Жакупова А.Н., Евсеева Е.Ю.

Инновационный Евразийский Университет, Казахстан

Современные технологии в сфере очистки промышленных газов от соединений серы электрокаталитическими способами

В последнее время основным приоритетным направлением научных исследований и технологических разработок является поиск и создание новых способов очистки промышленного газа от соединений серы.

Выбросы сернистого ангидрида (диоксида серы) SO₂ в атмосферу составляют более 10%.

Являясь токсичным веществом, сернистый ангидрид отрицательно влияет на здоровье людей, раздражая дыхательные пути, вызывая астму, бронхит, а так же на окружающую среду. С попаданием в атмосферу соединений, содержащих серу, связано возникновение кислотных дождей, которые воздействуя на почву, вызывают ее закисление, отрицательно влияют на ее структуру и агрегатное состояние, угнетают растения, вызывая их гибель [1].

По этой причине необходимость создания новых технологий сероочистки не вызывает сомнения.

Главным путем предупреждения загрязнения атмосферы, как решили ученые и инженеры, является сокращение вредных выбросов и ликвидация их источников.

Тепловые электростанции, которые работают на многосернистом топливе, выбрасывают самое наибольшее количество токсичного сернистого ангидрида SO₂. Диоксид серы с содержанием серы 0,5-6% образуется при сжигании угля и мазута. На металлургических предприятиях при переработке руд более 80% соединений, содержащих серу, выбрасываются в окружающую среду вместе с отходящими газами.

Основными источниками ядовитых выбросов являются те предприятия, которые производят серу, серную кислоту[2].

Применение новых и улучшенных способов совместно с последними разработками в области технологий их использования позволяет значительно сократить содержание серы в промышленных газах.

На сегодняшний день применяются два способа очистки промышленных газов от соединений серы. К ним относится известкование и способ с использованием аммиачных растворов. К сожалению, указанные способы имеют значительные недостатки.

При очистке газов известкованием требуются значительные затраты на подготовку вспомогательных площадей под очистные сооружения, транспортировку и подготовку сырья, а так же утилизацию образующихся в результате очистки отходов.

При очистке газов с помощью аммиачных растворов возникают проблемы, связанные с обеспечением экологической защиты при использовании продуктов, содержащих аммиак, с обеспечением непрерывной транспортировки и хранения сырья.

Предлагаемые в данной статье способы очистки газов значительно улучшают качество процесса очистки при использовании на предприятии уже существующего оборудования, необходимы незначительные капитальные вложения на покупку дополнительного оборудования.

В качестве сырья в одном из способов применяются железосодержащие материалы, такие как железная стружка, куски пластин, сетки, а так же хлорид натрия NaCl.

Железосодержащие материалы загружаются в железную ванну. Ванна вместе с исходным сырьем подключаются к первому полюсу источника напряжения. К электроду, отделенному электроизоляционной корзинкой от остального пространства, подключается второй полюс. В электроизоляционной корзинке размещен второй электрод.

В ванне, в которую заливается вода, растворяется от 21 до 50 г/л соли. Ионы натрия на поверхностях исходного сырья нейтрализуются, бурно реагируют с водой, образуя в итоге щелочь NaOH. Отсюда следует, что исходное сырье, а именно железосодержащий материал покрыт слоем щелочи в результате процесса электролиза. При взаимодействии железа со щелочью NaOH образуются гидроксиды железа (II), гидроксохлориды и хлориды железа.

Осадочные и растворимые материалы, полученные в результате процесса, обладают высокой химической активностью, так как хорошо связывают высокие концентрации сернистого ангидрида SO₂.

Дополнительное связывание сернистого ангидрида SO₂ обуславливает щелочной характер жидкости, при этом отмечается появление осадка. Выпавший осадок имеет коричневый цвет.

На получение активной жидкости затрачивается электроэнергия в количестве 10-12 вт·час/л.

Данный способ применяется при нейтрализации выбросов с очень высокой концентрацией сернистого ангидрида SO₂.

Второй способ очистки промышленных газов относится к электрокаталитическому способу нейтрализации сернистого ангидрида SO₂, в котором как и в первом способе, в качестве сырья применяются железосодержащие материалы [3].

В качестве вспомогательного материала используется измельченный графит фракцией 3-5 мм. Железосодержащий материал перемешивается с гранулами графита, а полученную смесь помещают в ванну. Через нее пропускается жидкость, очищаемая от сернистого ангидрида SO₂.

В жидкости между включениями графита и железа наблюдается разность потенциалов.

Материал железа и графита, способный проводить электрический ток, составляет внешнюю нагрузку для каждого микроисточника. К образованию окислительных и восстановительных процессов приводит микроциркуляция токов.

Изначально наблюдается преобладание окислительных процессов, вследствие чего из сернистой кислоты Н₂SO₃ образуется серная кислота Н₂SO₄. Когда кислотность жидкости становится равной рН = 1-3, начинают происходить окислительно-восстановительные процессы с образованием тиосерной кислоты Na₂S₂O₃. В отстойник подается жидкость из ванны. Затем она направляется на повторную промывку газа.

Для завершения окислительно-восстановительных процессов требуется достаточное время присутствия жидкости в контакте со смесью системы железо-графит.

Необходим объем ванны около 3-4 м³ на расход жидкости 10 л/сек. При этом обеспечивается время контакте 5-7 мин.

Следует отметить, что необходимо чтобы бак для отстоя был объемом более 100 м3.

Предлагаемые в данной статье способы очистки газов взаимозаменяемы. Таким образом, ванна для проведения процесса электролиза освобождается и заполняется смесью системы железо-графит и наоборот.

Чтобы очистить 100 тыс. м³ промышленного газа необходимо:

1. Ванна объемом 12 м³. При этом соотношение железа и графита составляет 30/70.

Источниками сырья служат отходы производства графита, электродного завода, графит.

2. Отстойник объемом около 100 м³.

3. Один раз в неделю перемешивают графит с расходуемым железом.

4. Чтобы улучшить качество очистки промышленных газов периодически, не иначе как 1 раз в 2 месяца осуществляют регенерацию промывкой щелочью.

Вышеописанные способы обеспечивают очистку газа от сернистого ангидрида SO₂ с эффективностью 80%.

Литература:

1) Хотунцев Ю.Л. Экология и экологическая безопасность: Учеб.пособие. – М.: ACADEMA, 2002. – 480с.

2) Орлов Д.С. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении: Учеб.пособие / Орлов Д.С, Лозановская И.Н. Садовникова Л.К. – М.: Высшая школа, 2002. – 334с.

3) Розенкноп З.П. Извлечение двуокиси серы из газов. – М.-Л.: Госнаучтехиздат, 1952. – 213 с.