Proiectarea unei instalații de purificare a gazelor de ardere

PURIFICAREA GAZELOR REZIDUALE

TEMA DE PROIECTARE

Sa se proiecteze o instalatie de purificare a gazelor de ardere provenite de la o centrala termica pe baza de carbune.

Introducere

Dioxidul de sulf SO2 este anhidrida acidului sulfuros H2SO3. El este un gaz incolor, iritant al mucoaselor, cu un miros înțepător și gust acrișor. Gazul este toxic, se dizolvă bine în apă, formând acizi sulfuroși. Dioxidul de sulf ia naștere prin arderea materialelor fosile ce conțin cca. 4% sulf, ca și cărbuni sau petrol. Aceste procese duc la poluarea intensă a mediului fiind cauza ploilor acide.

Producere

• prin arderea sulfului sau hidrogenului sulfurat

• prin arderea minereurilor cu sulf, ca de ex. pirita:

• prin reacția sulfiților cu acizi tari

Prezenţa dioxidului de sulf în gazele reziduale este strâns legată de natura proceselor tehnologice care prelucrează diverse materii prime cu conţinut de sulf şi în cadrul cărora există cel puţin oetapă de transformare prin procese de oxidare sau în general, de ardere.

Din acest punct de vedere, cele mai importante surse antropogene de gaze reziduale cu conţinutde SO2 sunt:

1.Industria energetică, prin arderea combustibililor naturali sau sintetici (în special acărbunilor şi a păcurii sau a altor combustibili petrolieri grei, care au un conţinut relativmare de sulf);

2.Industria de metalurgie neferoasă, prin prelucrarea oxidativă a sulfurilor metalice de Zn, Pb, Cu etc.;

3.Industria chimică de prelucrare sau obţinere a compuşilor cu sulf, în special fabricarea acidului sulfuric. Prin efectul poluant şi cantităţile emise anual în atmosferă, dioxidul de sulf este principalul poluant gazos, motiv pentru care, de-a lungul timpului şi cu atât mai mult la ora actuală, a existat şi există o preocupare intensă privind elaborarea şi aplicarea unor procedee eficiente de desulfurare a gazelor reziduale.

Principalele probleme pe care le ridică desulfurarea gazelor reziduale cu conţinut de SO2

sunt:

-debitele foarte mari de gaze reziduale (în cazul centralelor electrice având valori deordinul 106 Nm3/h);

-concentraţia scăzută a SO2 în gazele reziduale (uzual 0,1 - 0,2%);

-prezenţa altor compuşi cu caracter acid (CO2, NOx, SO3etc.) şi a suspensiilor solide în gaze;

-temperatura ridicată a gazelor, în multe cazuri fiind necesară răcirea acestora şi apoi reâncălzirea lor după desulfurare, în vederea unei mai bune dispersii atmosferice;

-obţinerea prin desulfurare a unor produşi cu conţinut de sulf greu valorificabili sau nevalorificabili şi ca urmare are loc un transfer poluant către apă sau sol iar cheltuielile pentru desulfurare sunt mari şi greu de recuperat.

Aceste aspecte particulare fac ca majoritatea procedeelor de desulfurare a gazelor reziduale cuconţinut de SO2 să vizeze mai mult limitarea poluării atmosferei şi mai puţin recuperarea şivalorificarea sulfului. Cheltuielile mari de desulfurare au făcut ca aplicarea cu rezultate notabile a procedeelor de desulfurare să fie foarte mult limitată, introducerea tehnologiilor de desulfurare fiind impusă delegislaţia de mediu.

Procedeele de desulfurare de tip FGD (Flue Gas Desulfurization), dezvoltate în special după anul1944, sunt extrem de diversificate şi pot fi formal clasificate în următoarele categorii:

•Procedee uscate:

-bazate pe adsorbţie fizică

-bazate pe adsorbţie şi reacţie chimică

-bazate pe procese chimice, catalitice sau necatalitice

•Procedee umede:

-bazate pe procese de absorbţie fizică, în soluţii

-bazate pe procese de absorbţie şi reacţie chimică, în soluţii sau în suspensii

•Procedee combinate, în cadrul cărora pot avea loc procese complexe, atât fizice cât şi chimice.

Aceste procedee pot fi regenerative sau neregenerative (raportat la agentul de desulfurare) respectiv recuperative sau nerecuperative (raportat la compusul cu sulf).

PROCEDEE UMEDE.

Absorbţie în soluţii

În cadrul procedeelor umede, gazele reziduale cu conţinut de SO2 sunt contactate cu agenţi de sulfuranţi aflaţi în stare de soluţii sau suspensii iar absorbţia este însoţită de reacţii cahimice, reversibile sau ireversibile. Reactivitatea mare a dioxidului de sulf şi mai ales caracterul acid al acestuia determină, de regulă, caracterul bazic al agenţilor de desulfurare iar reacţiile chimice sunt în general reacţii de neutralizare.

a) Absorbţie în soluţii alcaline. Procedeul Wellman-Lord.

În soluţii alcaline are loc absorbţia SO2 însoţită de reacţii chimice:

-soluţii de NaOH:

2 NaOH + SO2↔ Na2SO3+ H2O

Na2SO3+ SO2+ H2O ↔ 2NaHSO3

-soluţii de Na2CO3:

2Na2CO3+ SO2+ H2O ↔ Na2SO3+ 2NaHCO3

2NaHCO3+ SO2↔ Na2SO3+ 2CO2+ H2O

Na2SO3+ SO2+ H2O ↔ 2NaHSO3

În soluţii alcaline se formează Na2SO3 care este de fapt agentul propriu zis de desulfurare prin reţinerea SO2 cu formare de NaHSO3 . Instabilitatea termică a sulfitului acid de sodiu face posibilă regenerarea agentului de de sulfurare şi recuperarea SO2, prin încălzire:

2NaHSO3→ Na2SO3+ SO2+ H2O

În mediu alcalin au loc şi reacţii secundare datorate prezenţei şi a altor compuşi cu caracter acid din gazele reziduale, cum este cazul gazelor de ardere:

HCl + NaOH → NaCl + H2O

SO3+ 2NaOH → Na2SO4+ H2O.