Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Інші
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2009
Тип роботи:
Лабораторна робота
Предмет:
Інші
Група:
ЕКО-12
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
М і н і с т е р с т в о о с в і т и і н а у к и У к р а ї н и
Н У « Л ь в і в с ь к а П о л і т е х н і к а »
К а ф е д р а ЕОНС
Лабораторна робота №2
Обгрунтувати і запропонувати технологічну схему для очищення забруднених газів сірководнем методом абсорбції.
Підготував:
ст. гр. ЕКО - 12
Харів В.М.
Перевірив:
Мартиняк О.В.
м. Львів 2009 р
ЗМІСТ
Загальна характеристика сірчаних руд
Фізико – хімічні властивості забрудника.
Хімічний склад сірчаних руд.
Абсорбційні методи.
Оптимальний варіант технології очищення.
Список використаної літератури.
Загальна характеристика сірчаних руд.
В основі процесу відділення пустої породи від рідкої сірки при плавці концентрату в автоклавах, лежать різні фізико-хімічні властивості поверхні матеріалів, які підлягають дії води, реагентів і пари.
Зазвичай флотаційний сірчаний концентрат відрізняється від вихідної руди тільки кількісним співвідношенням мінералів і гранулометричною характеристикою. Тому текстурна і мінералогічна характеристики самородних сірчаних руд представляють для збагачувачів та технологів практичний інтерес.
Рудні тіла залягають у формі пластів та лінз. Всередині пластів сірка роз приділяється у вигляді гнізд, прошарків, які утворюються часто при злитті гнізд сірки, а також у вигляді окремих чи суцільних вкраплень. В деяких рудах сірка служить в якості цементу породи. В пористих і кавернозних рудах сірка розміщається в кавернах, порах, тріщинах, утворюючи в них щітки, корки, нальоти, плівки.[1].
Фізико – хімічні властивості забрудника.
Сірководень — безбарвний газ із запахом тухлих яєць. Він добре розчиняється у воді (при 20 °С в 1 об'ємі води розчиняється 2,5 об'єму сірководню). Сірководень можна добути безпосереднім сполученням сірки з воднем при нагріванні, але звичайно його добувають дією розбавленої соляної чи сірчаної кислот на сульфід заліза:
2HCl + FeS = FeCl2 + H2S↑
Цю реакцію часто проводять у апараті Кіппа.
Сірководень - дуже отруйний газ, який шкідливо діє на нервову систему. Тому працювати з ним треба у витяжних шафах або у щільно закритих приладах. Допустимий вміст Н2S у виробничих приміщеннях становить 0,01 мг в 1 л повітря. Розчин сірководню у воді називається сірководневою водою, або сульфідною кислотою (сірководневою кислотою) (вона виявляє властивості слабкої кислоти).
Н2S - менш стійка сполука, ніж вода. При сильному нагріванні він майже повністю розкладається на сірку і водень:
Н2S = S + Н2.
Газоподібний Н2S горить на повітрі блакитним полум'ям, утворюючи оксид сірки (IV) і воду:
2Н2S + 302 = 2SO2 + 2Н2О.
Хімічні властивості
Хімічний зв'язок сірки з воднем у молекулі сірководню ковалентний:
..
H : S : H
..
але спільні електронні пари зміщені від атомів водню до атомів сірки, тому сірка виявляє негативну валентність. У водному розчині це зміщення є ще більшим.
У хімічному відношенні сірководень — сильний відновник. Відновні властивості його обумовлюються тим, що іон сірки S2- порівняно легко втрачає два електрони і перетворюється в нейтральний атом сірки S0, а під впливом сильних окисників втрачає шість електронів і перетворюється в позитивно заряджені іони S4+. Так, при достатньому доступі кисню сірководень горить на повітрі з утворенням двоокису сірки і водяної пари:
2H2S2- + 3O20 = 2S4+O22- + 2H2O2-
При недостатньому доступі кисню, або при охолодженні його полум'я він згоряє з утворенням води і виділенням вільної сірки:
2H2S2- + O20 = 2S0 ↓ +2H2O2-
За цією самою реакцією сірководень повільно окиснюється у водному розчині. Тому коли сірководневу воду залишити на тривалий час в дотику з повітрям, то H2S повністю окисниться і вільна сірка виділиться у вигляді каламуті. У водному розчині сірководень легко окиснюється також галогенами й іншими окиснювачами. Наприклад:
H2S + Cl2 = S ↓ +2HCl.
Оксид сульфуру (IV) – це безбарвний важкий газ, з різким запахом, що викликає кашель. Негорючий, дуже легко розчиняється у воді.
Хімічний склад сірчаних руд.
Для сірчаних руд характерний досить непостійний склад чистої сірки, що залежить від нерівномірного розподілу її в руді. Вміст сірки в руді коливається у вельми широких межах – від 5 до 60 %. В рудах Передкарпаття і Середньої Азії постійним компонентом являється Са, вуглекислота, а також змінна кількість Mg, Si, SO3. [1].
В утворенні сірчаних руд приймають участь наступні рудні мінерали: сірка, кальцит, доломіт, гіпс, ангідрит, целестин, кварц, халцедон, опал, пірит, лимоніт, глинисті мінерали (монтморилоніт, каолініт), а також бітуми і тд.
Сірка в рудах представлена декількома різновидностями: крупнокристалічною, тонкокристалічною, прихованокристалічною і аморфною. Остання мало розповсюджена.
Крупнокристалічна утворює включення і прошарки у вигляді гнізда, часто разом з кальцитом і гіпсом, і, крім того вистилає пустоти і тріщини. Вона представлена досить великими прозорими жовтими кристалами або кристалами зафарбованими бітумами в темі тони з гладкими чи горохуватими гранями.
Тонко кристалічна сірка відрізняється зернами мілких розмірів і досить цікавими звивистими обрисами своїх агрегатів, що призводить до тонкого взаємного простору сірки і породи, яка її вміщає. Колір агрегатів сірки – жовтий з зеленуватим чи сіруватим відтінком.
Прихованокристалічна сірка має чисто мінералогічне значення. На вигляд - це міцні агрегати різної форми – овальної, кулевидної, многокутної, відрізняється восковидним матовим блиском і нерівним розломом. Колір її сірувато-жовтий, жовтий, коричневий.
Всі перечислені різновиди сірки відрізняються між собою не тільки по зовнішньому вигляді, але й за фізичними (розчинність, густина) і оптичними властивостями, а також за характером сумішей.
Кальцит є присутнім в якості вторинного мінералу у вапняних, мергелістих, глинистихі гіпсових рудах. Він має тонко- і дрібнозернисту структуру і поступово переходить в крупнокристалічну. Вторинний кальцит являється широко розповсюдженим мінералом в рудах, де він утворює прошарки, гнізда, лінзочки навколо сірки, а також заповнює пустоти, пори і тріщини в кавернозних рудних тілах.
Доломіт утворює сполуки із округлих мілких зернин.
Гіпс, як вторинний мінерал є присутнім в рудах, утворюючи в них прошарки, малі включення, незначну вкрапленість серед сірки і кальциту. Він виявлений в рудах у вигляді мілко зернистого і волокнистого виду.
Ангідрид зустрічається у незначних кількостях у вапнякових і гіпсових рудах. Він утворює включення дрібних зерен серед гіпсу, кальциту і сірки.
Целестин є утворює в руді тоненькі прошарки і прожилки разом із сіркою і кальцитом, а також окремі кристали та їх суміші.
Кварц в руді представлений дрібними зернами різної степені октанності.
Абсорбційні методи.
Абсорбція являє собою процес розчинення газоподібного компонента в рідкому розчиннику. На практику абсорбція частіше усього супроводжується швидкою хімічною реакцією в рідкій фазі. Відповідно до використовуваної абсорбційної рідини абсорбційні системи розділяють на водяні і не водяні. В другому випадку звичайно застосовуються малолетючі органічні рідини. Абсорбцію можна проводити рідиною, використовуваної або тільки один раз, або такою, що регенерується. Останню повторно застосовують після виділення її з забруднювача.
Схеми з однократним використанням поглинача застосовуються в тих випадках, коли в результаті абсорбції утворюється готовий продукт або напівпродукт. Приклади цьому - одержання мінеральних кислот абсорбцією SO3 і NOХ у виробництві відповідно сірчаної або азотної кислот; солей - абсорбцією NOХ лужними розчинами з утворенням нітрит-нітратних лугів і SО2 водяними розчинами вапна або вапняку з утворенням сульфіта кальцію; інших речовин (абсорбція NH3 водою у виробництві аміачної води).
Схеми з багатократним використанням поглинача (циклічні процеси) поширені для очищення газів. Такі схеми застосовують для уловлювання вуглеводнів, очищення від SО2 димових газів енергетичних установок і електростанцій, очищення вентгазів від сірководню залізосодовим методом з одержанням елементарної сірки, моноетаноламінового очищення газів від СО2 в азотній промисловості і ін.
У залежності від засобу створення поверхні зіткнення фаз розрізняють поверхневі, барботажні й абсорбційні апарати, що розпилюють. У першій групі апаратів поверхнею контакту між фазами є дзеркало рідини або поверхня плівки проточної рідини. Сюди ж відносяться насаджувальні абсорбери, у яких рідина стікає по поверхні завантаженої в абсорбер насадки з тіл різноманітної форми. В другій групі поверхня контакту розвивається потоками газу, що розподіляється в рідині у виді пухирців і струмків. Барботаж здійснюється шляхом пропускання газу через заповнений рідиною апарат або в апаратах колонного типу з різноманітного типу тарілками. У третій групі апаратів поверхня контакту утвориться шляхом розпилення рідини в обсязі газу. Поверхня контакту й ефективність процесу в цілому визначаються дисперсністю розпиленної рідини.
Найбільше поширення в даний час одержали насадкові (поверхневі) і барботажні тарілчасті абсорбери. Для ефективного застосування водяних абсорбційних середовищ що видаляється компонент повинен добре розчинятися у воді. Це має місце, наприклад, при видаленні кислих газів HС1, HF, NH3, NO2. Для абсорбції газів із меншою розчинністю (S02, C12, H2S) використовуються лужні розчини на основі NaOH або Са(ОН)2. Добавки хімічних реагентів у багатьох випадках збільшують ефективність абсорбції за рахунок протікання хімічних реакцій у плівці. Збільшення ступеня очищення можна також домогтися за рахунок проведення процесу абсорбції в дві стадії або введення у водяні розчини різноманітних добавок , що модифікують.
Останнім часом на практиці широко використовується метод абсорбційно - хімічного знешкодження від S02 димових газів теплоелектростанцій (ТЭС), металургійних виробництв і інших джерел. Перша у світі значна промислова установка очистки на основі мокрого вапняного (вапнякового) методу продуктивністю 3 млн м3/ч аглогазів була введена в експлуатацію на Магнітогорському металургійному комбінаті в 1961 р. В даний час на цій установці утилізірується біля 100 000 т/рік диоксида сірки. Обсяг газів ТЭС, що очищаються в даний час від S02 у Японії, США. ФРН, оцінюється на рівні 109 м3/ч при загальному числі установок 250.
Найбільше поширення при очищенні димових газів ТЭС одержали абсорбційні методи з застосуванням кальцієвого сорбента. При використанні мокрого вапняного процесу утвориться шлам, що складається із сульфітів і сульфатів кальцію, що можуть бути стабілізовані, наприклад, шляхом прожарювання у формі гіпсу.
При абсорбції S02 розпиленої вапном протікають такі реакції [1]:
SO2 (г) ( SO2 (р), (1.1)
SO2 (р) + Н2O ( Н2SO3 -> HSO3- + Н+, (1.2)
HSO3- ( H+ + SO32-. (1.3 )
Вапно у шламе вступає в реакції:
Са + Н2O ( Са(ОН)2 (тв), (1.4)
Са(ОН)2 (тв) ( Са(ОН)2 (р), (1.5)
Са(ОН)2 (р) ( Са2+ + 20H- (1.6)
Сульфіт-іон, що утвориться по (1.3), з'єднується з іоном кальцію, що утвориться по (1.6); при цьому виникає нерозчинний полугідрат сульфіта кальцію:
Са2+ + SO32- + 1/2H2O ( СаS03 . 1/ 2Н2O (1.7)
Крім того, сульфіт-іон у кінцевому рахунку перетворюється в гіпс по реакціях:
SO32+ + 1/202 ( SO4 2- (1.8)
Са2+ + SO42- + 2 H2O ( СаS04 . 2Н2O (тв). (1.9 )
Кількість вапна, необхідна для процесу, і кількість одержуваного шлама розраховуються на основі реакцій (1.1)- (1.9). При чистоті вапна 95% і виконанні стехіометрії потреба у вапні складає 1,05 від маси що уловлюється SO2.
При використанні вапнякового процесу протікають такі реакції:
СаСОз (т) ( СаСОз (р),
CaCO3 (р) ( Са2+ + СО32–
Інші реакції збігаються з хімічними процесами, що протікають при використанні вапняного методу.
Процес мокрого вапняного очищення димових газів здійснюється таким чином. Димові гази, очищені від приску, надходять у тарілчастий абсорбер. Абсорбер зрошується водою, що містить мілко розмолотий вапняк і продукти нейтралізації. Очищені гази проходять через бризковловлювач в димар. Закислена рідина після абсорбції SO2 надходить у ємність, куди добавляється свіжа вапнякова суспензія. Після накопичення в рідині, що зрошує, солей (сульфіта і сульфату кальцію) у кількості 10-15 мас.% частина суспензії виводиться з системи у ємності з наступною утилізацією шламу. У випадку виробництва зі шлама гіпсу схема доповнюється лінією окислювання сульфіта і виділення солей. Промислова експлуатація даного засобу показує стабільне очищення газів від SO2 із ступенем витягу біля 90 %.
Напівсухий засіб очищення (розпилювальна абсорбція) використовується головним чином при знешкодженні димових газів, що утворяться при очищенні рогів з утриманням сірки від 0.5 до 1,5 мас. %. Метод заснований на поглинанні SO2 із димових газів дрібними краплями вапняного розчину , що випарову ються в них Для цього димові гази пропускають через розпилювальний абсорбер, габарити якого забезпечують час перебування крапель у ньому, достатнє для їхнього повного випару. Продуктом реакції на відміну від мокрих засобів є не пульпа, а сухої порошок, що подає собою суміш сульфіта і сульфату кальцію. Хімічні процеси цілком ідентичні процесам, що відбуваються при використанні вапняного засобу.
Основна технічна трудність у реалізації напівсухого засобу полягає в організації ефективного массообміну між рідиною і димовими газами. Наприклад, розпилювальні сушарки фірми "Лурги" дозволяють одержувати краплі розміром 80-100 мкм. Загальна поверхня крапель, що утворяться з 1 л рідини, складає в цьому випадку 60 м2.
Ступінь очищення газів від SO2, що не перевищує 70-80 %, і необхідність створення абсорберів значних розмірів обмежують застосування методу розпиллювальної абсорбції. Проте відсутність стічних вод і одержання продукту в сухому виді призвели до інтенсивного застосування цього засобу в промисловості.
При реалізації абсорбційних методів очищення газів часто застосовуються неводні системи на основі органічних розчинників, таких, як діметіланілін, аміни, тетраетіленглікольдіметіл. Для виділення меркаптанів у якості абсорбентів вживають вуглеводень олії. Абсорбція органічними розчинниками найбільше ефективна при видаленні органічних газоподібних домішок. Останнє значною мірою обумовлено низьким рівноважним тиском насичених парів абсорбенту при умовах газоочистки - не більш 1 Па.
Опишемо як приклад застосування абсорбції для очищення газів при уловлюванні парів бензолу важкою олією (наприклад, гексадеканом). Після абсорбції поглинальний розчин підігрівають і подають у десорбер. Тому що вода не мішається з бензолом і поглиначем (олією), те десорбцію ведуть гострим пар. Вихідні з десорбера пари спрямовують на конденсацію, де відбувається уловлювання абсорбенту і частково води. Після їхнього поділи в сепараторі сконденсований поглинач повертають у цикл. Суміш водяної пари з бензолом надходить на другу стадію конденсації. Пару, що не скондесувалася, відокремлюють від рідини в сепараторі. Відділення рідкого бензолу від води відбувається за рахунок їхній розшарування в окремому апараті.
Найбільше широко абсорбція застосовується в промисловості при уловлюванні з газів кислих компонентів, що відходять, і очищенню димових газів.
Оптимальний варіант технології очищення.
Принципова технологічна схема представлена на додатку 1 в кінці даної записки. Сірчаний газ, що виділяється в процесі після «мокрої» пилоочистки підігрівається до 250-260˚С в газо-газовому теплообміннику 3 за рахунок теплоти газів після ступеню COS-конверсії і ділиться на два потоки. Більша частина вихідних газів, більше ¾ загальної кількості, що потрапляє на переробку, відновлюється природним газом в каталітичному чи «високотемпературному» гомогенному реакторі 1 при деякій нестачі відновлюю чого газу, який забезпечує відновлення діоксиду сірки і сірководню. Практично необхідно витримувати відношення природного газу і діоксиду сірки п при відновленні порядку СН4:SO2 =0.65…0.7. При цьому діоксиду сірки у відновлених газах є присутнім в невеликій кількості, на рівні 15-20% по відношенню до сірководню, а вихід сірки складає не менше 70%. Температура відновленого газу знижується у випарювальному скрубері-реакторі 2 до 600˚С за рахунок випарювання робочого розчину на стадії доочищення хвостових газів, після чого газ контактує з каталізатором з конверсією вуглецевих з’єднань сірки і відновленням частини остаточного діоксиду сірки воднем і оксидом карбону. Газ після конверсії охолоджується приблизно до 250˚С в теплообміннику 3 і до 150˚С в теплообміннику 4, після чого поступає в котел-конденсатор 5, де проходить виділення основної кількості сірки. З котла-конденсатора газ направляється для кінцевого виділення сірки в зрошувальний скрубер сірковловлення-регенерації 6, після чого звільняється від надлишкової вологи в скрубері-конденсаторі 7, який зрошується власним конденсатом по циркуляційній схемі, через циркуляційний водяний холодильник 8. Температура і циклі зрошення скрубера 7 підтримується 35-40˚С. Висушений газ нагрівається приблизно до 150˚С в газо-газовому теплообміннику 4 і подається на змішування з гарячими безкисневими сірчистими газами.
Менший потік вихідних сірчистих газів, менш, ніж ¼ від загадьної кількості, після теплообмінника 3 поступає в каталітичний реактор спалювання природного газу 9. Кількість природного газу, що піддається спалюванню, рівне стехіометричному по відношенню до кількості кисню в меншому газовому потоці, тобто спалювання проходить з коефіцієнтом надлишку окислювача (кисню) ά, який наближується до 1.0. Гарячий газ після спалювання, який містить діоксиду сірки і не містить кисню, змішується з потоком підсушеного підігрітого газу із теплообмінника 4, в якому знаходиться переважно сірководень. Після змішування співвідношення Н2S:SO2 в потоці повинно бути близьким до 2,0, з деяким невеликим надлишком діоксиду сірки, а температура – не нижче 220˚С. Змішаний потік направляється на Н2S-конверсію. Якщо початкова концентрація діоксиду сірки в газі, який поступає на переробку, не перевищує 30%, Н2S-конверсія організовується в одну стадію. При концентрації вихідного газу більше, ніж 30%, можлива для зниження загрузки на «мокру» ступінь слідуючого доочищення газу організація двох ступеней контактування. При цьому перший процес здійснюється при більш високій температурі – 240-260˚С, а нагрівання газу після виділення сірки перед надходженням на ступінь контактування відбувається в газо-газовому теплообміннику за рахунок теплоти газів після попередньої ступені.
Після виділення сірки в конденсаторі останньої ступені Н2S-конверсії газ поступає в скрубер «мокрого» доочищення 11. Скрубери 11і 6 зрошуються по перехресній схемі, як показано на аркуші 1, слабо концентрованим (1,5-2,5%) розчином бісульфіт-сульфіту амонію, який містить досить значиму кількість, приблизно 20%, сульфату амонію. В скрубері 11 поглинається надмірна кількість діоксиду сульфуру після відділення Н2S-конверсії, а також проходить вловлення несконденсованої сірки. Утворений бісульфіт амонію відновлюється до сульфіту і сірки в скрубері 6, де промивається переважно сірководень. Необхідна кількість сульфіту в циклі зрошення скруберів 11 і 6 підтримується за рахунок відновлення частини сульфату у випарювальному скрубері-реакторі 2. Замість розчину, який випаровується надходить надлишковий конденсат із циклу зрошення скрубера 7. Утворювана і вловлена сірка виділяється повітряною флотацією із циркуляційних ємностей скруберів 6 і 11, які виготовлені як реактори-флотатори.
Процес безвідходний, в ньому використані розроблені технічні прийоми, тому ніяких ускладнень при його використанні виникнути не може. Обробка та вивчення процесів очищення і утилізації сірчистих газів в широкому діапазоні вихідних концентрацій дозволяють докорінно змінити ситуацію в справі захисту атмосфери від сірчаних викидів і забезпечать потужне джерело цінної мінеральної сировини – елементарної сірки.
Висновок
При виконанні даної лабораторної роботи мною були визначені фізико-хімічні властивості забруднила, описані абсорбційні методи очищення, описано і запропоновано оптимальну схему очищення від сірчаних газів, встановлено, що вона є безвідходною.
Cписок використаної літератури.
В.М. Борисов «Получение елементарной серы методом флотации несульфидных минералов в жидкой сере». Москва 1958г.
С.В. Зубик «Техноекологія. Джерела забруднення і захист навколишнього середовища» Львів 2007р.
Ю.И. Дытнерський «Основные процессы и аппараты химической технологии» Москва «Химия» 1991г.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора