Procédés de réduction du dioxyde de soufre
Cet article met en lumière les deux processus de réduction du dioxyde de soufre. Les processus d'abattement sont les suivants: 1. Processus à sec et 2. Processus humides.
Processus de réduction n ° 1. Procédés à sec:
Dans ces procédés, les gaz résiduaires contenant du SO 2 sont traités avec des produits chimiques en l’absence d’eau.
Processus de projection à sec - Processus calcaire / dolomite :
Dans ce processus, on injecte de la chaux ou de la poudre de dolomite dans une chambre de combustion dans laquelle les particules et les gaz de combustion s’écoulent à contre-courant. À une température de four élevée, le carbonate de calcium / magnésium se décompose en oxyde qui, à son tour, réagit avec le SO 2 présent dans les gaz de combustion pour former du sulfite et du sulfate. Les réactions globales peuvent être exprimées comme
2 CaCO 3 + 2 SO 2 + ½ O 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)
Le sulfite et le sulfate produits avec le CaO / MgO n'ayant pas réagi sont retirés du four et jetés. En raison d'un contact insuffisant entre CaO / MgO et les gaz de combustion, dans la plupart des cas, l'efficacité de l'élimination du SO 2 est faible, en dépit du fait que le carbonate est ajouté en quantité supérieure à la proportion stœchiométrique.
Certaines données de performance typiques sont:
Processus Dolomite:
Granulométrie optimale: 10-15 µm
Addition optimale de dolomite: 2, 5 fois la quantité stoechiométrique.
Efficacité d'élimination:
70% avec 250 ppm de SO 2
85% avec 130 ppm de SO 2
Processus de calcaire :
Addition optimale de calcaire: 10% du charbon
Efficacité d'élimination: 40-80% avec 550-890 ppm de SO 2
Une efficacité d'élimination plus élevée peut être obtenue lorsque du calcaire / dolomite est utilisé dans une chambre de combustion de charbon à lit fluidisé.
Bien que le procédé par voie sèche à base de calcaire / dolomite soit moins efficace que le procédé par voie humide à base de calcaire / calcaire, il présente les avantages suivants:
(i) les gaz de combustion peuvent être traités à une température élevée,
(ii) Aucune unité de traitement complexe n'est requise.
Ce procédé à sec a un avantage sur les processus de récupération à sec car ceux-ci subissent une perte excessive d'absorbant en raison de l'attrition et d'un coût d'investissement élevé en raison de la complexité des unités de régénération.
Processus de récupération à sec:
A. Procédé en oxyde métallique:
(i) Procédé d'activation de l'oxyde de manganèse:
Ce processus a été développé par Mitsubishi Heavy Industries. Il comprend les étapes suivantes:
Étape-I:
De l'oxyde de manganèse hydraté est mis en contact avec un gaz de combustion contenant du SO 2 simultanément, ce qui produit du sulfate de manganèse.
Mn 2 O 3 + 2 SO 2 + ½ O 2 -> 2 MnSO 4 ………………………………… (5.3)
Étape-ll:
Le sulfate de manganèse ainsi produit est mis à réagir dans un récipient séparé avec de l'ammoniac aqueux et de l'air, ce qui permet de produire du sulfate d'ammonium et de précipiter l'oxyde de manganèse.
2MnSO 4 + 4 NH 4 OH + ½ O 2 -> 2 (NH4) 2 SO 4 + Mn 2 O 3 + 2 H 2 O ………………………………… (5.4)
Étape III:
La boue produite est filtrée. L'oxyde de manganèse est séché et recyclé. La solution de sulfate d'ammonium est concentrée et les cristaux de sulfate d'ammonium résultants sont commercialisés.
L'efficacité d'élimination du SO 2 de ce processus peut être d'environ 90%.
ii) procédé à l'oxyde de cuivre :
Dans ce processus, les pastilles d'oxyde de cuivre sur support d'alumine réagissent avec le SO 2 et l'O 2 présents dans un gaz de combustion pour produire du CuSO 4 à environ 400 ° C.
CuSO4 est ensuite réduit avec de l’hydrogène ou du méthane à environ 400 ° C, la réaction étant
L'utilisation de méthane peut entraîner un dépôt de coke et, par conséquent, un colmatage du lit.
Dans l'étape suivante, le cuivre est oxydé avec de l'air et le réacteur est mis en ligne.
Le SO 2 produit peut être converti en acide sulfurique ou en soufre élémentaire.
Comme le processus fonctionne par cycle, il faut au moins deux réacteurs.
Le processus semble être prometteur. Cependant, cela nécessite des réacteurs coûteux et une grande quantité de gaz réducteur (H 2 / CH 4 ).
(iii) Procédé d'alumine alcaline:
Ce procédé est mis en oeuvre en mettant en contact à l’inverse des pastilles d’oxyde d’aluminium et de sodium d’environ 1, 60 mm de diamètre avec des gaz de combustion contenant du SO 2 à environ 330 ° C, ce qui entraîne la formation de sulfate d’aluminium et de sodium.
Les pastilles de sulfate d’aluminium et de sodium sont ensuite réduites dans une autre tour à contre-courant de H et de CO à environ 650 ° C pour régénérer l’oxyde d’aluminium et de sodium et produire de l’H 2 S. Le H 2 S ainsi produit est ensuite traité pour la récupération du soufre.
Ce processus peut avoir une efficacité d'élimination du SO 2 d'environ 90%. Cependant, le principal problème rencontré dans ce processus est l’attrition des pellets, ce qui entraîne leur perte. Cette perte affecte négativement les aspects économiques du processus. Il n'a pas encore trouvé d'application commerciale.
B. Procédés au charbon actif:
(i) processus de réintroduction:
Ce processus est effectué en deux étapes. Dans la première étape, un gaz de combustion contenant du SO 2 est adsorbé sur un lit en mouvement de particules de charbon actif à environ 150-200 ° C. L'absorbeur est utilisé à contre-courant. Les particules de charbon actif utilisées dans ce processus sont produites par carbonisation sous vide de tourbe ou d'un matériau similaire. La clé du potentiel économique de ce processus réside dans la disponibilité d'un adsorbant à faible coût.
Au cours du processus d'adsorption, la réaction suivante a lieu sur la surface de l'adsorbant:
Dans la seconde étape, les particules de carbone chargées en acide sulfurique sortant de l'adsorbeur sont traitées en vue de la récupération de H 2 SO 4 tel quel ou sous forme de SO 2 . Les particules de carbone régénérées sont recyclées dans l'adsorbeur.
Il existe deux procédés alternatifs pour récupérer les composés soufrés des particules de carbone chargées:
(a) Laver les particules de carbone avec de l'eau. Ceci aboutit à la production d'une solution diluée d'acide sulfurique. Les particules de carbone humides sont séchées et recyclées. L'inconvénient de ce procédé est constitué par les difficultés rencontrées dans le stockage, le transport et la commercialisation de la solution diluée d'acide sulfurique.
(b) Chauffer les particules de carbone chargées d'acide sulfurique à environ 380-450 ° C. En chauffant, le SO 2 produit du CO 2, du CO et de l’H 2 O et les particules de carbone sont réactivées. Le gaz produit contient environ 10 à 15% de SO 2 qui peut être utilisé pour produire de l'acide sulfurique. Les particules de carbone régénérées sont recyclées dans l'adsorbeur.
L'efficacité d'élimination du procédé Reinluft est d'environ 90%.
(ii) Processus Westvaco :
Le processus Westvaco utilise des particules de charbon actif dans un lit en mouvement. Le produit intermédiaire formé au cours du processus est l'acide sulfurique, mais le soufre est finalement récupéré sous forme de soufre élémentaire.
Le processus se déroule selon les étapes suivantes.
Étape-I:
Le SO 2, l'O 2 et l'humidité présents dans les gaz de combustion se combinent pour former de l'acide sulfurique sur des particules de charbon actif.
Étape-ll:
L'acide sulfurique adsorbé est mis à réagir avec H, S pour produire du soufre élémentaire à la surface des particules de carbone.
Étape III:
Les particules de carbone contenant des particules de soufre élémentaire sont chauffées pour produire de la vapeur de soufre, qui est condensée et collectée sous forme de soufre fondu.
Étape IV:
Le soufre résiduel présent sur les particules de carbone est converti en H2S en réagissant avec de l'hydrogène (H2) et en réactivant ainsi les particules de carbone. L'H2S généré est utilisé à l'étape II et les particules de carbone sont réutilisées. Ce processus a été exploité à une échelle pilote. L'efficacité d'élimination du SO 2 rapportée est de 90%. Il a été prétendu qu'une efficacité d'élimination de 99% peut être obtenue en utilisant un lit de carbone plus profond.
Les inconvénients du processus sont les suivants:
i) La taille de la cuve requise pour contenir les particules de carbone est importante et la perte de charge sur le lit est importante;
(ii) La quantité d'hydrogène nécessaire pour éliminer le soufre résiduel (étape IV) est beaucoup plus élevée que la quantité stoechiométrique.
C. procédé au carbonate fondu:
Le procédé de carbonate fondu d'Atomics International utilise une masse fondue eutectique contenant 32% en poids de Li 2 CO 3, 33% de Na 2 CO 3 et 35% de K 2 CO 3 pour absorber le SO 2 d'un gaz résiduaire à environ 450 ° C. L’efficacité d’élimination de SO 2 de ce procédé s’est avérée d’environ 99% pour un gaz entrant contenant 0, 1 à 3% de SO 2 .
Les réactions peuvent être exprimées comme suit:
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 masse fondue chargée est ensuite réduite avec un mélange de H et de CO, ce qui produit un courant de gaz contenant de l'H2S, du CO et de l'H20 avec des carbonates régénérés. Le processus de régénération est effectué à environ 525 ° C. Un autre procédé consiste à réduire la fusion sulfite-sulfate en sulfure avec du carbone et de l'air à environ 750 ° C. La fonte sulfure-carbonate est en outre mise à réagir avec de la vapeur et du CO 2 à environ 450 ° C, ce qui entraîne la formation de H 2 S et de la fonte carbonatée.
L'H 2 S produit peut être utilisé soit pour la production d'acide sulfurique, soit pour la production de soufre élémentaire. Bien que le fonctionnement d’une unité intégrée complète utilisant ce processus n’ait pas encore été entrepris, le processus présente un intérêt en raison de la technologie unique impliquée. Ce procédé peut être utilisé pour récupérer le soufre à partir de gaz de cheminée sans poussière.
Processus d'abattement n ° 2. Processus humides:
Ces procédés sont réalisés en épurant les gaz résiduaires contenant du SO 2 soit avec une suspension aqueuse soit avec une solution aqueuse.
Procédés jetables humides:
A. Procédés à base de chaux / calcaire:
(i) Procédés conventionnels:
Dans ce procédé, un courant de gaz de combustion débarrassé des particules en suspension est lavé avec une suspension aqueuse de chaux en poudre / calcaire ayant une teneur en poids de 5-10%. L'efficacité d'élimination de SO 2 de ce processus est d'environ 80 à 95%.
Bien que le calcaire soit beaucoup moins cher que la chaux, pour certaines applications, la chaux est préférée en raison de sa réactivité supérieure. Le gaz épuré est réchauffé avant d'être rejeté dans l'atmosphère par le biais d'une cheminée.
La suspension usée du fond de l’épurateur est introduite dans un réservoir de recirculation d'où une partie est renvoyée à l'épurateur avec de l'eau d'appoint et de la poudre de chaux / calcaire fraîchement ajoutée. La partie restante est déversée dans un bassin de décantation. Les boues décantées du bassin sont rejetées et le liquide surnageant est recyclé dans le laveur avec la suspension aqueuse. Dans l’épurateur sont principalement produits du bisulfite et du bi-sulfate. Celles-ci subissent d'autres réactions dans le réservoir de recirculation / à retardement.
Les réactions se déroulant dans le laveur sont les suivantes:
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)
Dans le réservoir de recirculation / à retardement, les réactions se produisant peuvent être résumées comme suit:
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)
Le calcaire de qualité chimique contenant 95% ou plus de CaCO 3 convient le mieux à ce procédé. La dolomie étant relativement inerte, elle ne convient pas à ce processus. Pour le procédé à base de calcaire, le rapport de masse L / G doit dépasser 65, mais pour le procédé à base de chaux, le rapport de masse L / G autour de 35 s'est avéré adéquat. Pour l'élimination, le rapport chaux / SO 2 requis est d'environ 1, 05 à 1, 15 fois la proportion stœchiométrique en raison de sa réactivité supérieure, tandis que pour le calcaire, il est d'environ 1, 25 à 1, 6.
Le calcaire est meilleur marché que le calcaire, mais un laveur à base de calcaire aurait une taille supérieure à celle d'un laveur à base de chaux en raison du rapport L / G plus élevé du premier. Le procédé au calcaire serait économique pour une grande installation, tandis que le procédé à la chaux serait plus économique pour une petite installation
L'utilisation d'un laveur à pH faible (pH non inférieur à 5) favorise la formation de dépôts calcaires durs au sulfate de calcium (dans les laveurs et les systèmes de recirculation), tandis que l'utilisation d'un pH plus élevé (pH du laveur influent supérieur à 8) favorise la formation de particules de sulfite de calcium tendres .
Le pH optimal pour un système calcaire se situe entre 5, 8 et 6. Pour un système calcaire, un pH légèrement acide convient mieux. La réaction entre la chaux et le CO 2 dans les gaz de combustion entraîne une précipitation de CaCO 3 supérieure à pH 6, 7, ce qui entraîne une consommation plus élevée de chaux. Par conséquent, le pH d'un système à base de chaux ne devrait pas dépasser 6, 7.
Le temps de séjour dans un réservoir de recirculation est d'environ 10 minutes pour un système calcaire et d'environ 5 minutes pour un système à la chaux.
Le tableau 5.1 présente la composition approximative des boues d’un système calcaire et celle d’un système à base de chaux.
ii) Processus Chiyoda Pur-sang 121 :
La boue de calcaire est utilisée comme absorbant dans ce processus. Cependant, il diffère du procédé de calcaire conventionnel à trois égards, à savoir (1) le pH absorbant. (2) la conception du réacteur et (3) l'introduction d'air dans la partie inférieure du réacteur. L'air est utilisé pour l'oxydation du SO 2 en SO 3 .
Le pH maintenu dans ce processus est d'environ 4 à 5; en conséquence, le sulfite formé est oxydé en sulfate. Le procédé est mis en oeuvre dans un réacteur unique de type spécial appelé réacteur à bullage. Comme le processus produit du gypse comme produit final, il n’est pas nécessaire de recycler le liquide.
Un fonctionnement sans problème et une efficacité d'élimination du SO 2 allant de 97 à 99% avec une concentration de SO 2 dans les gaz de combustion allant de 1 000 à 2 000 ppm ont été rapportés. Une utilisation élevée de calcaire et une teneur élevée en gypse dans les boues ont été observées.
La réaction globale peut être résumée comme suit:
CaCO 3 + SO 2 + 1/2 O 2 + 2 H 2 O -> Ca SO 4 . 2H 2 O + CO 2 ………… .. (5.19)
(iii) procédé à double alcali :
Dans ce processus, un gaz de combustion est traité avec une solution de sulfite de sodium, qui absorbe le SO 2 .
La réaction majeure peut être exprimée comme suit:
Na 2 SO 3 + SO 2 + H 2 O -> 2 Na H SO 3 ……………… .. (5.20)
Les autres produits chimiques présents dans la solution usée peuvent être le sulfite de sodium, le sulfate de sodium et le carbonate de sodium. Une partie de la liqueur usée est recyclée dans l'absorbeur. L'autre partie est traitée avec de la chaux ou de la poudre de calcaire.
Les produits de la réaction sont du sulfite et du sulfate de calcium insolubles, du sulfite de sodium soluble (et de l'hydroxyde). Le précipité est épaissi dans un colon. La boue est filtrée et le gâteau est lavé. La liqueur limpide issue des opérations de décantation et de filtration ainsi que le carbonate de sodium d'appoint sont renvoyés à l'absorbeur.
Deux études de coûts indépendantes ont montré que le coût d'installation et d'exploitation d'un système de double alcali est inférieur à celui d'un système d'épuration de boues de calcaire pour le traitement d'un gaz de combustion à teneur en soufre relativement élevée.
(iv) Processus acide dilué:
Ce processus est une alternative au processus de double alcali. Dans ce processus, le SO 2 est absorbé dans une solution diluée d’acide sulfurique (2-3% H 2 SO 4 ) avec du fer comme catalyseur.
Les réactions qui se produisent sont:
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)
L'acide sulfurique ainsi produit est mis à réagir avec du calcaire pour précipiter le gypse.
L’efficacité d’élimination de SO 2 de ce procédé serait d’environ 90%.
B. Procédé à base de métal alcalin :
Il s’agit également d’un processus de mise au rebut dans lequel ni la chaux ni le calcaire ne sont utilisés directement ou indirectement. Il convient au traitement d'un courant de gaz de combustion relativement petit contenant du SO 2 . L'alcali utilisé pour le lavage est l'hydroxyde de sodium ou le carbonate.
Dans ce processus, un flux de gaz de combustion est d'abord refroidi en le faisant passer dans un laveur à venturi. Ensuite, le gaz nettoyé et refroidi est lavé avec une solution alcaline dans une colonne à un seul plateau perforé. Enfin, le gaz traité est réchauffé en ajoutant de l'air chaud et rejeté dans l'atmosphère par le biais d'une cheminée.
Le laveur à venturi est alimenté avec une solution recyclée, tandis que la colonne à plateaux perforés est alimentée avec une solution alcaline fraîche.
L'avantage de ce processus est son faible coût en capital. Toutefois, le coût total d’exploitation lié au coût des produits chimiques et au coût de l’élimination de l’alcool usé est supérieur au faible coût en capital. L’efficacité déclarée d’élimination de SO 2 de ce processus est d’environ 85%
Processus de récupération humide:
A. Procédés oxydes / hydroxydes métalliques:
i) procédé à l'oxyde de magnésium :
Ce processus se déroule en trois étapes.
Étape-I:
Dans la première étape, un courant de gaz contenant du SO 2 préalablement nettoyé est lavé avec une suspension aqueuse de magnésie.
Les réactions résultantes sont:
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)
Étape-ll:
Au cours de cette étape, une partie de la suspension de sulfate de magnésium et de magnésie non transformée est recyclée dans l'épurateur mélangé avec de la magnésie de complément et de l'eau. L'autre partie de la suspension est filtrée et le gâteau est séché.
Étape III :
Dans la troisième étape, le gâteau séché est mélangé avec du coke et calciné dans un four à environ 850-900 ° C.
Pendant la calcination, les réactions suivantes ont lieu:
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)
Le MgO régénéré est recyclé dans l'épurateur et le SO 2 produit est utilisé pour la production d'acide sulfurique.
L'efficacité d'élimination du SO 2 de l'usine de PECO à Craumby Unit 1 serait de 96 à 98%.
ii) Procédé d'oxy-hydroxyde de manganèse Mitsubishi :
Ce processus consiste à épurer un gaz résiduaire préalablement nettoyé contenant du SO 2 avec une suspension à trois pour cent d'oxy-hydroxyde de manganèse, le sulfite et le sulfate de manganèse étant produits comme indiqué ci-dessous.
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 suspension de la sortie de l'épurateur réagit avec de l'ammoniac et de l'oxygène, ce qui entraîne la formation d'une solution de sulfate d'ammonium et de particules régénérées de Mn (OH) 2 . La suspension est filtrée pour séparer le Mn (OH) 2, qui est recyclé dans l'épurateur. La solution de sulfate d'ammonium est concentrée pour cristalliser le (NH 4 ) 2 SO 4, qui est commercialisé.
MnSO 3 + 2 NH 4 OH + ½ O 2 ——> Mn (OH) 2 + (NH 4 ) 2 SO 4 (5.32)
MnSO 4 + 2 NH 4 OH -> Mn (OH) 2 + (NH 4 ) 2 SO 4 (5.33)
L'efficacité d'élimination du SO 2 de ce processus peut être d'environ 97%.
B. Procédé au charbon actif (sulfure de Lurgi) :
Le procédé Lurgi Sulphacid est réalisé en faisant passer un gaz résiduaire contenant environ 0, 1 à 1, 5% de SO 2 à travers un lit de charbon actif. Le lit de carbone catalyse l'oxydation de SO 2 en SO 3, qui réagit avec l'eau pulvérisée sur le lit.
Une solution d'acide sulfurique diluée ayant une concentration de 10-15% de H2S04 est produite. L'acide dilué est concentré à environ 60-70% en utilisant la chaleur du gaz entrant (190-210 ° C), en refroidissant ainsi le gaz à 40-50 ° C avant son entrée dans le lit de carbone. Le gaz sortant du lit de carbone est réchauffé avant d'être éliminé par la cheminée.
L'efficacité d'élimination du SO 2 de ce processus est d'environ 95%.
C. Processus de citrate:
Ce processus repose sur le fait que la solubilité du SO 2 dans l’eau est faible mais qu’elle augmente considérablement lorsque l’eau est tamponnée au citrate de sodium. La réaction de base qui se produit au cours du processus est la suivante:
SO 2 + H 2 O --—> H 2 SO 3 ……………… .. (5.34)
Lors de l'absorption de SO 2 dans une solution tamponnée de citrate, une partie du SO 2 peut s'oxyder en SO 3, lequel est ensuite converti en H 2 SO 4 . Pour supprimer la réaction d'oxydation, du thiosulfate est ajouté à la solution de lavage. La solution d’acide sulfureux (H 2 SO 3 ) ainsi produite est ensuite mise à réagir avec du H 2 S, ce qui entraîne la formation de soufre élémentaire. Le soufre élémentaire est séparé de la solution par flottation. La solution est recyclée dans le laveur.
Ce procédé a été mis au point par le Centre de recherche sur la métallurgie de Salt Lake City du US Bureau of Mines pour la récupération du SO 2 des gaz de fonderie. Par la suite, des essais à l’échelle d’une usine pilote ont été menés sur le gaz de cheminée de chaudière à charbon. Les résultats des essais sur les gaz de fonderie et de chaudière se sont révélés prometteurs. L'efficacité d'élimination du soufre a été rapportée entre 95 et 97%.
D. Procédé de sulfidine :
Le procédé de sulfidine utilise un mélange de xylidine et d’eau ayant un rapport approximatif de 1: 1 comme liquide de lavage. La xylidine et l'eau ne sont pas miscibles, mais lorsque du SO 2 réagit avec la xylidine, le système devient miscible.
Le processus est effectué dans un ensemble de deux absorbeurs fonctionnant à contre-courant en série. Du gaz porteur de SO 2 exempt de poussière est introduit au bas du premier absorbeur au sommet duquel le courant liquide sortant du second absorbeur est alimenté. Le gaz quittant le premier absorbeur est introduit au bas du deuxième absorbeur, qui est lavé avec un mélange récupéré de xylidine et d'eau.
Le gaz épuré sortant du deuxième absorbeur est en outre épuré avec de l'acide sulfurique dilué pour récupérer les vapeurs de xylidine avant de purger enfin le gaz traité. La liqueur quittant le premier absorbeur est thermiquement séparée indirectement pour récupérer le SO 2 . Le gaz provenant de l'extracteur contenant de la xylidine et de la vapeur d'eau en plus du SO2 est passé dans un condenseur plus froid pour la condensation de la xylidine et de l'eau. Le gaz (principalement le SO 2 ) est ensuite lavé à l’eau pour permettre la récupération des vapeurs de xylidine.
Le courant liquide sortant du séparateur thermique est refroidi et mélangé avec:
(1) le liquide du refroidisseur-condenseur,
(2) le liquide de la colonne de lavage à l'eau, et
(3) Le liquide de l'épurateur d'acide sulfurique dilué.
Une partie de la couche aqueuse de ce mélange est jetée de manière à avoir un mélange xylidine-eau ayant un rapport de 1: 1 dans le courant restant. Ce flux est réintroduit dans le deuxième absorbeur en tant qu'absorbant. De temps en temps, une solution aqueuse de carbonate de sodium est ajoutée au flux de recyclage de manière à ce que le sulfate de xylidine présent dans le flux soit converti en xylidine. Ce procédé n’est pas économique lorsque la teneur en SO 2 d’un gaz résiduaire est faible en raison de la perte de xylidine.
E. Processus de diméthylaniline (ASARCO) :
AS ARCO Process est meilleur que le procédé Sulphidine en ce sens qu'il peut traiter un gaz résiduaire ayant une teneur en SO 2 de 3, 5% ou plus.
Un gaz résiduaire contenant du SO 2 est d'abord lavé avec de la diméthylaniline, puis avec une solution de carbonate de sodium pour éliminer les traces de SO 2 du gaz traité. Enfin, les gaz d'échappement sont lavés avec de l'acide sulfurique dilué pour éliminer la diméthylaniline avant de les purger à travers une cheminée.
La diméthylaniline riche en SO 2 est extraite à la vapeur pour récupérer le SO 2 . Le mélange vapeur de SO 2 résultant est lavé avec de l'acide sulfurique afin d'obtenir du SO 2 sec. Le SO 2 récupéré peut être liquéfié ou converti en acide sulfurique. Une récupération de SO 2 pouvant atteindre 99% a été rapportée. La diméthylaniline régénérée est recyclée dans l’épurateur. Les avantages de ce procédé par rapport au procédé à la sulfidine sont les suivants: faible perte de réactif, faible consommation de vapeur et moins de main-d’œuvre.
F. Processus d'ammoniac (COMINCO) :
Ce processus est effectué en deux étapes. Dans la première étape, le SO 2 est éliminé des gaz résiduaires des installations de torréfaction par épuration à l'aide d'une solution aqueuse d'ammoniac, ce qui permet de produire du bi-sulfite d'ammonium:
NH 4 OH + SO 2 ——> NH 4 (HSO 3 ) ………………. (5.35)
Dans la deuxième étape, la solution de bisulfite est traitée avec de l'acide sulfurique. Le mélange résultant est épuré à l'air. La solution épurée à l'air contient du sulfate d'ammonium alors que le flux gazeux contient du SO 2, de l'air et de l'humidité.
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 + air ——> (NH 4 ) 2 SO 4 + 2 SO 2 + 2 H 2 O + air ………… .. (5.37)
La solution de sulfate d'ammonium est concentrée pour produire des cristaux de sulfate d'ammonium. Le mélange gazeux SO 2 -air après séchage est utilisé pour produire de l’acide sulfurique.
On a observé que l’efficacité de l’élimination du SO 2 variait de 85 à 97%.
Les principaux facteurs dont dépend l'efficacité de l'élimination sont les suivants:
(i) hauteur du lit garni,
(ii) température de fonctionnement, et
(iii) Rapport massique liquide / gaz (L / G) dans l'absorbeur.
G. Sulfite de sodium (Wellman-Lord) Processus :
À l'origine, ce processus était basé sur le cycle sulfite de potassium-bi-sulfite. Cependant, on utilise actuellement des sels de sodium moins coûteux. Dans ce processus, un flux de gaz résiduaire contenant du SO 2 est lavé avec une solution de sulfite de sodium, ce qui entraîne la formation de bi-sulfite de sodium. La réaction peut se résumer à
Na 2 SO 3 + SO 2 + H 2 O --—> 2 NaHSO 3 …………. (5.38)
La solution bi-sulfite ainsi formée est concentrée dans un évaporateur à circulation forcée sous vide. La solution concentrée est ensuite soumise à un entraînement à la vapeur à une température plus élevée, ce qui provoque la décomposition du bi-sulfite en sulfite. Le sulfite de sodium ainsi produit cristallise à partir de la solution. La réaction peut être exprimée par:
2 NaHSO 3 ——> Na 2 SO 3 + SO 2 + H 2 O ……… .. (5.39)
Les cristaux de Na 2 SO 3 sont séparés, dissous et la solution est renvoyée dans l'absorbeur. Le SO 2 humide est séché et envoyé à une usine d’acide sulfurique.
L'efficacité d'élimination moyenne du SO a été observée à environ 91%.
Procédé à l'hydroxyde de sodium :
Le lavage d'un gaz de combustion contenant du SO 2 avec une solution d'hydroxyde de sodium entraîne la formation de bisulfite et de sulfite.
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 solution de sulfite de sodium et de bisulfite de sodium est ensuite traitée avec de la poussière d’oxyde de zinc (ZnO), ce qui provoque la précipitation de ZnSO 3 et la régénération d’une solution de NaOH. La solution de NaOH est recyclée dans l’absorbeur.
Le Zn SO 3 précipité est grillé après séchage.
Zn SO 3 ——> ZnO + SO 2 ……………… .. (5.44)
Le ZnO est réutilisé et le SO 2 est envoyé dans une usine d’acide sulfurique.
I. Processus Biologique :
Ce procédé a été développé conjointement par Monsanto Enviro-Chem System et le système UOP pour le traitement des gaz d'échappement de FCC contenant N 2, O 2, H 2 O, CO 2, CO 2, CO x, SO x et NO x, ainsi que de certaines particules de poussière de catalyseur. La plage de concentration en SO x était comprise entre 250 et 2300 ppm et celle en NO x d’ environ 200 ppm dans le gaz.
Le procédé consiste à épurer les gaz d'échappement dans un épurateur humide à jet inverse avec une solution de NaHCO 3 . La réaction majeure qui se produit pendant le lavage est
Na HCO 3 + SO 2 —–> Na HSO 3 + CO 2 ……………… .. (5.45)
Certains bi-sulfites de sodium peuvent être oxydés en Na 2 SO 4 en raison de la présence d'oxygène dans le gaz traité. Le mélange gaz-liquide contenant des particules solides se sépare en deux flux dans un récipient adjacent. Le gaz sort par le haut du récipient et le liquide s'écoule dans un puisard. Le liquide du puisard après filtration est principalement recyclé dans l’épurateur tandis qu’une partie est acheminée vers un bioréacteur anaérobie.
Dans le bioréacteur, les sulfites et sulfates sont réduits soit en bi-sulfure de sodium avec un apport limité en agent réducteur approprié, soit en H 2 S lorsqu'une plus grande quantité de l'agent réducteur est utilisée. L'agent réducteur peut être un gaz hydrogène de basse pureté ou de l'éthanol ou du méthanol. L'éthanol ou le méthanol peuvent être utilisés comme source de carbone pour les micro-organismes.
Dans le réacteur anaérobie, les réactions en cours sont:
(I) avec une quantité limitée d'un agent réducteur
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) avec une offre plus importante d'un agent réducteur:
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)
Lorsque du H2S mélangé à du CO2 est produit, le gaz est conduit dans un absorbeur d'amine ou dans une autre unité de récupération du soufre. Le liquide contenant du NaHCO 3 provenant de la sortie du réacteur anaérobie est recyclé vers l’absorbeur.
Toutefois, si du NaHS est présent dans l'effluent du réacteur anaérobie, il est envoyé dans un réacteur aérobie pour la régénération de NaHCO 3 et la production de soufre élémentaire selon la réaction:
NaHS + ½ O 2 + CO 2 —–> NaHCO 3 + S ……………… .. (5.50)
La suspension contenant du soufre élémentaire est filtrée et le filtrat contenant NaHC03 est recyclé dans le laveur.
L'efficacité globale d'élimination du soufre de l'ensemble du processus peut atteindre 98%.
