Procesos de reducción de dióxido de azufre
Este artículo arroja luz sobre los dos procesos de reducción de dióxido de azufre. Los procesos de abatimiento son: 1. Procesos secos y 2. Procesos húmedos.
Proceso de Abatimiento # 1. Procesos Secos:
En estos procesos, los gases residuales que contienen SO 2 se tratan con productos químicos en ausencia de agua.
Proceso desechable en seco — Proceso de piedra caliza / dolomita :
En este proceso, se inyecta polvo de piedra caliza o dolomita en una cámara de combustión en la que las partículas y el flujo de gas fluyen en la actualidad. A alta temperatura del horno, el carbonato de calcio / magnesio se descompone en un óxido que a su vez reacciona con el SO 2 presente en el gas de combustión para formar sulfito y sulfato. Las reacciones globales pueden expresarse como
2 CaCO 3 + 2 SO 2 + ½O 2 CaSO 3 + CaSO 4 + 2 CO 2 … .. …………………………. (5.1)
2 MgCO 3 + 2 SO 2 + ½O 2 -> MgSO 3 + MgSO 4 + 2 CO 2 ………………………. (5.2)
El sulfito y el sulfato producidos junto con el CaO / MgO sin reaccionar se eliminan del horno y se desechan. Debido al contacto insuficiente entre CaO / MgO y el gas de combustión en la mayoría de los casos, la eficiencia de eliminación de SO 2 es baja, a pesar del hecho de que el carbonato se agrega en un gran exceso que la proporción estequiométrica.
Algunos datos de rendimiento típicos son:
Proceso de dolomita:
Tamaño de partícula óptimo: 10-15 µm
Adición óptima de dolomita: 2, 5 veces la cantidad estequiométrica.
Eficacia de eliminación:
70% con 250 ppm de SO 2
85% con 130 ppm de SO 2
Proceso de piedra caliza :
Adición óptima de piedra caliza: 10% del carbón cocido.
Eficacia de eliminación: 40-80% con 550-890 ppm de SO 2
Se puede lograr una mayor eficiencia de remoción cuando se usa piedra caliza / dolomita en una cámara de combustión de carbón de lecho fluidizado.
Aunque el proceso seco a base de piedra caliza / dolomita es menos eficiente que el proceso húmedo de cal / caliza, tiene las siguientes ventajas:
(i) Los gases de combustión pueden tratarse a una temperatura elevada,
(ii) No se requiere una unidad de tratamiento complejo.
Este proceso en seco tiene una ventaja sobre los procesos de recuperación en seco, ya que sufren una pérdida excesiva de absorbente debido al desgaste y al alto costo de la inversión debido a las complejidades de las unidades de regeneración.
Procesos de recuperación en seco:
A. Proceso de óxido de metal:
(i) Proceso de óxido de manganeso activado:
Este proceso fue desarrollado por Mitsubishi Heavy Industries. Consta de los siguientes pasos:
Paso-I:
El óxido de manganeso hidratado se pone en contacto con un gas de combustión que contiene SO 2 simultáneamente, como resultado de lo cual se produce sulfato de manganeso.
Mn 2 O 3 + 2 SO 2 + ½ O 2 -> 2 MnSO 4 ………………………………… (5.3)
Paso-ll:
El sulfato de manganeso así producido se hace reaccionar en un recipiente separado con amoníaco acuoso y aire, por lo que se produce sulfato de amonio y se precipita el óxido de manganeso.
2MnSO 4 + 4 NH 4 OH + ½ O 2 -> 2 (NH4) 2 SO 4 + Mn 2 O 3 + 2 H 2 O ………………………………… (5.4)
Step-Ill:
La suspensión producida se filtra. El óxido de manganeso se seca y se recicla. La solución de sulfato de amonio se concentra y los cristales de sulfato de amonio resultantes se comercializan.
La eficiencia de remoción de SO 2 de este proceso puede ser de alrededor del 90%.
(ii) Proceso de óxido de cobre :
En este proceso, los gránulos de óxido de cobre soportados en alúmina reaccionan con SO 2 y O 2 presentes en un gas de combustión para producir CuSO 4 a aproximadamente 400 ° C
Posteriormente, CuSO4 se reduce con hidrógeno o metano a unos 400 ° C, la reacción es
El uso de metano puede provocar la deposición de coque y el consiguiente taponamiento de la cama.
En el siguiente paso, el cobre se oxida con aire y el reactor se pone en línea.
El SO 2 producido puede convertirse en ácido sulfúrico o azufre elemental.
Dado que el proceso funciona en un ciclo, se necesitan al menos dos reactores.
El proceso parece ser prometedor. Sin embargo, requiere reactores costosos y una gran cantidad de gas reductor (H 2 / CH 4 ).
(iii) Proceso de alúmina alcalizada:
Este proceso se lleva a cabo poniendo en contacto los gránulos de óxido de sodio actualmente de aluminio de aproximadamente 1, 60 mm de diámetro con gas de combustión que contiene SO 2 a aproximadamente 330 ° C, lo que da como resultado la formación de sulfato de alumino-sodio.
Los gránulos de sulfato de aluminio y sodio se reducen luego en otra torre a contracorriente con H-, y el CO a aproximadamente 650 ° C para regenerar el óxido de sodio y aluminio y para producir H 2 S, el H 2 S así producido se trata para la recuperación de azufre.
Este proceso puede tener una eficiencia de eliminación de SO 2 de aproximadamente el 90%. Sin embargo, el principal problema encontrado en este proceso es el desgaste de los gránulos, lo que resulta en su pérdida. Esta pérdida afecta negativamente a la economía del proceso. Aún está por encontrar aplicación comercial.
B. Procesos de carbón activado:
(i) Proceso de Reinluft:
Este proceso se lleva a cabo en dos etapas. En la primera etapa, un gas de combustión que contiene SO 2 se adsorbe en un lecho móvil de partículas de carbón activado a aproximadamente 150-200 ° C. El absorbedor es operado a contracorriente. Las partículas de carbón activado utilizadas en este proceso se producen por carbonización al vacío de turba o material similar. La clave del potencial económico de este proceso reside en la disponibilidad de un adsorbente de bajo costo.
Durante el proceso de adsorción, la siguiente reacción tiene lugar en la superficie del adsorbente:
En la segunda etapa, las partículas de carbono cargadas con ácido sulfúrico que salen del adsorbente se tratan para recuperar el H2SO4 como tal o como SO2. Las partículas de carbono regenerado se reciclan de nuevo al adsorbente.
Hay dos procesos alternativos para la recuperación de compuestos que contienen azufre de las partículas de carbono cargadas:
(a) Lavar las partículas de carbono con agua. Esto da lugar a la producción de solución diluida de ácido sulfúrico. Las partículas de carbono húmedo se secan y se reciclan. El inconveniente de este proceso son las dificultades encontradas en el almacenamiento, transporte y comercialización de la solución diluida de ácido sulfúrico.
(b) Calentar las partículas de carbono cargadas con ácido sulfúrico a aproximadamente 380-450 ° C. Al calentar, se producen SO 2, CO 2, CO y H 2 O y las partículas de carbono se reactivan. El gas producido contiene aproximadamente 10-15% de SO 2 que puede utilizarse para producir ácido sulfúrico. Las partículas de carbono regenerado se reciclan al adsorbente.
La eficiencia de eliminación del proceso Reinluft es de aproximadamente el 90%.
(ii) Proceso Westvaco :
El Proceso de Westvaco emplea partículas de carbón activado en un lecho móvil. El producto intermedio formado durante el proceso es ácido sulfúrico, pero finalmente el azufre se recupera como azufre elemental.
El proceso se lleva a cabo a través de los siguientes pasos.
Paso-I:
El SO 2, O 2 y la humedad presente en un gas de combustión se combinan en partículas de carbón activado para producir ácido sulfúrico.
Paso-ll:
El ácido sulfúrico adsorbido se hace reaccionar con H, S para producir azufre elemental en las superficies de las partículas de carbono.
Step-Ill:
Las partículas de carbono que contienen partículas de azufre elemental se calientan para producir vapor de azufre, que se condensa y se recoge como azufre fundido.
Paso IV:
El azufre residual presente en las partículas de carbono se convierte en H2S al reaccionar con hidrógeno (H2) y reactivando así las partículas de carbono. El H 2 S generado se usa en el Paso II y las partículas de carbono se reutilizan. Este proceso ha sido operado a escala piloto. La eficiencia de remoción de SO 2 reportada es del 90%. Se ha afirmado que se puede lograr una eficiencia de eliminación del 99% utilizando un lecho de carbono más profundo.
Los inconvenientes del proceso son:
(i) El tamaño del recipiente requerido para albergar las partículas de carbono es grande y la caída de presión en el lecho es alta;
(ii) La cantidad de hidrógeno necesaria para la eliminación del azufre residual (Paso IV) es mucho mayor que la cantidad estequiométrica.
C. Proceso de carbonato fundido:
El proceso internacional de carbonato fundido de Atomics emplea una masa fundida eutéctica que contiene 32% de Li 2 CO 3, 33% de Na 2 CO 3 y 35% de K 2 CO 3 en peso para absorber el SO 2 de un gas residual a aproximadamente 450 ° C. Se ha encontrado que la eficiencia de eliminación de SO 2 de este proceso es aproximadamente el 99% de un gas influyente que tiene 0, 1 a 3% de SO 2 .
Las reacciones pueden expresarse como en:
SO 2 + M 2 CO 3 —–> M 2 SO 3 + CO 2 …………………… (5.11)
SO 2 + ½ O, + M 2 CO 3 —–> M 2 SO 4 + CO 2 ……………. (5.12)
La masa fundida cargada se reduce luego con una mezcla de H y CO, por lo que se produce una corriente de gas que contiene H2S, CO y H2O junto con carbonatos regenerados. El proceso de regeneración se lleva a cabo a aproximadamente 525 ° C. Un proceso alternativo es reducir la fusión de sulfito-sulfato a sulfuro con carbono y aire a aproximadamente 750 ° C. La masa fundida de sulfuro-carbonato se hace reaccionar adicionalmente con vapor de agua y CO2 a aproximadamente 450 ° C, lo que da como resultado la formación de H2S y la masa fundida de carbonato.
El H2S producido se puede utilizar para la producción de ácido sulfúrico o para la producción de azufre elemental. Aunque la operación de una unidad integrada completa que emplee este proceso aún no se ha emprendido, el proceso es de interés debido a la tecnología única involucrada. Este proceso puede usarse para la recuperación de azufre del gas de chimenea libre de polvo.
Proceso de Abatimiento # 2. Procesos Húmedos:
Estos procesos se llevan a cabo mediante el lavado de los gases residuales que contienen SO 2 con una suspensión acuosa o con una solución acuosa.
Procesos de Desecho Mojado:
A. Procesos basados en cal / caliza:
(i) Procesos convencionales:
En este proceso, una corriente de gas de combustión liberada de material particulado se friega con una suspensión acuosa de cal / caliza en polvo que tiene 5-10% de sólido en peso. El SO 2, la eficiencia de remoción de este proceso es de aproximadamente 80 a 95%.
Aunque la piedra caliza es mucho más barata que la cal, para algunas aplicaciones se prefiere la cal debido a su mayor reactividad. El gas fregado se recalienta antes de descargarlo en la atmósfera a través de una pila.
La suspensión gastada del fondo del lavador se alimenta a un tanque de recirculación desde donde una parte del mismo se devuelve al lavador con agua de relleno y polvo de cal / caliza recién agregado. La porción restante se descarga en un estanque de sedimentación. Los lodos sedimentados del estanque se descartan y el líquido sobrenadante se recircula al depurador junto con la suspensión acuosa. En el depurador se producen principalmente bi-sulfito y bi-sulfato. Estos experimentan reacciones adicionales en el tanque de recirculación / retardo.
Las reacciones que tienen lugar en el lavador son:
2CaCO 3 + 4 SO 2 + O 2 + 2 H 2 O -> Ca (HSO 3 ) 2 + Ca (HSO 4 ) 2 + 2 CO 2 ……. (5.13)
2 Ca (OH) 2 + 4 SO 2 + O 2 -> Ca (HSO 3 ) 2 + Ca (HSO 4 ) 2 ………………… (5.14)
En el tanque de recirculación / retraso, las reacciones que ocurren pueden resumirse de la siguiente manera:
CaCO 3 + Ca (HSO 3 ) 2 -> 2 Ca SO 3 + H 2 O + CO 2 ………… .. (5.15)
CaCO 3 + Ca (HSO 4 ) 2 -> 2 Ca SO 4 + H 2 O + CO 2 ………… .. (5.16)
Ca (OH) 2 + Ca (HSO 3 ) 2 -> 2 Ca SO 3 + 2H 2 O ………………. (5.17)
Ca (OH) 2 + Ca (HSO4) 2 -> 2 Ca SO 4 + 2 H 2 O ……………… (5, 18)
La caliza de calidad química que contiene 95% o más de CaCO 3 es la más adecuada para este proceso. La dolomita que es relativamente inerte no es adecuada para este proceso. Para el proceso basado en piedra caliza, la relación de masa L / G debe exceder de 65, pero para el proceso basado en cal, la relación de masa L / G alrededor de 35 se ha encontrado adecuada. Para la remoción, la relación de cal a SO 2 requerida es aproximadamente 1.05-1.15 veces la proporción estequiométrica debido a su mayor reactividad, mientras que para la piedra caliza, la relación requerida es de alrededor de 1.25 a 1.6.
La piedra caliza es más barata en comparación con la cal, pero el tamaño de un depurador a base de piedra caliza sería más grande que el de una cal, debido a una mayor relación L / G para el primero. Para una instalación grande, el proceso de piedra caliza sería económico, mientras que para una instalación pequeña, el proceso de cal sería más económico
El funcionamiento de un depurador a un pH bajo (pH no inferior a 5) promueve la formación de escamas duras de sulfato de calcio (en los depuradores y los sistemas de recirculación), mientras que el funcionamiento a un pH más alto (pH del depurador influyente superior a 8) promueve la formación de partículas de sulfito de calcio blandas .
El pH óptimo para un sistema de piedra caliza es entre 5.8 y 6. Para un sistema de cal, el pH más ácido es el más adecuado. La reacción entre la cal y el CO 2 en los gases de combustión provoca la precipitación de CaCO 3 por encima de pH 6.7, lo que resulta en un mayor consumo de cal. Por lo tanto, no se debe permitir que el pH para un sistema de cal exceda de 6.7.
El tiempo de residencia en un tanque de recirculación es de aproximadamente 10 minutos para un sistema de piedra caliza y lo mismo es de aproximadamente 5 minutos para un sistema de cal.
Las composiciones de lodos aproximadas de un sistema de piedra caliza y las de un sistema de cal se enumeran en la Tabla 5.1.
(ii) Proceso de Chiyoda Thoroughbred 121 :
La suspensión de piedra caliza se utiliza como absorbente en este proceso. Sin embargo, difiere del proceso de piedra caliza convencional en tres aspectos, a saber: (1) el pH absorbente. (2) el diseño del reactor y (3) la introducción de aire en la parte inferior del reactor. El aire se utiliza para la oxidación de SO 2, a SO 3 .
El pH mantenido en este proceso es de alrededor de 4 a 5; como resultado, el sulfito formado se oxida a sulfato. El proceso se lleva a cabo en un reactor único de tipo especial llamado reactor de burbujeo a chorro. Como el proceso produce yeso como producto final, no hay necesidad de reciclar líquidos.
Se ha reportado un funcionamiento sin problemas sin problemas y una eficiencia de eliminación de SO 2 en el rango de 97-99% con una concentración de SO 2 en el gas de combustión que varía de 1000 a 2000 ppm. Se ha observado una alta utilización de piedra caliza y un alto contenido de yeso en los lodos.
La reacción general se puede resumir como en:
CaCO 3 + SO 2 + 1/2 O 2 + 2 H 2 O -> Ca SO 4 . 2H 2 O + CO 2 ………… .. (5.19)
(iii) Proceso de doble álcali :
En este proceso, un gas de combustión se trata con una solución de sulfito de sodio, que absorbe el SO 2,
La reacción principal se puede expresar de la siguiente manera:
Na 2 SO 3 + SO 2 + H 2 O -> 2 Na H SO 3 ……………… .. (5.20)
Los otros productos químicos presentes en la solución gastada pueden ser sulfito de sodio, sulfato de sodio y carbonato de sodio. Una porción del licor gastado se recicla al absorbedor. La otra porción se trata con cal o polvo de piedra caliza.
Los productos de reacción son sulfito de calcio y sulfato insolubles, sulfito de sodio soluble (e hidróxido). El precipitado se espesa en un colono. El lodo se filtra y la torta se lava. El líquido transparente de las operaciones de sedimentación y filtración, junto con el carbonato de sodio de reposición, se devuelve al absorbedor.
Dos estudios de costos independientes han indicado que el costo de instalar y operar un sistema de doble álcali es menor que el de un sistema de lavado de lodos de piedra caliza para el tratamiento de un gas de combustión de azufre-combustible relativamente alto.
(iv) Proceso de Ácido Diluido:
Este proceso es una alternativa al proceso de doble álcali. En este proceso, el SO 2 se absorbe en una solución diluida de ácido sulfúrico (2-3% H 2 SO 4 ) con hierro como catalizador.
Las reacciones que se producen son:
2 SO 2 + O 2 + 2 H 2 O -> 2 H 2 SO 4 ………………… .. (5.21)
2 Fe SO 4 + SO 2 + O 2 -> Fe 2 (SO 4 ) 3 ……………… .. (5.22)
Fe 2 (SO 4 ) 3 + SO 2 + 2 H 2 O -> 2 Fe SO 4 + 2 H 2 SO 4 ……………… .. (5.23)
El ácido sulfúrico así producido se hace reaccionar con piedra caliza para precipitar el yeso.
Se ha informado que la eficiencia de remoción de SO 2 de este proceso es de alrededor del 90%.
B. Proceso basado en metal alcalino :
Este es también un proceso de desecho en el que ni la cal ni la piedra caliza se usan directa o indirectamente. Es adecuado para el tratamiento de una corriente de gas de combustión relativamente pequeña que contiene SO 2 . El álcali utilizado para el lavado es hidróxido de sodio o carbonato.
En este proceso, una corriente de gas de combustión se enfría primero pasándola a través de un lavador venturi. A continuación, el gas limpio y enfriado se lava con una solución alcalina en una única columna de bandeja de tamiz. Finalmente, el gas tratado se recalienta agregando aire caliente y se descarga a la atmósfera a través de una pila.
El lavador venturi se alimenta con una solución reciclada, mientras que la columna de la bandeja del tamiz se alimenta con una solución alcalina nueva.
La ventaja de este proceso es el bajo costo de capital. Sin embargo, el costo total de operación debido al costo de los productos químicos y el costo de la eliminación del licor gastado supera el bajo costo de capital. La eficiencia de remoción de SO 2 reportada en este proceso es aproximadamente del 85%.
Procesos de recuperación en mojado:
A. Procesos de óxido / hidróxido de metal:
(i) Proceso de óxido de magnesio :
Este proceso se lleva a cabo en tres pasos.
Paso-I:
En el primer paso, una corriente de gas que contiene SO 2 pre-limpiada se lava con una suspensión acuosa de magnesia.
Las reacciones resultantes son:
MgO + 2 SO 2 + H 2 O --—> Mg (HSO 3 ) 2 ………………… (5, 24)
Mg (HSO 3 ) 2 + MgO ——> 2 Mg SO 3 + H 2 O ……………. (5.25)
2 Mg SO 3 + O 2 ——> 2 Mg SO 4 …………………… (5.26)
Paso-ll:
En esta etapa, una porción de la suspensión de sulfato de magnesio y sulfato junto con la magnesia sin reaccionar se recicla al lavador mezclado con magnesia de maquillaje y agua. La otra porción de la suspensión se filtra y la torta se seca.
Step-Ill :
En el tercer paso, la torta seca se mezcla con coque y se calcina en un horno a aproximadamente 850-900 ° C.
Durante la calcinación se producen las siguientes reacciones:
Mg (HSO 3 ) 2 ——> MgO + 2 SO 2 + H 2 O ……………. (5.27)
Mg SO 3 ——> MgO + SO 2 …………… .. (5.28)
Mg SO 4 + C + ½ O 2 ——> MgO + SO 2 + CO 2 ………………. (5.29)
El MgO regenerado se recicla al lavador y el SO 2 producido se utiliza para la producción de ácido sulfúrico.
Se ha informado que la eficiencia de remoción de SO 2 de la planta Craumby Unit 1 de PECO es del 96-98%.
(ii) Proceso de oxidohidróxido de manganeso de Mitsubishi :
Este proceso se lleva a cabo mediante el lavado de un gas residual pre-limpiado que contiene SO 2 con una suspensión de oxihidróxido de manganeso al tres por ciento, por lo que se produce sulfito y sulfato de manganeso como se muestra a continuación.
Mn (OH) 2 + SO 2 ——> MnSO 3 + H 2 O ………… .. (5.30)
Mn (OH) 2 + SO 2 + ½ O 2 ——> MnSO 4 + H 2 O ………………. (5.31)
La suspensión de la salida del lavador reacciona con amoníaco y oxígeno, lo que da como resultado la formación de una solución de sulfato de amonio y partículas de Mn (OH) 2 regeneradas. La suspensión se filtra para separar Mn (OH) 2, que se recicla al depurador. La solución de sulfato de amonio se concentra para cristalizar (NH 4 ) 2 SO 4, que se comercializa.
Mn SO 3 + 2 NH 4 OH + ½ O 2 --—> Mn (OH) 2 + (NH 4 ) 2 SO 4 (5.32)
Mn SO 4 + 2 NH 4 OH --—> Mn (OH) 2 + (NH 4 ) 2 SO 4 (5, 33)
La eficiencia de eliminación de SO 2 de este proceso puede ser de alrededor del 97%.
B. Proceso de carbón activado (Lurgi Sulphacid) :
El proceso de Lurgi Sulphacid se lleva a cabo pasando un gas residual que contiene aproximadamente O.1 a 1.5 por ciento de SO 2 a través de un lecho de carbón activado. El lecho de carbono cataliza la oxidación de SO 2 a SO 3, que reacciona con el agua rociada en el lecho.
Se produce una solución diluida de ácido sulfúrico que tiene una concentración de 10-15% de H2SO4. El ácido diluido se concentra a aproximadamente 60-70% utilizando el calor del gas entrante (190-210 ° C), enfriando así el gas a 40-50 ° C antes de su entrada en el lecho de carbono. El gas que sale del lecho de carbono se recalienta antes de desechar la pila.
La eficiencia de eliminación de SO 2 de este proceso es de alrededor del 95%.
C. Proceso de citrato:
Este proceso se basa en el hecho de que la solubilidad del SO 2 en el agua es baja, pero aumenta considerablemente cuando el agua se tampona con citrato de sodio. La reacción básica que tiene lugar durante el proceso es:
SO 2 + H 2 O ——> H 2 SO 3 ……………… .. (5.34)
Durante la absorción de SO 2 en solución tamponada de citrato, parte de SO 2 puede oxidarse a SO 3, que a su vez se convierte en H2SO4. Para suprimir la reacción de oxidación, se agrega tiosulfato a la solución de lavado. La solución de ácido sulfuroso (H2SO3) producida se hace reaccionar con H2S, lo que resulta en la formación de azufre elemental. El azufre elemental se separa de la solución por flotación. La solución se recicla al depurador.
Este proceso fue desarrollado por el Centro de Investigación de Metalurgia de Salt Lake City de la Oficina de Minas de EE. UU. Para la recuperación de SO 2 de los gases de la fundición. Posteriormente, se realizaron ensayos a escala de planta piloto con gas de chimenea de caldera alimentado con carbón. Se ha encontrado que los resultados de los ensayos sobre la fundición y el gas de la chimenea de la caldera son prometedores. La eficiencia de eliminación de azufre se ha informado que es del 95-97%.
D. Proceso de sulfidina :
El proceso de sulfidina utiliza una mezcla de xilidina y agua con una relación aproximada de 1: 1 como líquido de lavado. La xilidina y el agua son inmiscibles, pero cuando el SO 2 reacciona con la xilidina, el sistema se vuelve miscible.
El proceso se lleva a cabo en un conjunto de dos absorbentes que funcionan en contra-actualmente en serie. El gas que contiene SO2 libre de polvo se introduce en la parte inferior del primer absorbente, en la parte superior de la cual se alimenta la corriente de líquido que sale del segundo absorbedor. El gas que sale del primer absorbente se introduce en la parte inferior del segundo absorbente, que se lava con una mezcla de xilidina-agua recuperada.
El gas lavado que abandona el segundo absorbente se lava posteriormente con ácido sulfúrico diluido para recuperar el vapor de xilidina antes de ventilar finalmente el gas tratado. El licor que sale del primer absorbente se elimina térmicamente de manera indirecta para recuperar el SO 2 . El gas del extractor que contiene xilidina y vapor de agua además del SO2 se pasa a través de un enfriador-condensador para la condensación de xilidina y agua. El gas (principalmente SO 2 ) se lava luego con agua para recuperar más el vapor de xilidina.
La corriente de líquido que sale del extractor térmico se enfría y se mezcla con:
(1) El líquido del enfriador-condensador,
(2) El líquido de la columna de lavado con agua, y
(3) El líquido del lavador de ácido sulfúrico diluido.
Una parte de la capa acuosa de esta mezcla se desecha para tener una mezcla de xilidina-agua que tenga una proporción de 1: 1 en la corriente restante. Esta corriente se devuelve al segundo absorbente como absorbente. De vez en cuando se agrega una solución acuosa de ceniza de sosa a la corriente de reciclaje, de modo que el sulfato de xilidina presente en la corriente se convierte en xilidina. Este proceso no es económico cuando el contenido de SO 2 de un gas residual es bajo debido a la pérdida de xilidina.
Proceso de E. dimetil anilina (ASARCO) :
El proceso AS ARCO es mejor que el proceso de sulfidina en el sentido de que puede tratar un gas residual con un contenido de SO 2 del 3, 5% o más.
Un gas residual que contiene SO 2 se lava primero con dimetil anilina y luego con una solución de carbonato sódico para eliminar las trazas de SO 2 del gas tratado. Finalmente, los gases de escape se lavan con ácido sulfúrico diluido para eliminar la dimetil anilina antes de purgarla a través de una pila.
La dimetil anilina rica en SO 2 se elimina por vapor para la recuperación de SO 2 . La mezcla de SO2 en vapor resultante se lava con ácido sulfúrico para obtener SO2 seco. El SO 2 recuperado puede licuarse o convertirse en ácido sulfúrico. Se ha reportado hasta un 99% de recuperación de SO 2 . La dimetil anilina regenerada se recicla al depurador. Las ventajas de este proceso sobre el proceso de sulfidina son una baja pérdida de reactivos, un bajo consumo de vapor y menos necesidad de mano de obra.
F. Proceso de amoníaco (COMINCO) :
Este proceso se lleva a cabo en dos etapas. En la primera etapa, el SO 2 se elimina de los gases de desecho de las plantas tostadoras mediante lavado con una solución acuosa de amoniaco, por lo que se produce bisulfito de amonio:
NH 4 OH + SO 2 ——> NH4 (HSO3) ………………. (5.35)
En la segunda etapa, la solución de bisulfito se trata con ácido sulfúrico. La mezcla resultante es despojada por aire. La solución de aire comprimido contiene sulfato de amonio, mientras que la corriente de gas contiene SO 2, aire y humedad.
2NH 4 (HSO3) + H 2 SO 4 ——> (NH 4 ) 2 SO 4 + 2 H 2 SO 3 ……………… .. (5.36)
(NH 4 ) 2 SO 4 + 2H 2 SO 3 + aire ——> (NH 4 ) 2 SO 4 + 2 SO 2 + 2 H2O + aire ………… .. (5.37)
La solución de sulfato de amonio se concentra para producir cristales de sulfato de amonio. La mezcla de gas de SO 2 después del secado se usa para producir ácido sulfúrico.
Se ha observado que la eficiencia de remoción de SO 2 varía de 85 a 97%.
Los principales factores de los que depende la eficiencia de eliminación son:
(i) Altura de la cama empacada,
(ii) temperatura de funcionamiento, y
(iii) Relación de masa de líquido a gas (L / G) en el absorbente.
G. Proceso de sulfito de sodio (Wellman-Lord) :
Originalmente, este proceso se basaba en el ciclo del sulfito de potasio-bi-sulfito. Sin embargo, actualmente se están usando sales de sodio menos costosas. En este proceso, una corriente de gas residual que contiene SO 2 se lava con una solución de sulfito de sodio, lo que resulta en la formación de bisulfito de sodio. La reacción se puede resumir como
Na 2 SO 3 + SO 2 + H 2 O ——> 2 NaHSO 3 …………. (5.38)
La solución de bisulfito así formada se concentra en un evaporador de circulación forzada al vacío. La solución concentrada se somete luego a una extracción con vapor de agua a una temperatura más alta, lo que provoca la descomposición del bisulfito en sulfito. El sulfito de sodio producido de este modo cristaliza a partir de la solución. La reacción se puede expresar como:
2 NaHSO 3 ——> Na 2 SO 3 + SO 2 + H 2 O ……… .. (5.39)
Los cristales de Na 2 SO 3 se separan, se disuelven y la solución se devuelve al absorbedor. El gas SO2 húmedo se seca y se alimenta a una planta de ácido sulfúrico.
La eficiencia promedio de eliminación de SO, se ha observado en alrededor del 91%.
H. Proceso de hidróxido de sodio :
El lavado de un gas de combustión que contiene SO 2 con una solución de hidróxido de sodio da como resultado la formación de bisulfito y sulfito.
2 Na OH + CO 2 ——> Na 2 CO 3 + H 2 O ……………… .. (5.40)
Na 2 CO3 + SO 2 ——> Na 2 SO 3 + CO 2 ……………… .. (5.41)
Na 2 SO 3 + SO 2 + H 2 O ——> 2Na (HSO 3 ) ……………… .. (5.42)
Na OH + SO 2 ——> NaH SO 3 ……………… .. (5.43)
La solución de sulfito de sodio-bi-sulfito se trata luego con polvo de óxido de zinc (ZnO), por lo que se precipita ZnSO3 y se regenera la solución de NaOH. La solución de NaOH se recicla al absorbente.
El Zn SO 3 precipitado se tuesta después del secado.
Zn SO 3 ——> ZnO + SO 2 ……………… .. (5.44)
ZnO se reutiliza y el SO 2 se alimenta a una planta de ácido sulfúrico.
I. Proceso biológico :
Este proceso ha sido desarrollado conjuntamente por Monsanto Enviro-Chem System y UOP system para el tratamiento de gases de escape FCC que contienen N 2, O 2, H 2 O, CO 2, CO, SO x y NO x junto con algunas partículas de polvo de catalizador. El rango de concentración de SO x fue de 250-2300 ppm y el de NO x de aproximadamente 200 ppm en el gas.
El proceso consiste en lavar los gases de escape en un lavador húmedo de chorro de inversión con solución de NaHCO 3 . La reacción principal que tiene lugar durante el lavado es
Na HCO 3 + SO 2 —–> Na HSO 3 + CO 2 ……………… .. (5.45)
Algunos bisulfitos de sodio pueden oxidarse a Na 2 SO 4 debido a la presencia de oxígeno en el gas que se está tratando. La mezcla de gas y líquido que contiene algunas partículas sólidas se separa en dos corrientes en un recipiente contiguo. El gas sale por la parte superior del recipiente y el líquido fluye hacia un sumidero. El líquido del colector después de la filtración se recicla principalmente al depurador, mientras que una parte se alimenta a un biorreactor anaeróbico
En el biorreactor, el sulfito y el sulfato se reducen a bisulfuro de sodio con un suministro limitado de un agente reductor adecuado o a H2S cuando se usa una cantidad mayor del agente reductor. El agente reductor puede ser un gas hidrógeno de baja pureza o etanol o metanol. Se puede usar etanol o metanol como fuente de carbono para los microorganismos.
En el reactor anaeróbico las reacciones que tienen lugar son:
(I) con un suministro limitado de un agente reductor:
NaHSO 3 + 3 H 2 —–> NaHS + 3 H 2 O ……………… .. (5.46)
Na 2 SO 4 + 4 H 2 + CO 2 —–> NaHS + NaHCO 3 + 3 H 2 O ……………… .. (5.47)
(II) con un mayor suministro de un agente reductor:
NaHSO 3 + 3 H 2 + CO 2 - -> NaHCO 3 + H 2 S + 2 H 2 O ……………… .. (5.48)
Na 2 SO 4 + 4 H 2 + 2 CO 2 —–> 2 Na HCO 3 + H 2 S + 2 H 2 O …………… (5, 49)
Cuando se produce H2S mezclado con CO2, el gas se conduce a un absorbente de amina o alguna otra unidad de recuperación de azufre. El líquido que contiene NaHCO 3 de la salida del reactor anaeróbico se recicla al absorbedor.
Sin embargo, si el NaHS está presente en el efluente del reactor anaeróbico, se alimenta a un reactor aeróbico para la regeneración de NaHCO3 y la producción de azufre elemental según la reacción
NaHS + ½ O 2 + CO 2 —–> NaHCO 3 + S ……………… .. (5.50)
La suspensión que contiene azufre elemental se filtra y el filtrado que contiene Na HCO 3 se recicla al lavador.
La eficiencia total de eliminación de azufre de todo el proceso puede ser tan alta como 98%.
