Технологические приемы снижения выбросов сернистых соединений

1. Самым радикальным средством было бы снижение потребления топлива, но это маловероятно. Скорее всего события будут развиваться в обратном направлении. Следует отметить, что в мире имеется несколько крупных угольных бассейнов (например, Кузбасс и буроугольный Канско-Ачинский бассейн – в России), где содержание серы в добываемом топливе не превышает 0,5 %. Сжигание таких углей обычно не требует каких-либо дополнительных приемов по снижению серосодержащих выбросов.

2. Для уменьшения концентрации сернистого ангидрида в воздухе городов реальными из первичных методов считаются:

– замена твёрдого топлива и высокосернистого мазута природным газом и малосернистым мазутом, хотя бы в отдельных котельных и ТЭЦ, находящихся в непосредственной близости от жилых массивов;

–очистка мазута от серы на нефтеперегонных заводах;

– кратковременное сжигание малосернистого мазута или газа на электростанциях при особо неблагоприятных метеорологических условиях;

– разработаны процессы десульфирования угля путём дробления, промывки водой, измельчения, удаления серного колчедана из угля с помощью воздушных сепараторов;

– есть разработки по десульфированию жидкого и газообразного топлива.

В США принято решение не применять топливо с S^Р> 1 % на электростанциях крупных городов (Нью-Иорк, Вашингтон и др). Во Франции повсеместно используется мазут с S^Р< 1 %. В ФРГ по закону SO₂ в отходящих газах должно быть менее 2,5 г/м³ (любым способом очистки).

Наряду с этим необходимо развивать следующие направления:

3. Глубокое обогащение угля и нефти для уменьшения содержания в них серы.

4. Сжигание топлив совместно с добавками, связывающими образующиеся серосодержащие соединения в вещества, которые можно полезно использовать, например, в строительстве.

5. Широкое использование и усовершенствование установок по очистке газовых выбросов от диоксида серы, также с получением строительных материалов или химических веществ (элементарная сера, серная кислота и др.).

6. Обычные способы обогащения углей с целью снижения содержания золы также способствуют одновременному удалению части серы (до 50 %) вместе с пиритом, не связанным с органической массой топлива.

7. Дальнейшее снижение содержания серы посредством химических методов обогащения представляется малоперспективным из-за высоких издержек на приобретение дорогих реактивов типа CuCl₂и организацию самого процесса:

FeS2 + 14 CuCl2 + 8 H2O 14 CuCl + FeCl2 + 2 H2SO4 + 12 HCl

(5.13)

При этом железо и сера переводятся в растворимую форму.

8. Возможно более экономически выгодным методом будет использование биологических способов обессеривания с помощью серобактерий. Исследования в этом направлении ведутся достаточно интенсивно. В частности, показано, что специфические микроорганизмы убирают более 8 % серы за 25 суток.

9. Одним из наиболее перспективных методов сероочистки углей является его паровоздушная или парокислородная газификация с целью получения газа для турбин-электрогенераторов или синтеза химических продуктов. Основными продуктами такого процесса являются монооксид углерода, водород, метан, вода.

Сернистые соединения, содержащиеся в топливе, переводятся в сероводород, который по хорошо отработанной технологии превращается в элементарную серу в 2-х стадином процессе:

1 стадия: 2 H2S + 3 O2 2 SO2 + 2 H2O	(5.14)
2 стадия: 2 H2S + SO2 2 H2O + 3 S	(5.15)

Элементарная сера широко используется в производстве серной кислоты, целлюлозы, синтетического каучука, искусственных волокон, применяется для борьбы с болезнями растений.

Использование газификации угля в комплексе с турбогенераторами является одним из главных направлений создания «чистой» угольной энергетики США.

Программа «CleanCoal» предусматривает снижение выбросов SO₂ на электростанциях с 17 млн.т/год в 1992 г. до 7 млн.т/год. При этом КПД электростанций увеличивается с 35-36 до 40-42 %. Такой подход к использованию топлива более отвечает необходимости бережного отношения человека к природным ресурсам, приготовленных ему биосферой.

10. Значительно сократить выбросы SO₂ можно за счет применения методов сжигания пылевидного топлива совместно с распыленным известняком (CaCO₃) или доломитом (CaMg[CO₃]₂). При этом взаимодействие SO₂ с СаСО₃ позволяет получать гипс в результате реакций:

СаСО3 + SO2 CaSO3 + CO2	(5.16)
2 CaSO3 + 3 O2 2 CaSO4	(5.17)

11. Одним из самых перспективных технических решений реализации такого способа сжигания угля является использование топок «кипящего слоя». Измельченное топливо транспортируется воздухом через слой известняка, находящегося на колосниковой решетке. При этом известняк приводится во взвешенное состояние – кипящий слой, имеющий громадную поверхность массообмена. Еще более эффективен циркулирующий кипящий слой, когда образующиеся продукты сгорания вновь возвращаются в реактор (таблица 5.4).

Если же на предприятии не используются технологические способы, снижающие выделение SO₂, то приходится производить очистку громадных количеств продуктов сгорания.

Таблица 5.4 – Удельные выбросы вредных веществ на угольных предприятиях (ТЭС), г/кВтч