/нм³соответственно. Расход суспензии 6,0 м³/ч.

П р и м е р 6. Шлам со стадии отмывки репульпируют в воде при массовом соотношении вода: шлам, равном 9:1. Добавляют сульфат железа для осаждения сульфидной серы.

рН суспензии в процессе промывки газов поддерживают на уровне 8,5. Содержание H₂S и SO₂ в очищенных газах составляет 10 и 450 мг/нм³. Расход суспензии 1,6 м³/ч.

П р и м е р 7. Шлам со стадии отмывки репульпируют в воде при массовом соотношении вода: шлам, равном 4:1. Добавляют сульфат железа для осаждения сульфидной серы. рН суспензии поддерживают на уровне 8,5. Содержание H₂S и SO₂ в очищенных газах составляет 30 и 500 мг/нм³соответственно. Расход суспензии 1,6 м³/ч.

П р и м е р 8. Шлам со стадии отмывки репульпируют в воде при массовом соотношении вода: шлам, равном 10:1. Добавляют сульфат железа для осаждения сульфидной серы. рН суспензии поддерживают на уровне 8,5. Содержание H₂S и SO₂ в очищенных газах составляет 100 и 650 мг/нм³соответственно. Расход суспензии 6,5 м³/ч.

П р и м е р 9. Шлам со стадии отмывки репульпируют в воде при массовом соотношении вода: шлам, равном 3:1. Добавляют сульфат железа для осаждения сульфидной серы. рН суспензии в процессе очистки газов поддерживают на уровне 8,5. Содержание H₂S и SO₂ в очищенных газах составляет 160 и 850 мг/нм³ соответственно. Расход суспензии 3,5 м³/ч.

Использование данного изобретения обеспечивает по сравнению с известными способами очистки печных газов производства сульфида натрия следующие преимущества. Существенно, до норм ПДВ и ниже, сокращаются выбросы H₂S и SO₂, в 4-5 раз сокращаются потоки промывной жидкости, исключается возможность залпового выброса сероводорода при возникновении аварийных ситуаций, экономичность процесса за счет использования полезных компонентов (сода, соединения железа), содержащихся в шламовых отходах производства.