Конверсия so2 в so3

Эта технология повторяет технологию сернокис­лотного производства и основана на окислении в присутствии селективного катализатора диоксида серы в триоксид:

2SO₂ + О₂ = 2SO₃.

Наличие в дымовых газах водяного пара приво­дит к образованию паров серной кислоты:

SO₃ +Н₂О = H₂SO₄.

Затем дымовые газы охлаждают, что вызывает конденсацию паров серной кислоты с выходом жид­кого продукта. Схема такой технологии предложена датской фирмой Хальдер Топсе. Она включает в себя высокоэффективный золоуловитель, регенеративный подогреватель, конвертер с насыпным катализатором и конденсатор.

Дымовые газы сначала глубоко обеспыливают, чтобы их запыленность не превышала 10 мг/нм³ (ино­гда 5 мг/нм³), после чего их подогревают в регенера­тивном подогревателе до температуры около 350 °С. Для подогрева используют дополнительный паровой подогреватель. После конвертера дымовые газы ох­лаждают в стеклянном конденсаторе, что приводит к образованию жидкой серной кислоты, которую сливают в специальные емкости.

Глубокое обеспыливание необходимо для обес­печения продолжительной работы конвертера, что­бы исключить быстрое забивание насыпного грану­лированного катализатора субмикронными частица­ми золы. Кроме того, малая запыленность газов обеспечивает высокую чистоту серной кислоты, по­скольку при конденсации субмикронные частицы золы практически не попадают в жидкую фазу и не нейтрализуют часть кислоты с образованием суль­фатных солей. Следует иметь в виду, что при кон­денсации паров серной кислоты в присутствии водя­ного пара концентрация жидкой кислоты определя­ется соотношением двух указанных веществ. Поскольку количество водяных паров в дымовых газах многократно превышает количество паров H₂SO₄, то образуется слабая серная кислота с концентрацией не более 50  60 %. В связи с этим для получения то­варной серной кислоты с концентрацией 96 % тре­буются значительные расходы тепла. В сернокис­лотном производстве получение товарной кислоты связано с предварительной глубокой осушкой техно­логических газов, что и обеспечивает получение то­варного продукта.

Серная кислота  H₂SO₄, сильная двухосновная кислота. Безводная серная кислота  бесцветная маслянистая жидкость, плотность 1,9203 г/см³, t_пл = 10,3 °С, t_кип = 296,2 °С. С водой смешивается во всех отношениях. Концентрированная серная кислота реагирует почти со всеми металлами, образуя соли  сульфаты. Серную кислоту получают растворением в воде SO₃, образующегося при окислении SO₂; последний получают главным образом обжигом природных сульфидов  пирита и др. (т. н. контактный и башенный способы). Серная кислота  один из основных продуктов химической промышленности. Идет на производство минеральных удобрений (суперфосфат, сульфат аммония), различных кислот и солей, лекарственных и моющих средств, красителей, искусственных волокон, взрывчатых веществ. Применяется в металлургии (разложение руд, напр. урановых), для очистки нефтепродуктов, как осушитель и др.

Сероочистка продуктов сгорания мазута. Особенность продуктов сгорания мазутов состоит в том, что кроме обычных компонентов в них содер­жатся вещества, оказывающие отрицательное влия­ние на процесс сероочистки, а именно:

• твердые и газообразные углеводороды (фено­лы, альдегиды и т.п.);

• пятиокись ванадия V₂O₅, имеющая повышен­ную токсичность.

Твердые углеводороды содержатся в саже, кото­рая образуется за счет неполного сгорания мазута, особенно при небольших избытках воздуха в топоч­ной камере. Сажа увеличивает запыленность газов, обусловленную зольностью мазута, примерно вдвое.

Поэтому при сероочистке продуктов сгорания сернистых мазутов необходимо обеспечить удаление сажи и токсичной пятиокиси ванадия и принять меры для снижения отрицательного воздействия газообраз­ных углеводородов. Первая задача решается примене­нием различных золоуловителей, обеспечивающих 80  90 %-ное улавливание твердых частиц. Вторую задачу можно решить совершенствованием топочного процесса, обеспечивающим минимальное количество углеводородов или их отсутствие.

Газомазутные электростанции можно условно разделить по продолжительности сжигания на них мазута на три категории:

• ТЭС, на которых продолжительность сжига­ния жидкого топлива составляет до 30 % времени от годовой рабочей кампании котла;

• то же до 50 %;

• то же до 100 %.

Вторая и третья категории ТЭС подобны обыч­ным пылеугольным электростанциям, и на них сле­дует применять эффективные сероочистки, напри­мер мокрую известняковую или аммиачно-сульфатную. При этом кроме сероулавливающего оборудо­вания необходимо установить соответствующий зо­лоуловитель. Кроме того, необходимо уточнить ре­жим сжигания мазута для максимального снижения выброса углеводородов.

Первая категория ТЭС использует мазут только как резервное топливо, которое сжигается сезонно.

Мазут можно сезонно сжигать по одному из следую­щих режимов:

I  количество подаваемого на ТЭС природного газа частично ограничивается, причем замещающее его по теплу количество сернистого мазута при со­вместном их сжигании не приводит к образованию в продуктах сгорания концентраций диоксида серы выше предельных нормативных значений; при этом в случае равномерного (пропорционально нагрузке) распределения природного газа и сернистого мазута по всем работающим котлам доля последнего, допус­тимая в соответствии с установленным нормативом удельных выбросов для котлов, введенных после 01.01.2001 г., составит:

Сернистость мазута (S^r), %........ 4 3 2

Доля мазута (по теплу)…............ 0,08 0,10 0,15

Однако, если учитывать фактическое топливоснаб­жение и графики нагрузок, обеспечить такой режим совместного сжигания природного газа и сернистого мазута на всех действующих котельных установках данной электростанции вряд ли возможно;

II  количество подаваемого на ТЭС природного газа резко ограничивается, газ замещается мазутом, и образующиеся количества диоксида серы превы­шают установленные нормативы, что увеличивает платежи за выбросы;

III  подача природного газа на ТЭС прекраща­ется, и все ее котлы переводятся на сжигание резерв­ного сернистого мазута, что многократно увеличива­ет платежи за выбросы. Продолжительность такого режима в году колеблется от нескольких дней до не­скольких месяцев.

Для II и III режимов сезонного сжигания жидкого топлива правомерно рассмотреть использование ма­лосернистого мазута, содержание диоксида серы в продуктах сгорания которого не превышает уста­новленных нормативов. Такие мазуты для котлов разной тепловой мощности с 01.01.2001 г.: должны иметь следующую максимальную сернистость:

Удельный выброс SO₂, г/(МДжс)…........... 0,6 0,5 0,45 0,3

Максимальная серни­стость мазута, %....... 1,25 1,05 0,95 0,6

Режим I является наиболее простым, поскольку не требует никакой сероочистки. В режиме II, в зависи­мости от условий работы электростанции, выделяется группа котлов (например, один  три котла) для пе­риодического сжигания мазута, а остальные сжигают природный газ. Сероочистными установками оснаща­ется только выделенная группа котлов. Это обеспечи­вает минимальные капиталовложения ТЭС в сероочистку. При работе в режиме III все котлы электростан­ции должны иметь сероулавливающие установки, ко­торые будут работать периодически в соответствии с графиком подачи природного газа.

При сезонном сжигании сернистого мазута про­должительностью до 20  30 % рабочей кампании котла целесообразна простая и дешевая сероулавли­вающая установка, для которой характерны:

• небольшое количество простого оборудования;

• возможность многократных пусков сероочист­ки в течение годовой рабочей кампании котла;

• небольшое время пуска, желательно не превы­шающее времени перехода котла с газа на мазут;

• простая компоновка в ячейке котла (энерго­блока) и минимальная требуемая для его размеще­ния площадь;

• маневренность, соответствующая маневренно­сти котла.

Реагент должен быть всегда готов к употребле­нию и не терять своих свойств в течение длительного хранения.

Из возможных технологий, реализующих указан­ные требования к очистке дымовых газов от SO₂, наиболее перспективна мокрая содовая.

Процесс сероулавливания проходит в соответст­вии со следующими химическими реакциями:

• абсорбция диоксида серы карбонатом, бикар­бонатом или гидратом натрия (карбонатной, питье­вой или кальцинированной содой):

SO₂ + Na₂CO₃ = Na₂SO₃ + SO₂;

SO₂ + 2NaHCO₃ = Na₂SO₃ + CO₃;

SO₂ + 2NaOH = Na₃SO₃ + H₂O;

• окисление сульфита натрия (полупродукта) в сульфат:

Na₂SO₃ + ½O₂ = Na₂SO₄.

Сероулавливающая установка состоит из узлов абсорбции, приготовления раствора реагента и окис­ления отхода сероочистки. Первый узел установки размещается в ячейке котла (энергоблока), а осталь­ные узлы  на промплощадке электростанции.

В узел абсорбции входят скрубберы Вентури, циркуляционный сборник и насос для подачи реаген­та на орошение скрубберов. Узел приготовления рас­твора реагента состоит из расходного бункера соды, емкостей для приготовления и хранения концентри­рованного и рабочего растворов реагента.

Примененный в установке скруббер Вентури является самым простым промывателем газов по сравне­нию с другими известными аппаратами. Такой скруб­бер широко используют в качестве золоуловителя на отечественных ТЭС, и, как показал многолетний опыт эксплуатации сотен таких аппаратов, время его выхода на рабочие параметры не превышает 0,5 ч, что определяется только включением системы его орошения. При этом маневренные свойства скруббера выше, чем у котла, поскольку не требуются необходи­мые выдержки для стабилизации температуры метал­ла.