Очистка и охлаждение газа

Несмотря на то, что характер и количество загрязнений, а также температура печного газа зависят от вида и качества серусодержащего сырья и способа его сжигания, принципы охлаждения и очистки газа являются общими для различных условий. Основные требования к очистке газа заключаются в том, чтобы не допустить попадания в башенную кислоту примесей, вредно влияющих на качество целлюлозы. К таким примесям относятся серный ангидрид SO₃, селен, мышьяк, пыль, огарок и др.

Для обеспечения нормальных условий поглощения печной газ охлаждают до температуры 30–35°. Рассмотрим характер основных загрязнений.

SO₃ образуется уже в момент сжигания серусодержащего сырья за счет избытка кислорода воздуха. Кроме того, часть сернистого ангидрида под воздействием катализаторов — окислов железа, мышьяка и селена, которые присутствуют в газе, переходит в серный ангидрид. На образование SO₃ влияет также время воздействия критической температуры в печи и по тракту очистки и охлаждения газа (рис. 5).

При обжиге колчедана от 5 до 15 % SO₂ окисляется в серный ангидрид.

Рис. 5. Зависимость перехода SO₂ в SO₃.

1–19,5 % SO₂; 2–16,5 % SO₂; 3–14,0 % SO₃; 4–10,5 % SO₃.

При работе на кальциевом оснований SO₃ способствует образованию гипса CaSO₄ который засоряет аппараты приготовления кислоты.

Селен содержатся в печных газах в виде SeO₂.

Под действием сернистого ангидрида SeO₂ восстанавливается в металлический селен, мелкодисперсной пыли

SeO₂ + 2SO₂ = Se + 2SO₃.

Образующийся при этом серный ангидрид увеличивает потери серы. При обжиге колчедана образуется значительное количество огарковой пыли, которая выносится из печи вместе с газом (табл. 2). Пыль способствует образованию SO₃ и загрязняет кислоту.

Таблица 2

Практические данные по запыленности газов, поступающих на очистку

УСЛОВИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГАЗА………………ЗАПЫЛЕННОСТЬ ГАЗА, г нм³

Механические печи (28 т/сутки)

колчедан рядовой ……………………………………… 2,95?4,16

колчедан рядовой с добавлением 30–50 % флотохвостов ……………………………………… 4,2?4,8

Механические печи ВХЗ с короткими газоходами и добавлением к рядовому колчедану до 50 % флотохвостов ……………………………………… 5,1?8,5

Горизонтальные колчеданные печи

колчедан рядовой ……………………………………… 5,85

Печи для обжига колчедана во взвешенном состоянии

короткие газоходы, небольшие пыльники ……………………………………… 40?45

длинные газоходы, большие пыльники и воздушные холодильники для газа ……………………………………… 20?25

Печи для обжига колчедана в кипящем слое системы Гипрохим ……………………………………… 400

Очистка газа основана на физико-химических свойствах тех или иных загрязнений. Серный ангидрид хорошо растворим в воде и может быть удален путем промывки газа в различного рода аппаратах При этом для снижения потерь SO₂ применяется замкнутый цикл использования оборотной воды, повышенная температура которой (до 60°), а также образовавшаяся серная кислота снижают растворимость SO₂.

Одновременно с улавливанием SO₃ и очисткой от минеральных загрязнений в промывных аппаратах происходит охлаждение газа Очистка газа от SO₃ и селена производится в электрофильтрах (селеновых камерах).

Огарок и прочие минеральные загрязнения отделяются от газа сухим способом (механическим) и электроочисткой.

Мокрая очистка газа осуществляется в аппаратах, где происходит распыление воды в виде мельчайших брызг в среде очищаемого газа или ее распределение тонкой пленкой на поверхности какой-либо насадки, сквозь которую проходит газ.

Можно также заставить газ пробулькивать через слой жидкости. Первоначально это были аппараты типа форвашера. В последнее время широкое применение находят аппараты с перфорированными решетками (тарелками). Тарелки способствуют равномерному распределению газа и более эффективному барботированию его через жидкость.

Сухая механическая очистка печных газов происходит под действием силы тяжести или центробежной силы. Частички пыли в газовом потоке относительно свободно передвигаются под воздействием какой-либо внешней силы. Сила тяжести заставляет двигаться частички пыли вниз, переводя их из верхних слоев газа в нижние; сила инерции заставляет двигаться частички пыли в прежнем направлении при изменении направления потока газа; центробежная сила перемещает частички во вращающемся газовом потоке от оси вращения к периферии.

Во всех этих случаях частички пыли могут вырваться из потока газа и достигнуть ограничивающей поверхности — стенки или дна аппарата, прежде чем они будут унесены газом из аппарата.

Для определения скорости осаждения пылинок под действием силы тяжести справедливо следующее уравнение:

где:

d — диаметр частиц, м;

?₁ — плотность частиц, кг/м³;

?₂ — плотность газа, кг/м³;

? — вязкость газа, кг/секм^3.

Так как ?₂ для сернистого газа очень мала по сравнению с ?₁ огарка, ее можно но учитывать, а расчет вести по упрощенной формуле

Скорость газа в пыльных камерах должна быть в пределах 0,2–0,8 м/сек.

Степень очистки газа сухим механическим способом не превышает 20 %, так как мелкую пыль практически уловить не удается.

Электрическая очистка печных газов от взвешенных частиц пыли и тумана SO₃ основана на использовании явления ионизации газовых молекул электрическим зарядом в электрическом поле.

Любой газ, в том числе и печной газ кислотных цехов, представляет собой скопление беспорядочно движущихся молекул, большая часть которых лишена электрического заряда. Но в газе содержится некоторое число положительно или отрицательно заряженных молекул и свободных электронов. Заряды возникают под действием ультрафиолетовых лучей, высокой температуры и т. д.

Если газ, содержащий некоторое количество носителей зарядов, поместить между электродами, соединенными с источником тока высокого напряжения, ионы и электроны начнут двигаться под действием электрического поля.

При достаточно высоком напряжении электрического поля движущийся носитель заряда приобретает столь высокую скорость, что, столкнувшись на своем пути с нейтральной молекулой газа, способен выбить из нее один или несколько электронов. Вновь образовавшиеся электроны в свою очередь приходят в движение и вызывают дальнейшую ионизацию газа (ударная ионизация) В результате число образовавшихся ионов растет и они заполняют все пространство между электродами.

Движущиеся ионы и электроны оседают на частичках пыли или тумана и сообщают им свой заряд. Заряженные, взвешенные частицы под действием электрического поля движутся к электродам и оседают на них, а очищенный газ направляется на дальнейшую обработку.

Оптимальная температура газа для сухой электрической очистки 450–500 °C, для мокрой 35–40 °C.

Ожидаемый эффект очистки в сухом электрофильтре может быть определен по формуле

? = I — K^L,

I = L/S?_r - удельное время пребывания газа в электрофильтре (параметр, характеризующий режим работы электрофильтра), сек/м;

?_r - скорость газа в активной зоне электрофильтра (0,5 м/сек);

L = nl — суммарная активная длина полей l электрофильтра по ходу газа, м;

n — число полей;

S — Расстояние между осадительными и коронирующими электродами (для электрофильтров типа ОГ S=0,13 м);

K — коэффициент, характеризующий скорость осаждения частиц пыли в электрическом поле.

Для электрофильтров типа ОГ при работе на колчеданной пыли К=0,95.

Охлаждение печного газа до температуры 35–40° производится в две стадии. Сначала газ быстро охлаждают до температуры 450–500°, в случае работы на колчедане, и до 300 °C, в случае работы на сере, чтобы уменьшить возможность образования SO₃.

Вторая стадия — охлаждение газа с температурой 300–500° до температуры 35–40°.

Не следует охлаждать газ в первой стадии до температуры ниже 300 °C, так как в этом случае происходит конденсация серной кислоты, которая может подвергнуть разрушению оборудование.

Более интенсивно процесс охлаждения газа за счет непосредственного контакта газа с жидкостью проходит в барботажных и пенных аппаратах с перфорированной решеткой. Кроме того, охлаждение газа может происходить и через разделяющую стенку. Наиболее старым способом такого рода охлаждения являются свинцовые погружные холодильники, в которых охлаждающей средой служит вода. Для охлаждения используются и трубчатые холодильники, в которых охлаждающим элементом является атмосферный воздух.