УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ ОТ СЕРОВОДОРОДА

Полезная модель относится к устройствам для очистки газовых смесей и может быть использована в химической, газовой и металлургической отраслях промышленности, а также для очистки дымовых газов теплоэнергетических предприятий и системы жилищно-коммунального хозяйства.
Наиболее близким техническим решением по совокупности основных существенных признаков, и достигаемому техническому результату является устройство для электрохимической очистки газов от диоксида серы, содержащее цилиндрический корпус, являющийся катодом, анод, патрубки поступающего на очистку газа и очищенного газа и насадку из углесодержащего материала [Авторское свидетельство на изобретение СССР №1244209 МПК C25B 1/02, C25B 9/00 - прототип].
Известное устройство достаточно эффективно обеспечивает очистку отходящих газов диоксида серы.
Недостатком устройства является то, что в качестве сорбента используется водный раствор серной кислоты с концентрацией 3,5 моля/л (343 г/л) и после поглощения диоксида серы с его окислением на аноде, концентрация серной кислоты составляет 3,59 моля/л, тем самым увеличивая агрессивные характеристики используемой серной кислоты, что снижает эффективность работы устройства, его долговечность, а также отрицательно влияет на окружающую среду.
2
Также недостатком устройства является то, что в устройстве используется явно не реальное напряжение на электролизере. Согласно приведенной в описании прототипа таблице, электрохимический процесс происходит при напряжении на электролизере, равном от 0,53 до 0,49 Вольта, что нереально при плотности используемого тока, равной 1000 А/м. При этих условиях используется только энергия электрохимического процесса окисления сульфит-иона в сульфат-ион с последующим образованием серной кислоты и не учитывается омическое и поляризационное падение напряжения, что может вызвать нарушение работы устройства в результате разогрева электролита, снижая тем самым его эффективность и долговечность.
Технический результат - повышение эффективности работы устройства при очистке газов от сероводорода.
Техническая задача - повышение эффективности работы устройства за счет конструктивного исполнения, обеспечивающего одновременное протекание электрохимических процессов окисления сульфид-ионов и хлорид-ионов с образованием конечного продукта в виде химически чистой серы, при одновременном повышении долговечности работы устройства и снижении вредного воздействия на окружающую среду.
Решение технической задачи.
Техническая задача решается тем, что устройство для очистки газовых смесей от сероводорода, подключенное к источнику постоянного тока, содержащее цилиндрический корпус, являющийся катодом, анод, патрубки поступающего на очистку газа и очищенного газа, и углесодержащий материал; в котором корпус устройства выполнен с конусообразной нижней частью, оснащенной патрубком поступающей на очистку газовой сероводородной смеси и патрубком, предназначенным для сбора полученной в результате электрохимической очистки элементарной серы, снабженным запорным вентилем, а патрубок очищенного от серы газа расположен в верхней части корпуса устройства, кроме этого, устройство снабжено системой, включающей трубопровод с подающим насосом, предназначенным для подачи очищаемой газожидкостной смеси из нижней конусообразной части корпуса к форсункам, установленным в верхней части внутри корпуса устройства, помимо этого система также содержит резервуар с технологическим раствором, подсоединенный трубопроводом через дроссельный вентиль и упомянутый выше подающий насос к форсункам, помимо этого внутри корпуса устройства жестко смонтирован пакет из перфорированных токопроводящих пластин, выполненных из титановоокиснородиевых элементов, расположенных в горизонтальной плоскости, собранных с зазором между ними, и скрепленных между собой токопроводниками, при этом пакет пластин является анодом и изолирован от корпуса посредством изоляторов, а углесодержащим материалом заполнены зазоры между токопроводящими пластинами, при этом в качестве углесодержащего материала используется мелкодисперсный графит, в качестве технологического раствора используется раствор хлористого натрия, а подающий насос подключен к источнику переменного тока.
Сущность
Размещенный внутри корпуса пакет из перфорированных токопроводящих пластин, выполняющих роль анода, расположенных в горизонтальной плоскости, скрепленных токопроводниками, собранных с зазором между ними, которые заполнены токопроводящим материалом, например мелкодисперсным графитом, что позволяет увеличить площадь реакционного контакта смеси технологического раствора с загрязненным газом, распыляемой форсунками, при этом за счет одновременно протекающих электрохимических процессов: на анодных пластинах происходит электрохимическое окисление сульфид-ионов и гидросульфид-ионов, которые образуются в водном технологическом растворе в результате электролитической диссоциации компонентов раствора в ходе взаимодействия технологического раствора с сероводородом, находящимся в очищаемом от сероводорода смеси газов, и хлорид-ионов в анодной области
Одновременно с этим, параллельно, на аноде окисляется хлорид-ион, находящийся в составе технологического раствора хлорида натрия:
Выделяющийся свободный хлор, обладая более положительным потенциалом (+1,38 В), чем сульфид-ион (-0,476 В), дополнительно химически окисляет сульфид-ионы до элементарной серы
[Краткий справочник физико-химических величин. Под ред. Мищенко К.П.. Из-во «Химия», Л. 1967 г].
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет за счет одновременного воздействия на очищаемый, растворенный в технологическом растворе, загрязненный сероводородом газ электрического тока, окисляющего на анодах сульфид-ионы, на которые диссоциирует при растворении, находящийся в газе сероводород, а также наличие в технологическом растворе хлорид-ионов, одновременно окисляющихся до атомарного хлора, позволяет одновременно химически доокислять сульфид-ионы с получением элементарной серы, тем самым повышая, по сравнению с прототипом, эффективность работы устройства, а за счет устранения агрессивного воздействия серной кислоты повышает его долговечность, а также снижает вредное воздействие на окружающую среду.
Устройство
Устройство выполнено в виде цилиндрического металлического корпуса 1 с конусообразной нижней частью 2, патрубком 3, установленным на боковой поверхности конусообразной части 2 корпуса 1, поступающей на очистку газовой сероводородсодержащей смеси, патрубком 4 очищенного от серы газа, расположенным в верхней части корпуса 1, и патрубком 5, снабженным запорным вентилем 6, сбора полученной в результате электрохимической очистки элементарной серы. Кроме этого, устройство снабжено системой, включающей трубопровод 7 с подающим насосом 8 для подачи очищаемой газожидкостной смеси, поступающей из нижней конусообразной части 2 устройства к форсункам 9, установленным в верхней части внутри корпуса 1. Помимо этого, система также содержит резервуар 10 с технологическим раствором, в качестве которого используется, например, раствор хлористого натрия. Резервуар 10 трубопроводом 11 через дроссельный вентиль 12 и подающий насос 8 соединен с трубопроводом 7. Внутри корпуса 1, являющегося одновременно катодом, жестко смонтирован пакет из перфорированных токопроводящих пластин 13, расположенных в горизонтальной плоскости, собранных с зазором между ними и выполненных из титановоокиснородиевых элементов, скрепленных между собой токопроводниками 14. Пакет из токопроводящих пластин 13 является анодом и изолирован от корпуса 1 посредством изоляторов 15. При этом зазоры между токопроводящими пластинами 13 заполнены углесодержащим материалом, например мелкодисперсным графитом. Устройство подключено к источнику постоянного тока 16, причем корпус устройства 1 к отрицательному полюсу, а пакет из перфорированных токопроводящих пластин 13 к положительному полюсу, а подающий насос 8 подключен к источнику переменного тока (на чертеже не показано).
Работа устройства.
Подвергаемый очистке газ через патрубок 3 поступает в нижнюю конусообразную часть 2 устройства 1, смешивается с находящимся там технологическим раствором, в качестве которого используется раствор хлористого натрия, который абсорбирует находящийся в газе сероводород и по трубопроводу 7 через подающий насос 8 поступает к форсункам 9 и распыляется внутри корпуса 1 и далее проходит через пакет анодных токопроводящих пластин 13, на которых происходит электрохимическое окисление сульфид-ионов и хлорид-ионов, образовавшихся в результате диссоциации сероводорода и хлорсодержащих соединений с образованием конечного продукта - элементарной серы, которая под действием вихревого потока собирается в придонной конусообразной части 2 устройства 1 и периодически выводится через патрубок 5. Для восполнения убыли технологического раствора хлорида натрия при работе устройства из резервуара 10 технологический раствор по трубопроводу 11 через подающий насос 8 подается к форсункам 9 внутрь устройства в зону действия электрохимических процессов. Технологический раствор, очищенный от сероводорода, заново вступает во взаимодействие с подаваемым в конусную часть 2 устройства 1, очищаемым от сероводорода, газом.
Для экспериментальной проверки заявленного технического решения использованы газовые смеси с различной концентрацией сероводорода, приведенные ниже в таблице.
3
3
В соответствии с результатами экспериментов (пример №5) при концентрации сероводорода в очищаемой газовой смеси 13,61 мг/м после прохождения процесса очистки в предлагаемом устройстве, концентрация сероводорода составила 0,02 мг/м. Отсюда следует, что предлагаемое устройство для очистки газовых смесей от сероводорода, по сравнению с устройством по прототипу, позволяет повысить эффективность работы на 99,97%, т.е. практически полностью очистить воздух от сероводорода, способствуя тем самым также снижению вредного воздействия на окружающую среду.