Методы очистки от сероводорода и сероуглерода
Методы очистки от сероводорода и сероуглерода
Введение
Проблема очистки отходящих и промышленных газов от сероводорода и сероуглерода является одной из ключевых задач в области промышленной экологии и химической технологии. Для удаления этих токсичных компонентов применяются разнообразные технологические схемы, основанные на процессах абсорбции, адсорбции и каталитического окисления. Базовым механизмом многих методов выступает химическое связывание газов с последующей регенерацией поглотителя. В ходе таких реакций образуются промежуточные соединения, в частности гидросульфиты или гидросульфиды. Выбор конкретной технологии зависит от состава газовой смеси, исходной концентрации сероводорода и сероуглерода, а также от требований к чистоте конечного газового потока.
Абсорбционные методы очистки
Среди жидкостных методов удаления сероводорода широкое применение нашли технологии, использующие в качестве абсорбентов фенолят натрия, различные амины и карбонаты щелочных металлов. Особое значение в газоперерабатывающей отрасли имеет этаноламиновый процесс очистки, который активно применяется для обессеривания природного газа. В качестве активного компонента в нем используется моноэтаноламин или диэтаноламин. Раствор моноэтаноламина обычно применяется в концентрации от пятнадцати до двадцати процентов. Процесс поглощения осуществляется в специализированных тарельчатых колоннах, что обеспечивает интенсивный массообмен между газом и жидкостью. Отработанный насыщенный раствор направляется в десорбер, где под воздействием водяного пара происходит его регенерация с выделением сероводорода. Применение диэтаноламина имеет технологические преимущества, так как этот реагент может использоваться в более высоких концентрациях и при повышенном давлении, что пропорционально увеличивает общую эффективность очистки.
Помимо аминовых растворов, для связывания сероводорода активно применяются водные растворы солей, таких как карбонат калия и карбонат натрия. При использовании одноступенчатой схемы очистки эффективность поглощения за один проход составляет около восьмидесяти пяти процентов. Поскольку данный показатель считается недостаточным для глубокой очистки, в промышленности преимущественно реализуются двухступенчатые системы. Насыщенный абсорбционный раствор впоследствии регенерируется путем продувки сжатым воздухом. Эффективной модификацией карбонатной очистки является горячий поташный процесс. В рамках данной технологии применяется концентрированный раствор карбоната натрия или калия, массовая доля которого доводится до сорока процентов. Процесс протекает при высоких температурах, что обеспечивает высокую степень извлечения сероводорода.
Окислительные методы извлечения серы
Значительная часть промышленных методов направлена не только на нейтрализацию сероводорода, но и на его полезную конверсию в элементарную серу. К таким технологиям относится процесс Феррокс, в котором поглощение газа осуществляется суспензией, состоящей из карбоната натрия и оксида железа. Химизм процесса предполагает первоначальное превращение сероводорода в бисульфит натрия, который в дальнейшем реагирует с оксидом железа, образуя сульфид железа. Из полученного сульфида легко выделяется элементарная сера, после чего оксид железа регенерируется и возвращается на стадию абсорбции.
При высоком содержании сероводорода в исходной смеси может применяться процесс поглощения нейтральным раствором арсената натрия. Регенерация насыщенного раствора производится путем окисления кислородом воздуха, в результате чего образуется и выпадает в осадок мелкодисперсная элементарная сера. Спецификой данного метода является использование соединений мышьяка, из-за чего получаемая сера содержит его примеси. Выведение серы из химической системы является гарантией отсутствия сероводорода в очищенном потоке. Для выделения сероводорода из газовых смесей посредством жидкостного поглощения в промышленности также активно применяется Стретфорд-процесс.
Каталитическое окисление сероводорода
В условиях высокой концентрации сероводорода наиболее рациональным подходом является применение процесса Клауса. Эта технология реализуется в крупногабаритных цилиндрических реакторах, диаметр которых может достигать десяти метров, а высота — от пяти до шести метров. Внутри аппарата на специальной опорной решетке располагается катализатор, в роли которого выступает боксит. Газовый поток подается в реактор сверху вниз. В присутствии катализатора сероводород окисляется кислородом, в результате чего образуются вода и элементарная сера. Данный метод является одним из самых распространенных способов утилизации концентрированных сероводородных выбросов с получением ценного товарного продукта.
Комплексная очистка от сероводорода и сероуглерода
Ряд производственных процессов сопровождается одновременным выбросом как сероводорода, так и сероуглерода. Типичным примером является производство вискозного волокна, где на финальных стадиях технологического цикла образуются оба указанных компонента. Для комплексной очистки отходящих газов в таких условиях применяются специализированные сорбционные технологии, среди которых выделяются метод Лурги и метод Пинч-Бама.
Метод Лурги основан на использовании многотарельчатого адсорбера. На нижних ярусах аппарата размещается слой активированного угля, который селективно сорбирует сероводород, катализируя его превращение в элементарную серу. На верхних тарелках располагается активированный уголь, предназначенный исключительно для улавливания сероуглерода. Подобное пространственное разделение зон сорбции позволяет эффективно очищать газ в одном аппарате. В методе Пинч-Бама также применяется активированный уголь, однако разделение процессов поглощения достигается за счет использования сорбента различной зернистости. Уголь с одним типом зернистости очищает поток от сероводорода, тогда как сорбент с иной фракцией обеспечивает эффективное поглощение сероуглерода.