Выбросы сернистых соединений (H₂S, SO₂, меркаптанов) остаются острейшей экологической проблемой нефтеперерабатывающей, химической и энергетической отраслей. Существующие методы газоочистки обладают недостатками: высокие затраты, образование токсичных отходов, низкая эффективность при малых концентрациях, невозможность регенерации сорбента. В связи с ужесточением экологического законодательства (регламент IMO 2020, ограничения ЕС на сброс промывных вод) актуальна разработка эффективных систем с замкнутым водооборотным циклом и утилизацией серы в товарные продукты.
Исследование выполнялось в три этапа.
Первый этап — сравнительный анализ методов сероочистки: известковый, магнезитовый, цинковый, аммиачный, мышьяково-содовый, морской. Установлено, что наиболее перспективны регенеративные методы с получением товарных продуктов (гипс, серная кислота, элементарная сера). Морской метод экономически привлекателен, но экологически опасен из-за сброса кислой воды (pH 3,5–5,0).
Второй этап — экспериментальное исследование морского хемосорбционного метода на лабораторной установке. Определены оптимальные параметры: газожидкостное соотношение L/G = 2–5 л/м³, температура 20–30°С. Показано, что исходной щелочности морской воды (2,2 мг-экв/л) недостаточно; требуется рециркуляция и подщелачивание (NaOH или Ca(OH)₂). Обоснована необходимость замкнутого водооборотного цикла.
Третий этап — разработка регенеративной газофильтрационной установки кассетного типа с замкнутым водооборотным циклом и узлом утилизации гипса.
Установка выполнена в разборном корпусе из нержавеющей стали. Основные узлы:
Кассетный блок — плоские перфорированные кассеты из полипропилена, заполненные хемосорбентом (оксид цинка ZnO). Обеспечивает удельную поверхность контакта 200–500 м²/м³.
Система орошения — форсунки, подающие 10% суспензию Ca(OH)₂ (известковое молоко).
Бак и насосная станция регенерации — ёмкость из полипропилена, шламовый насос, перистальтический дозатор.
Каплеуловитель — жалюзийного типа из полипропилена, задерживает капли >10 мкм.
Замкнутый водооборотный цикл — отработанный раствор поступает в отстойник-нейтрализатор, где гипс отделяется, а осветлённая вода возвращается в бак регенерации.
Очистка: газ проходит через кассеты, H₂S и SO₂ хемосорбируются ZnO.
Регенерация: кассеты орошаются Ca(OH)₂, сульфиды и сульфаты вымываются, активность сорбента восстанавливается на 80–90%.
Таблица 1.
Технические характеристики
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Производительность по газу | 500 м³/ч (масштабируемая) |
| Эффективность очистки | 95–98% |
| Гидравлическое сопротивление | 200–400 Па (сухие), до 2000 Па (при орошении) |
| Ресурс до регенерации | 200–500 ч |
| Количество циклов регенерации | 50–100 |
| Срок службы кассет | 2–3 года |
Базовый расход регенерирующего раствора — 1,2–1,5 м³/ч (9600–12000 м³/год). При коэффициенте рециркуляции 75% потребление свежей воды сокращается до 3000–3500 м³/год. Экономия воды: 70–75%. Использование Ca(OH)₂ (45 USD/т) вместо NaOH (130 USD/т) дополнительно снижает затраты на 40%.
Производство товарного гипса
Выход гипса 4,0–4,5т на 1т уловленной серы. При концентрации H₂S 50–100 мг/м³ и производительности 500 м³/ч выход серы ~0,18 т/год, выход гипса ~0,7–1,2 т/год. При концентрации 200–300 мг/м³ выход гипса до 5 т/год. Чистота гипса 92–95% (CaSO₄·2H₂O), влажность 15–20%. Потенциальная выручка от реализации гипса — до 15 USD/т.
Экологический эффект при использовании газофильтрационной установки полностью исключает сброс кислых (pH 3,5–5,0) сульфидсодержащих стоков. Снижается кислотная нагрузка на очистных сооружениях и водоёмах.
Установка может использоваться для проектирования новых и модернизации существующих газоочистных систем на предприятиях нефтепереработки, химии, энергетики.
Внедрение позволяет перейти на практически безотходную технологию с получением вторичного ресурса (строительный гипс).
В ходе работы выполнен сравнительный анализ пяти промышленных методов сероочистки, выявлены преимущества регенеративных методов с получением товарных продуктов. Экспериментально подтверждена возможность очистки SO₂ морской водой, показана необходимость рециркуляции и подщелачивания.
Список литературы
- Пронин В.А., Мамченко В.О., Долговская О.В. и др. Очистка и дезодорация газовоздушных выбросов. — СПб: Университет ИТМО, 2022.
- Кормина Л.А., Лазуткина Ю.С. Технологии очистки газовых выбросов. — Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2019.
- Ветошкин А.Г. Процессы и аппараты газоочистки. — Пенза: Изд-во ПГУ, 2006.
- Соколов Е.Н. Адсорбция и хемосорбция газов: теория и практика. — М.: ИКЦ «Академкнига», 2021.
- Мазгаров А.М., Корнетова О.М. Технологии очистки попутного нефтяного газа от сероводорода. — Казань: Казан. ун-т, 2015.
