Очистка газов

1.jpg

В современных условиях значительного антропогенного воздействия на окружающую среду становится актуальным поиск наиболее эффективных и экономичных способов очистки промышленных выбросов. Необходимость снижения выбросов вредных веществ с отходящими газами производств минеральных удобрений связано с усилением внимания к вопросам экологии и ужесточением санитарных норм. Поэтому работы, направленные на разработку газоочистного оборудования, являются актуальными и значимыми в настоящее время.

Абсорбция газов в производстве минеральных удобрений и экстракционной фосфорной кислоты осложнена выделением осадков (кремнегеля), большой запыленностью газов, а также возможной кристаллизацией абсорбционной жидкости. Все это предъявляет определенные требования к используемому абсорбционному оборудованию. А именно: первая ступень абсорбции, которая работает в условиях запыленного газа и выделения осадков, должна быть конструктивно простой и не подверженной зарастанию. Последующие стадии, работающие на предварительно очищенном газе, включают в себя аппараты с высокоэффекитвными массообменными контактными устройствами, насадочными зонами, что обеспечивает очистку до низких концентраций загрязнителей и минимизируют брызгоунос абсорбционной жидкости. В результате в основе аппаратурного оформления систем абсорбции предусматривается совместная работа полых орошаемых башен, абсорберов Вентури и пенного скоростного абсорбера (АПС). Этот симбиоз очень эффективен, так как позволяет добиться максимального результата при минимальных затратах, особенно при абсорбции запыленных газов, сопровождающейся выделением осадков. На основе критериев высокой эффективности, надежности оборудования в эксплуатации, длительности работы без зарастания и минимизации капитальных затрат специалистами АО «НИУИФ» разработаны технологические схемы очистки газов от загрязнителей производствах экстракционной фосфорной кислоты и фосфорных удобрений.

Очистка газов для технологии ДАФ с барабанным гранулятором-сушилкой (БГС)

На рисунке 1 показана принципиальная схема трехступенчатой системы абсорбции после БГС в производстве удобрений ДАФ.

Система абсорбции состоит из полого абсорбера с баком и тремя насосами, абсорбера Вентури и абсорбера АПС, установленных на одном баке. Таким образом, создана трехступенчатая система абсорбции, в которой две ступени абсорбции закисляются и предназначены для улавливания аммиака, а третья является санитарной, в которую поступает вода.

2.jpg

В данной системе абсорбции полый абсорбер используется в качестве первой ступени абсорбции. Он орошается тремя форсунками от трех насосов производительностью 300 м3/ч частично аммонизированным раствором фосфорной кислоты мольным отношением NH3/H3PO4 ~0,5. Установка трех насосов (один насос на одну форсунку) необходима для обеспечения требуемой плотности орошения и распределения орошения в полом абсорбере при тангенциальном вводе газа и достаточно большом диаметре аппарата - 4 м. Полый абсорбер работает с большой плотностью орошения (~70 м32ч) и за счет этого имеет высокую эффективность улавливания аммиака – 97-98%. Кроме того, большое удельное орошение необходимо для исключения кристаллизации жидкости на конусном днище аппарата, где жидкость после контакта с газом имеет высокие значения мольного отношения, приводящие к кристаллизации.

В качестве второй ступени абсорбции используется абсорбер Вентури, примыкающий к абсорберу АПС. Оба аппарата установлены на одном баке. Абсорбер Вентури орошается водой подкисленной серной кислотой (рН=2-3) из циркуляционного бака насосом с помощью центральной форсунки.

Третьей санитарной ступенью абсорбции является абсорбер АПС, который служит для улавливания остаточного аммиака и фтористых соединений водой.

Создание такой мощной системы абсорбции обусловлено большим выделением аммиака из БГС (50 г/нм3 и более) при выпуске ДАФ по данной технологии.

Эффективность улавливания аммиака в системе зависит от степени закисления абсорбционной жидкости на обоих баках. При мольном отношении жидкости на первой ступени ~0,5 и рН жидкости на второй ступени 2-3 ед. рН обеспечивается концентрация аммиака после очистки менее 60 мг/нм3 при больших входных нагрузках по аммиаку. Расход газа через систему абсорбции составляет более 100000 м3/ч при производительности технологической системы по диаммонийфосфату 50-55 т/ч.

Данная схема абсорбции реализована на 4-х технологических системах участка №1 ПМУ АО «ФосАгро-Череповец», что привело к значительному уменьшению концентрации аммиака в отходящих газах.

Длительная работа этих систем показала хорошую эксплуатационную надежность, которая обусловлена тем что, полый абсорбер и абсорбер Вентури являются конструктивно простыми аппаратами и практически не зарастают, несмотря на значительную запыленность входящего газа, наличие взвесей в жидкости и возможность её кристаллизации.

Абсорбер АПС разработан в АО «НИУИФ» и на протяжении длительного времени успешно эксплуатируется для мокрой очистки газов в различных производствах. Принципиальная схема аппарата АПС с одной контактной ступенью показана на рисунке 2. Абсорбер АПС состоит из корпуса с контактным устройством в виде конической тарелки с цилиндрическим контактным патрубком (рабочая зона), в нижней части которого расположены циркуляционные трубы, а над верхним обрезом – центробежный сепаратор. Жидкость с тарелки поступает через циркуляционные трубы в рабочую зону, где контактирует с газом, образуя газо-жидкостную смесь, которая в центробежном сепараторе разделяется на практически сухой газ и жидкость, стекающую на тарелку, где этот процесс многократно повторяется. Аппарат работает в режиме восходящего прямотока фаз с центробежной сепарацией и внутренней циркуляцией жидкости.

Абсорбер АПС имеет достаточно высокую эффективность при относительно небольшом гидравлическом сопротивлении и после него практически отсутствует брызгоунос. Наличие внутренней циркуляции жидкости на ступени контакта позволяет работать без циркуляционных насосов и с небольшой подпиткой жидкости. Ступень аппарата АПС является компактной и по совокупности преимуществ аппарат АПС не имеет аналогов.

3.png

Рис.2. Одноступенчатый абсорбер АПС.

Очистка газов для технологии МАФ с барабанным гранулятором-сушилкой (БГС)

На рисунке 3 показана принципиальная схема систем абсорбции в производстве МАФ по технологии с БГС, которая реализована на участке №3 ПМУ ВФ АО «Апатит». Для очистки газов после БГС устанавливается система абсорбции производительностью по газу 140000-160000 м3/ч, которая включает абсорбер Вентури С1355, двухступенчатый абсорбер АПС С1356, абсорбционный бак Е1357, насос Н1358 и вентилятор В1359.

Для очистки аспирационных газов, газов от преднейтрализатора и запыленного воздуха после холодильника КС устанавливается система абсорбции производительностью по газу 100000-130000 м3/ч, которая включает абсорбер Вентури С1348, двухступенчатый абсорбер АПС С1350, абсорбционный бак Е1351, насос Н1352 и вентилятор В1353.

Абсорберы Вентури орошаются из абсорбционных баков с помощью насосов частично аммонизированным раствором фосфорной кислоты. На верхнюю ступень абсорбера АПС поступает вода, нижнюю ступень АПС предусмотрена подача серной кислоты.

Системы абсорбции имеют три ступени очистки, являются эффективными, компактными и обеспечивают требуемые нормы ПДВ в отходящем газе по аммиаку, фтористым соединениям и пыли.

4.png

Очистка газов для технологии NPK/МАФ/ДАФ с аммонизатором-гранулятором и сушильным барабаном (АГ-СБ)

В связи с реализацией на БФ АО «Апатит» в ЦФУ на 4 т.с. технологии АГ - СБ устанавливаются две новых системы абсорбции: одна от аммонизатора-гранулятора (АГ) и преднейтрализатора (ПН), вторая от сушильного барабана (СБ), холодильника КС и аспирации. Принципиальная схема систем абсорбции показана на рисунке 4.

5.png

Для очистки газов после АГ и преднейтрализатора устанавливается система абсорбции производительностью по газу 80000-120000 м3/ч, которая состоит из абсорбера Вентури поз.4260, двухступенчатого абсорбера АПС поз.4261, установленных на общем баке поз.4263, насоса поз.4264, брызгоуловителя поз.4261А и вентилятора поз.4262. Отходящие газы после АГ и преднейтрализатора, содержащие пыль продукта и аммиак, поступают в абсорбер Вентури поз.4260, который орошается в рецикле частично аммонизированным раствором фосфорной кислоты через форсунку в количестве 250-300 м3/ч из бака поз.4263 с помощью насоса поз.4264. После абсорбера Вентури газ поступает в двухступенчатый абсорбер АПС поз.4261. На нижнюю ступень абсорбера АПС предусмотрена подача серной кислоты для подкисления жидкости и доулавливания аммиака. На верхнюю ступень абсорбера АПС подается вода в количестве необходимом для обеспечения требуемой плотности жидкости в баке. После абсорбера АПС поз.4261 газ поступает в брызгоуловитель поз.4261А, после которого вентилятором поз.4262 выбрасывается в выхлопную трубу.

Для очистки газов от СБ, холодильника КС и аспирации устанавливается система, которая включает сухую очистку газов от каждого источника в циклонах и мокрую очистку от указанных источников (суммарный объем газов ~330000 м3/ч) в двухступенчатом абсорбере и брызгоуловителе.

Газ после СБ поступает в два параллельно установленных конических циклона поз.4200-1,2, после которых вентилятором поз.4246 подается в абсорбер поз.4240. Газ после холодильника КС поступает на очистку от пыли в конический циклон поз.4265, после которого вентилятором поз.4266 подается в абсорбер поз.4240. Аспирационные газы после грохотов, элеваторов и укрытий конвейеров поступают на очистку от пыли в конический циклон поз.4248, после которого вентилятором поз.4249 подаются в абсорбер поз.4240.

Абсорбер поз.4240 имеет две ступени очистки. В нижней части абсорбера установлена щелевая провальная решетка, которая орошается тремя форсунками от трех насосов в рецикле частично аммонизированным раствором фосфорной кислоты из бака поз.4238. В верхней части абсорбера установлено контактное устройство АПС. На тарелку АПС подается вода (5-10 м3/ч). После абсорбера поз.4240 газ поступает в брызгоуловитель поз.4242, после которого выбрасывается в общую выхлопную трубу.

Очистка газов в производстве экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК)

В производстве экстракционной фосфорной кислоты полугидратным методом разработаны системы абсорбции, принципиальная схема которых показана на рисунке 5. Они реализованы на двух технологических системах ЦФК-2 БФ АО «Апатит». Очистка газов от реакционного узла предусматривает раздельные системы абсорбции от 1 и 2 реактора экстрактора.

6.png

Газ, отсасываемый от 1 реактора, проходит очистку от фтористых соединений в газоходах и полом абсорбере, орошаемых центробежными форсунками из циркуляционного бака насосом (так называемый грязный цикл абсорбции). Жидкость из этого бака выводится на станцию нейтрализации. Основное предназначение этого цикла абсорбции заключается в том, обеспечить гидролиз SiF4 и осаждение кремнегеля, что является залогом эффективной работы абсорбера АПС без забивок и чисток. Условия абсорбции таковы, что те участки газового тракта, которые не промываются, зарастают кремнегелем.

После полого абсорбера установлен трехступенчатый абсорбер АПС с абсорбционным баком. Вода поступает на верхнюю ступень АПС и из нижней ступени жидкость выводится в бак, из которого насосом часть жидкости передается в грязный цикл абсорбции. Абсорбер АПС работает без циркуляционного насоса с внутренней циркуляцией жидкости на каждой ступени. Насос используется для промывки входного газохода и нижней камеры абсорбера. Абсорбер АПС с подскрубберным баком является чистым циклом абсорбции, из него жидкость выводится на промывку фильтров.

Таким образом, от 1 реактора реализована четырехступенчатая система абсорбции с двумя баками и насосами, которая позволяет обеспечить остаточную концентрацию фтора после очистки менее 5 мг/нм3 при входной концентрации около 10 г/нм3. Количество газа, отсасываемое от 1 реактора в систему абсорбции, составляет 80000-120000 м3/ч в зависимости от нагрузки по апатиту. Эксплуатационная надежность системы такова, что она практически не требует чисток газового тракта.

От 2 реактора экстрактора установлена аналогичная система абсорбции производительностью по газу до 50000 м3/ч с двухступенчатым абсорбером АПС, поскольку выделение фтора от 2 реактора значительно меньше, чем от 1 реактора. Санитарно-техническая система абсорбции снабжена одноступенчатым абсорбером АПС. По жидкости все системы связаны по принципу противотока и позволяют обеспечить концентрацию фтора в газе на общем выхлопе менее 5 мг/нм3 (нормы ПДВ 10 мг/нм3) при достаточно большом выделении фтора в газовую фазу в реакторах. Количество ступеней абсорбции в абсорберах АПС определяется входной концентрацией и требуемой глубиной очистки.

Таким образом, в результате совместной работе ученых института и инженерно-технических специалистов в период промышленного освоения в производстве фосфорсодержащих минеральных удобрений и экстракционной фосфорной кислоты разработаны эффективные, компактные и надежные в эксплуатации системы очистки газов, позволяющие обеспечить работу технологического оборудования и нормы ПДВ в отходящих газах.