Способ и система для десульфуризации газов целлюлозного завода, обладающих неприятным запахом - RU2349693C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к способу десульфуризации химических продуктов производственного цикла сульфатно-целлюлозного завода, как изложено в ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

Согласно способу такого типа концентрированные газы с неприятным запахом из технологических потоков процессов сульфатной обработки, содержащие соединения серы, собирают и сжигают для окисления соединений серы.

Изобретение также относится применению, как изложено в пункте 19 формулы изобретения, и к системе, как изложено в ограничительной части пункта 20 формулы изобретения.

Современные целлюлозные заводы имеют замкнутый производственный цикл, в котором, хотя несернистые материалы замещаются серосодержащими новыми материалами, химические продукты производственного цикла необходимо подвергать десульфуризации для предотвращения неконтролируемых выбросов серы. На всех современных сульфатно-целлюлозных заводах концентрированные газы с неприятным запахом сжигают, либо в содорегенерационных котлах, либо в известерегенерационных печах, либо в отдельных котлах для сжигания газов с неприятным запахом, либо в резервных пламенных печах.

При сжигании концентрированных газов с неприятным запахом в содорегенерационных котлах серу удаляют либо через дымовой канал (диоксид серы), либо в виде порошкообразной летучей золы. Как правило, летучую золу удаляют из системы путем ее сброса в реки или озера. Выбросы газов, содержащих диоксид серы, приводят к подкислению почвы, повреждению деревьев и поверхностей строительных конструкций, и наносят другой ущерб окружающей среде. С другой стороны, зола содержит большое количество тяжелых металлов из древесины, следовательно, в будущем вероятно будет запрещено сбрасывать летучую золу в водные системы с точки зрения охраны окружающей среды. Другим существенным недостатком сброса летучей золы является то, что вместе с серой выбрасывается натрий, содержащийся в золе в молярном соотношении Na/S=2/1, который затем приходится добавлять в систему.

При сжигании концентрированных газов с неприятным запахом в известерегенерационных печах серу удаляют либо через дымовой канал (диоксид серы и ОВС=общая восстановленная сера (сера с низкой степенью окисления), т.е. так называемые дурнопахнущие соединения серы), либо в составе известковых отходов или отходов каустизационного шлама. В дополнение к вышеуказанным недостаткам, сера также приводит к сбоям в работе известерегенерационных печей.

При сжигании концентрированных газов с неприятным запахом в отдельных котлах для сжигания газов с неприятным запахом получается либо бисульфит натрия, либо разбавленный раствор диоксида серы. При удалении из системы бисульфита натрия вместе с серой также удаляется натрий в соотношении Na/S=1/1.

При сжигании концентрированных газов с неприятным запахом в резервных пламенных печах вся сера удалятся в виде выбросов в воздух диоксида серы.

Все существующие в настоящее время способы десульфуризации имеют один или более следующих недостатков: выбросы в воздух увеличиваются, потери натрия увеличиваются, при этом растут производственные расходы, связанные с заменой химических реагентов, а конечные продукты десульфуризации являются бесполезными для заводов.

Задачей изобретения является устранение проблем, связанных с известными технологиями, и создание принципиально нового способа выделения серы из технологических потоков сульфатного производства.

Изобретение основано на идее, которая заключается в том, что серу, содержащуюся в концентрированных газах с неприятным запахом, выделяют в виде элементарной серы, которую можно либо возвращать в производственный цикл, либо использовать для других практических целей.

Из уровня техники известно, что серосодержащие соединения можно селективно окислять до элементарной серы. В патенте US 4,522,746 описано, что поток газа серосодержащих соединений можно обрабатывать, превращая все серосодержащие соединения сначала в сероводород, который затем окисляют до элементарной серы при низкой температуре (160-320°С) в присутствии диоксида титана в качестве катализатора. В описании к патенту FI 02250 описан катализатор для селективного окисления соединений серы в элементарную серу, способ получения такого катализатора и способ селективного окисления соединений серы в элементарную серу. С другой стороны, в опубликованной заявке FI № 904949 предложены монолитные катализаторы для промышленной обработки газов с серосодержащими соединениями. В опубликованной заявке FI № 933481 для регенерации энергии и химических реагентов предложены способ и устройство для обработки черного щелока, полученного в сульфатном процессе. Сероводород можно получить из отработанных газов, содержащих соединения серы, при нагревании черного щелока. Сероводород можно использовать для различных целей, например он может быть окислен в элементарную серу.

В опубликованной заявке GB № 2117749 предложены способ и устройство для сжигания газов, содержащих сероводород, с образованием элементарной серы.

Ни один из вышеупомянутых документов не предлагает способов обработки концентрированных газов с неприятным запахом и утилизации полученной в результате серы.

Раскрытие изобретения

Согласно настоящему изобретению газы с неприятным запахом, собранные из технологических потоков сульфатно-целлюлозного завода, сжигают при низком воздушном индексе, в результате чего основная часть соединений серы окисляется до элементарной серы, которую удаляют из системы. Это решение можно использовать для удаления серы из отработанных газов сульфатно-целлюлозного завода контролируемым образом. Способ окисления соединений серы, который используют в изобретении, основан на так называемом способе Клауса.

Изобретение также предлагает систему для удаления серы из производственного цикла сульфатно-целлюлозного завода, включающую агрегат для сжигания газов с неприятным запахом, имеющий вход, соединенный с источником концентрированных газов с неприятным запахом, и выход, через который из устройства удаляют окисленные соединения серы, содержащиеся в концентрированных газах с неприятным запахом, в виде элементарной серы. Агрегат для сжигания согласно изобретению содержит по меньшей мере одно устройство для сжигания системы Клауса.

Способ согласно изобретению более конкретно охарактеризован в отличительной части пункта 1 формулы изобретения.

Применение способа Клауса описано в пункте 19 формулы изобретения.

Система согласно изобретению охарактеризована в отличительной части пункта 20 формулы изобретения.

Изобретение имеет существенное преимущество. В частности, способ согласно изобретению можно использовать для десульфуризации отработанных газов сульфатно-целлюлозного завода. Из отработанных газов выделяют серу, которую можно использовать в этом же или в других технологических процессах.

Способы согласно известным технологиям не предлагают решений, которые, как в данном изобретении, вводят процесс десульфуризации в систему выпуска отработанных газов на сульфатно-целлюлозном заводе.

Для оптимизации выхода элементарной серы в различных температурных диапазонах проводят сжигание газов с неприятным запахом с одну или более стадий. Для этого используют одно или более устройств для сжигания системы Клауса, установленных последовательно, причем можно использовать различные условия работы.

С другой стороны изобретение можно использовать для превращения серы, например, путем сжигания серы с ее превращением в диоксид серы, который можно использовать для отбеливания, или для получения серной кислоты, либо для изготовления реагентов для отбеливания, либо для выделения соснового масла. Одновременно сводятся к минимуму потери натрия.

Предложенное техническое решение можно применять совместно с существующими способами сжигания концентрированных газов с неприятным запахом, при этом так называемые остаточные газы можно сжигать в существующем оборудовании, таком как содорегенерационные котлы, котлы для сжигания газов с неприятным запахом, известерегенерационные печи или пламенные печи.

В способе согласно изобретению для конденсации серы предпочтительно использовать, например, воду конденсатора или воду из котлов сульфатно-целлюлозного завода.

В системе согласно изобретению агрегат для сжигания системы Клауса (реактор) и соответствующий паровой котел соединен на входе с линией отработанных газов участка варки или испарительной установки сульфатного производственного процесса, или с соответствующим источником газа с неприятным запахом. Поступающий оттуда концентрированный газ с неприятным запахом можно сжечь в соответствии с принципами способа Клауса при субстехиометрическом количестве воздуха для окисления соединений серы. Для конденсации продуктов окисления, полученных в агрегате для сжигания, система содержит конденсатор, который можно использовать для конденсации продуктов, в частности элементарной серы, в жидкую и твердую форму. Для удаления этих жидких или твердых веществ агрегат для сжигания оборудован устройством для отвода, соединенным с конденсатором. Также агрегат для сжигания оборудован устройством для отвода газообразных (несконденсированных) продуктов, которое можно использовать для удаления любых легких продуктов окисления, а также инертных и не прореагировавших соединений (ОВС и SO₂). Как подробно описано далее, по меньшей мере, часть соединений серы из концентрированных газов с неприятным запахом, выходящих из агрегата для сжигания системы Клауса, сжигают традиционными методами, которые осуществляют в содорегенерационных котлах, котлах для сжигания газов с неприятным запахом, известерегенерационных печах, либо в пламенных печах. Следовательно, выход системы для удаления газообразных веществ предпочтительно соединен посредством трубопроводов со входом содорегенерационного котла, или известерегенерационной печи, или аналогичного устройства для последующей обработки.

Предложенное техническое решение можно применять совместно с существующими способами сжигания концентрированных газов с неприятным запахом, при этом так называемые остаточные газы можно сжигать в существующем оборудовании, таком как содорегенерационные котлы, известерегенерационные печи или аналогичное оборудование, а требуемый конденсатор серы с охлаждающей водой можно интегрировать в водный цикл или цикл регенерации энергии производственного процесса. В этом случае система становится более простой и экономичной. Предложенное техническое решение можно применять как на существующих, так и на новых заводах.

Предложенное техническое решение особенно хорошо подходит в виде простого дополнения к технологическому оборудованию на заводах, где содорегенерационный котел является главным оборудованием для сжигания концентрированных газов с неприятным запахом.

Далее изобретение описано более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлена схема, иллюстрирующая сбор газов с неприятным запахом.

На фиг.2 представлена схема, иллюстрирующая способ обработки газов с неприятным запахом согласно предшествующему уровню техники.

На фиг.3 представлена схема, иллюстрирующая способ выделения серы способом Клауса согласно изобретению.

На фиг.4 представлена схема, иллюстрирующая альтернативное воплощение изобретения, где последовательно установлено несколько устройств для сжигания системы Клауса.

На фиг.5 представлена схема, иллюстрирующая способ выделения серы способом Клауса и последующую обработку газов, выходящих из системы Клауса.

Одним из отличительных признаков изобретения является применение так называемого способа Клауса для выделения серы из концентрированных газов с неприятным запахом. При осуществлении способа Клауса проходят следующие химические реакции:

Концентрированные газы с неприятным запахом сжигают при субстехиометрическом количестве воздуха или кислорода, при этом часть серы выделяется в виде элементарной серы, а часть сгорает до диоксида серы. Количество элементарной серы составляет от 50 до 90 мол.%, как правило, 70-85 мол.%.

В данном описании термин «газы с неприятным запахом» относится к дурнопахнущим газам целлюлозного завода, концентрация которых превышает так называемый верхний взрывоопасный предел. Эти газы включают, в том числе, сероводород, метилмеркаптан, диметилсульфид, диметилдисульфид.

В концентрированных газах с неприятным запахом содержание серы с низкой степенью окисления весьма высоко, серосодержащие соединения не содержат натрия и имеют довольно высокую теплоемкость. Посредством сжигания при подходящем воздушном индексе большая часть серосодержащих соединений может быть окислена до элементарной серы, как и при осуществлении обычного способа Клауса. Серу можно сконденсировать и удалить отдельно в виде жидкой серы, которая является инертным химическим элементом и имеет собственную рыночную ценность. Термин «воздушный индекс» означает молярное отношение кислорода (О₂) в воздухе к сере (S), содержащейся в соединении, которое подлежит обработке. Воздушный индекс равен единице, когда количество кислорода в воздухе находится в стехиометрическом отношении к количеству серы в газе, который подлежит обработке, для превращения всей серы в диоксид серы. Стехиометрическое количество воздуха в свою очередь означает, что воздушный индекс меньше единицы.

Согласно настоящему изобретению газы с неприятным запахом сжигают, как правило, при воздушном индексе около 0,4-0,9, а адиабатическая температура сгорания составляет около 1400-1800°С. Для одной смеси газов сжигание осуществляли при воздушном индексе около 0,6, а адиабатическая температура сгорания составляла около 1600°С.

Согласно предпочтительному варианту изобретения концентрированные газы с неприятным запахом сжигают в адиабатических условиях при температуре 1400-1800°С.

Согласно изобретению часть собранных газов с неприятным запахом сжигают способом Клауса, и часть соединений серы после сжигания способом Клауса подвергают сжиганию традиционным способом, применяющимся для сжигания газов с неприятным запахом, и, возможно, часть собранных газов с неприятным запахом сразу подвергают сжиганию традиционным способом, применяющимся для сжигания газов с неприятным запахом.

Более конкретно согласно изобретению поток газов с неприятным запахом собирают из источника концентрированных газов с неприятным запахом, собранные газы направляют посредством подходящего трубопровода в первый агрегат для сжигания, где их сжигают с использованием способа Клауса, затем поток газов из первого агрегата для сжигания посредством подходящего трубопровода - во второй агрегат для сжигания, например, в котел для сжигания газов с неприятным запахом, содорегенерационный котел, известерегенерационную печь или пламенную печь, либо в более чем одно из указанных устройств. Альтернативно часть потока концентрированных газов с неприятным запахом можно направить мимо первого агрегата для сжигания прямо во второй агрегат для сжигания.

Согласно изобретению по меньшей мере 10 мол.% собранных газов с неприятным запахом направляют в первый агрегат для сжигания, где их сжигают с использованием способа Клауса. Предпочтительно 30-90 мол.%, как правило, 50-90 мол.% сжигают с использованием способа Клауса. Оставшуюся часть собранных газов с неприятным запахом, т.е. 10-90 мол.%, сжигают сразу в существующем оборудовании.

Концентрированные газы с неприятным запахом сжигают в первом агрегате для сжигания со стехиометрическим количеством воздуха. Серу, которая окисляется до элементарной серы, конденсируют в конденсаторе и удаляют в расплавленном состоянии через выход в нижней части агрегата для сжигания газов с неприятным запахом. Элементарную серу в жидком состоянии перемещают в коллектор и далее загружают на транспортное средство. Жидкая сера затвердевает при охлаждении, однако ее можно хранить в течение короткого времени в жидком состоянии, в частности, для повторного использования.

Если необходимо увеличить десульфуризацию, отработанные или хвостовые газы перемещают во второй агрегат для сжигания системы Клауса. При необходимости условия сжигания, которые используют во втором агрегате, могут отличаться от условий в первом агрегате.

Отработанные или хвостовые газы, такие как диоксид серы и ОВС, которые выходят из системы Клауса, направляют в первую камеру сгорания второго агрегата для сжигания, такого как котел для сжигания газов с неприятным запахом, содорегенерационный котел, известерегенерационную печь или пламенную, печь для дальнейшей обработки. В данном способе система Клауса не предназначена для полного превращения соединений серы в элементарную серу, напротив, по меньшей мере 10 мол.% соединений серы, проходящих через систему Клауса, затем сжигают во втором агрегате для сжигания. Как правило, по меньшей мере 10 мол.%, максимум около 50 мол.%, предпочтительно около 15-30 мол.% соединений серы, содержащихся в концентрированных газах с неприятным запахом, проходящих через систему Клауса, затем сжигают в традиционных системах для сжигания, таких как содорегенерационный котел или известерегенерационная печь.

Способ согласно изобретению осуществляют без применения катализаторов. Если необходимо, в системе Клауса используют технологии с применением катализаторов, которые разработаны для сжигания сероводорода способом Клауса. Примеры подходящих катализаторов приведены в опубликованной патентной заявке FI №904949 или в описании к патенту FI 102250.

Элементарную серу, полученную описанным способом, можно хранить в жидком или твердом состоянии, а затем транспортировать в жидком или твердом состоянии, например, на предприятия по производству серной кислоты либо на другой целлюлозный завод. Ее также можно возвращать в производственный цикл, например добавлять в белый щелок (производство полисульфидного раствора), или, если необходимо, загружать в содорегенерационный котел для регулировки содержания серы. Поскольку элементарную серу легко хранить и транспортировать, ее выделение в жидком или твердом состоянии является преимуществом.

Согласно альтернативному решению газы с неприятным запахом можно сжигать в реакторе Клауса с использованием кислорода вместо воздуха.

Согласно другому альтернативному решению элементарную серу можно дальше сжигать с получением дисульфида серы или получать из нее серную кислоту. Однако и в этом случае элементарную серу сначала выделяют в агрегате для сжигания способом Клауса.

Согласно другому альтернативному решению увеличивают количество концентрированных газов с неприятным запахом, например, путем термической обработки черного щелока.

Далее способ согласно изобретению проиллюстрирован со ссылками на прилагаемые чертежи.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

На фиг.1 представлена схема, иллюстрирующая сбор газов с неприятным запахом в коллекторы участка 1 варки или в испарительную установку 2 из известных источников концентрированных газов с неприятным запахом, либо от каждого по отдельности, либо от их комбинаций, с использованием известных методов.

На фиг.2 представлена схема, иллюстрирующая способ обработки газов с неприятным запахом согласно предшествующему уровню техники, согласно которому концентрированные газы с неприятным запахом направляют в котел 3 для сжигания газов с неприятным запахом (содержащий конденсатор 7), в содорегенерационный котел 4, в известерегенерационную печь 5 или в пламенную печь 6, либо в более чем одно из перечисленных устройств.

На фиг.3 представлена схема, иллюстрирующая систему для сжигания газов с неприятным запахом согласно изобретению. Эта система включает по меньшей мере один агрегат 10 для сжигания (первый агрегат для сжигания), в который направляют поток концентрированных газов с неприятным запахом, собранных от источников концентрированных газов, и в котором сжигают серу с низкой степенью окисления, содержащуюся в концентрированных газах с неприятным запахом. Этот агрегат для сжигания содержит по меньшей мере одно устройство 10 для сжигания системы Клауса, присоединенный в ней конденсатор 11 и устройство 18 для подачи воздуха. Агрегат для сжигания снабжен подающим устройством 14, которое соединено с источником концентрированных газов с неприятным запахом, и выпускным устройством 15, посредством которого из агрегата удаляют окисленные и сконденсированные соединения серы из концентрированных газов с неприятным запахом в виде элементарной серы в жидком или твердом состоянии. Элементарная сера может быть направлена в коллектор 12 и затем на транспортер 13. Агрегат для сжигания также снабжен выпускным устройством 16, через которое из него выходят газообразные несконденсированные соединения серы, которые можно направить во второй агрегат для сжигания. Подающее устройство 14 первого агрегата для сжигания можно присоединить к распределительному узлу 17, чтобы часть концентрированных газов с неприятным запахом можно было направить мимо первого агрегата для сжигания прямо во второй агрегат для сжигания.

Второй агрегат для сжигания содержит по меньшей мере одно устройство для сжигания, такое как котел для сжигания газов с неприятным запахом, содорегенерационный котел, известерегенерационную печь и/или пламенную печь.

На фиг.4 представлена система, где первый агрегат для сжигания содержит по меньшей мере два устройства 20 и 21 для сжигания системы Клауса, соединенных последовательно, присоединенные к ним конденсаторы 22 и 23 и подающие воздух устройства 33 и 34. Агрегат для сжигания снабжен подающим устройством 26, которое соединено с источником концентрированных газов с неприятным запахом, и выпускным устройством 27, посредством которого из агрегата удаляют окисленные и сконденсированные соединения серы из концентрированных газов с неприятным запахом в виде элементарной серы в жидком или твердом состоянии. Элементарная сера может быть направлена в коллектор 24 и затем на транспортер 25. Агрегат для сжигания также снабжен выпускным устройством 28, через которое из него выходят газообразные несконденсированные соединения серы, которые можно направить во второе устройство 21 для сжигания системы Клауса посредством подающего устройства 29. Последнее устройство 21 для сжигания снабжено выпускным устройством 32, через которое из него выходят окисленные и сконденсированные соединения серы в виде элементарной серы в жидком или твердом состоянии. Элементарная сера может быть направлена в коллектор 24 и затем на транспортер 25. Второе устройство для сжигания системы Клауса дополнительно снабжено выпускным устройством 30, через которое из него выходят газообразные несконденсированные соединения серы, которые можно направить во второй агрегат для сжигания.

Подающее устройство 26 первого агрегата для сжигания можно присоединить к распределительному узлу 31, чтобы часть концентрированных газов с неприятным запахом можно было направить мимо первого агрегата для сжигания прямо во второй агрегат для сжигания. Альтернативно выпускное устройство 28 первого устройства для сжигания системы Клауса можно присоединить к распределительному узлу, чтобы часть потока газов из первого устройства для сжигания системы Клауса можно было направить прямо во второй агрегат для сжигания.

Фиг.5 иллюстрирует способ выделения серы способом Клауса, где несколько устройств для сжигания системы Клауса установлены последовательно, и последующую обработку газов, выходящих из системы Клауса. Система включает первый агрегат для сжигания, содержащий по меньшей мере два устройства 40 и 41 для сжигания системы Клауса, соединенных последовательно, присоединенные к ним конденсаторы 42 и 43 и подающие воздух устройства 58 и 59. Первое устройство системы Клауса снабжено подающим устройством 46, которое соединено с источником концентрированных газов с неприятным запахом, и выпускным устройством 47, посредством которого из устройства для сжигания удаляют окисленные и сконденсированные соединения серы из концентрированных газов с неприятным запахом в виде элементарной серы в жидком или твердом состоянии. Элементарная сера может быть направлена в коллектор 44 и затем на транспортер 45. Устройство для сжигания также снабжено выпускным устройством 48, через которое из него выходят газообразные несконденсированные соединения серы, которые можно направить во второе устройство 41 для сжигания системы Клауса посредством подающего устройства 49. Последнее устройство 41 для сжигания снабжено выпускным устройством 57, через которое из него выходят окисленные и сконденсированные соединения серы в виде элементарной серы в жидком или твердом состоянии. Элементарная сера может быть направлена в коллектор 44 и затем на транспортер 45. Второе устройство для сжигания системы Клауса дополнительно снабжено выпускным устройством 50, через которое из него выходят газообразные несконденсированные соединения серы, которые можно направить во второй агрегат для сжигания.

Как показано в описании фиг.4, подающее устройство 46 первого агрегата для сжигания можно присоединить к распределительному узлу 51, чтобы часть концентрированных газов с неприятным запахом можно было направить мимо первого агрегата для сжигания прямо во второй агрегат для сжигания. Альтернативно выпускное устройство 48 первого устройства для сжигания системы Клауса можно присоединить к распределительному узлу, чтобы часть потока газов из первого устройства для сжигания системы Клауса можно было направить прямо во второй агрегат для сжигания.

Отработанные или хвостовые газы, такие как диоксид серы и ОВС, которые выходят из устройства 41 для сжигания системы Клауса первого агрегата для сжигания, направляют для дальнейшей обработки по меньшей мере в одно устройство для сжигания второго агрегата для сжигания, такое как котел 53 для сжигания газов с неприятным запахом (снабженный конденсатором 52), содорегенерационный котел 54, известерегенерационную печь 55 и/или пламенную печь 56.

Реферат

Изобретение относится к целлюлозно-бумажному производству, а именно к способу и системе для десульфуризации химических продуктов производственного цикла сульфатно-целлюлозного завода. Способ включает сбор концентрированных газов с неприятным запахом, содержащих соединения серы, и сжигание собранных газов для окисления соединений серы. Концентрированные газы с неприятным запахом сжигают при воздушном индексе менее единицы в первом агрегате для сжигания с использованием способа Клауса таким образом, что по меньшей мере существенная часть соединений серы окисляется до элементарной серы. По меньшей мере 10 мол.% соединений серы, прошедших через систему Клауса, затем сжигают в устройстве для сжигания второго агрегата для сжигания. Обеспечивается получение элементарной серы, выделяемой в жидком или твердом состоянии, которую можно либо возвращать в производственный цикл, либо использовать для других практических целей. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула