Дымовые газы, образующиеся в процессе сжигания сернистых топлив, содержат окислы серы при относительно невысокой концентрации (менее 0,3%). Удаление такого слабореакционного газа, каким является SО₂ при низких концентрациях, связано с необходимостью сооружения дорогостоящих очистительных устройств; стоимость установленного 1 кВт при этом может возрастать на 30—40%, а себестоимость вырабатываемой энергии может возрастать на 15—20%.

Простейшим и наиболее дешевым способом очистки является использование извести СаО или известняка СаСО₃ (рис. а).

Рис а. Известковый способ очистки дымовых газов от SО₂:

1 — абсорбер; 2 — фильтр; 3 — отстойник; 4 — аэратор; 5 — шламовый насос; 6— воздуходувка; 7 — очищаемые дыгловые газы; 8 — очищенные дымовые газы; 9 — речная вода; 10 — известковое молоко; 11 — ввод сернокислого марганца; 12 — сброс шлама; 13 — сброс очищенной воды в реку;

Очищаемый газ промывается в скруббере водой с добавкой известкового молока. С целью обеспечения возможности сброса отработавшей воды в реку перед отстойником добавляется раствор сернокислого марганца, который способствует образованию сульфата кальция. Окисление производится в отстойнике, куда подается воздух. Шлам из отстойника задерживается на фильтре. При очистке по этому способу не предусматривается получение продуктов, пригодных к реализации.

Значительное распространение имеет сульфитный способ очистки от окислов серы (рис. б), который происходит при низкой температуре (примерно 40 °С) по реакции

Na₂SО₃ + SО₂ + Н₂О = 2NaНSО₃.

Эта реакция обратима.

Рис б . Сульфитный способ очистки дымовых газов от SО₂: 

 1 — сажеуловитель; 2 — байпас; 3 — скруббер; 4 — подача щелочи; 5 —подача пара; 6 — кристаллизатор; 7 — возврат; 8 — сепаратор соли; 9 — конденсатор; 10 — SО₂ на производство Н₂SО₄; 11 — отбор соли; 12 — подача реагента на скруббер; 13 — емкость для приготовления реагента; 14 — установка для производства Н₂SО₄;

После очистки раствор сульфит-бисульфита натрия поступает в испаритель-кристаллизатор, где при нагреве его до 110°С происходит разложение бисульфита на сульфит натрия и двуокись серы (обратная реакция). Выпар, состоящий из смеси двуокиси серы с парами воды, охлаждается для конденсации паров воды и подается на компримирование в качестве товарного продукта.

Образовавшийся в виде кристаллов сульфит натрия окисляется до сульфата натрия и выводится из системы, другая часть в виде раствора направляется снова в абсорбер.

Степень очистки дымовых газов от SО₂ достигает при этом способе 90%.

Достаточно близким к сульфитному является аммиачно-циклический способ очистки дымовых газов от SО₂, при котором в газе, охлажденном до 30 — 35 °С, происходит реакция с раствором сульфита аммония:

SO₂ + (NH₄)₂SО₃ + Н₂O = 2МН₄НSО₃.

Полученный раствор бисульфита подается в регенератор, где подвергается нагреванию до кипения, вследствие чего реакция смещается влево с выделением SО₂ и сульфита аммония. После охлаждения раствор подается повторно для улавливания SО₂.

Рис в . Сухая очистка дымовых газов от SО₂ с помощью активированной окиси марганца :

 1 — адсорбер; 2 — отделитель пыли; 3 — регенератор; 4 — реактор для получения гипса.

Часть регенерированного раствора направляется на выпарку под вакуум; из раствора выделяется сульфат аммония, образовавшийся при частичном окислении SO₂ в SО₃.

Выделение других солей побочных реакций может быть осуществлено в автоклаве. При нагревании подаваемого в автоклав регенерированного раствора примерно до 140 °С происходит разложение сульфит-бисульфитных солей с образованием сульфата аммония и серы по реакции

(NН)₂SO₃ +  2МН₄НSO₃ = 2(NH)₂SО₄ + S + Н₂O.

Получаемая сера является дополнительным товарным продуктом этого способа.

Выбор типа сероулавливающей установки должен производиться на основании технико-экономического расчета. Сравниваемые варианты должны приводиться к одинаковой концентрации SО₂ на уровне дыхания. Если сравниваемые варианты дают разную степень очистки, приведение к одинаковой концентрации вредностей на уровне дыхания выполняется за счет различной высоты дымовых труб. Выбор варианта сероочистки для той или иной ТЭС зависит от большого количества параметров: концентрации SO₂ в дымовых газах, мощности ТЭС, характера нагрузки и других факторов и осуществляется по минимуму расчетных затрат.

В табл. 1 приводятся результаты, технико-экономического сравнения аммиачно-циклического и магнезитового способов очистки от сернистого ангидрида на ГРЭС мощностью 1200МВт, спроектированной для работы на низкокалорийном (Q_н^р = 10,9 МДж/кг) высокосернистом (S^Р  = 3,68%) буром угле. Степень улавливания SО₂ в обоих способах принята равной 94%. Температура поступающих на сероочистку газов равна 140°С, после сероочистки 28 °С. Исходная стоимость (без очистки) установленного 1 кВт — 150 руб., себестоимость электроэнергии 1 коп/(кВт-ч) в ценах 1990 года.

Таблица 1. Результаты технико-экономического сравнения способов очистки дымовых газов от сернистого ангидрида

Из таблицы видно, что даже с учетом реализации серной кислоты и других побочных химических продуктов увеличение капитальных затрат и стоимости энергии за счет сероочистки оказывается весьма высоким. Расчетные затраты у магнезитного способа оказываются несколько меньшими, что свидетельствует о большой его экономической эффективности для данных конкретных условий по сравнению с аммиачно-циклическим способом.

В таблице 2 приведены ориентировочные данные по экономической оценке глубокого обессеривания сернистой нефти до содержания серы в котельном топливе на уровне 0,5%.

Таблица 2. Экономическое сравнение различных способов снижения выбросов серы на ТЭС

* НПЗ — нефтеперерабатывающий завод.

При сухих способах сероочистки в качестве адсорбента применяются окиси алюминия, марганца, железа, калия, активированный уголь, полукокс.

На рис. в  показана схема сухой очистки дымовых газов от SО₂ активированной окисью марганца. Окись марганца получается путем обработки сульфата магния аммиаком по реакции

МnSО₄ + 2NН₃ + Н₂О + О₂ = МпО₂ + (МН₄)₂SO₄;

Тонко размолотая окись марганца подается в дымовые газы, где реагирует с SО₂ с образованием сульфата марганца. Часть абсорбента, выделенная в пылеуловителях, возвращается на очистку дымовых газов, другая идет на регенерацию. Образующийся при регенерации сульфат аммония может использоваться в качестве удобрения. Степень очистки от SО₂ по данному сухому способу составляет около 90%. Вследствие больших потерь адсорбента эксплуатационные затраты при сухих способах очистки обычно оказываются выше, чем при мокрых. В отличие от продуктов сгорания в котлах, где сера содержится в виде окислов SО₂ и SО₃, при переработке топлива с целью снижения содержания в нем серы как на нефтеперерабатывающих заводах, так и на теплоэлектрических станциях ТЭС обычно получается сероводород Н₂S.

Сероводород довольно хорошо абсорбируется. Эффективными абсорбентами являются моно- и диэтаноламины. При абсорбции сероводорода, идущей при температуре 30 — 50°С, происходит образование химических соединений по реакции

RNH₂ + Н₂S = RNH₂НS;

При температуре 105°С реакция идет в обратном направлении с образованием этаноламинов и выделением сероводорода. Регенерированный раствор направляется обратно в абсорбер. На рис. 4 показана схема очистки газа, содержащего Н₂S, моноэтаноламином. Извлечение из газа сероводорода и попутно некоторого количества двуокиси углерода происходит в противоточном абсорбере, где сорбент насыщается Н₂S и СО₂ и затем направляется в отгонную колонну, в которой производится регенерация раствора при кипении его в нижней части колонны. Эффективность очистки газа от сероводорода при таком способе может достигать 99%.

Рис. 4. Схема очистки горючего газа от Н₂S.

1 — абсорбер; 2 — отгонная колонна (десорбер); 3 — теплообменник; 4 — холодильник; 5 — конденсатор; 6 — паровой подогреватель; 7 — сепаратор; 8 — насос.

Абсорбция сероводорода может быть также проведена растворами солей щелочных металлов. Газ промывается раствором в противоточном абсорбере, где происходит реакция поглощения сероводорода. Регенерируется раствор продувкой сжатым воздухом. Подача воздуха приводит к понижению концентрации сероводорода в растворе. Некоторые преимущества имеет вакуумный вариант процесса. Полнота извлечения составляет около 90%. Имеется большое количество других способов мокрой очистки газов от сероводорода (фенолятный, гликольаминовый, фосфатный и др.).

Несмотря на простоту и эффективность мокрых способов очистки горючего газа от сероводорода, все они требуют охлаждения газа до комнатной температуры, что связано с дополнительными тепловыми потерями. Некоторые перспективы могут иметь при этом сухие способы очистки при высокой температуре газа. Для этого может быть использована железная руда. При контакте сероводорода гидроокись железа переходит в сульфид железа. Образующиеся ферросульфиды регенерируются потом в процессе выжига в  присутствии водяного пара с образованием элементарной серы. Поскольку содержание сероводорода H₂S в горючем газе достаточно велико, его улавливание происходит более эффективно, чем улавливание SO₂, большинство способов очистки газов от H₂S являются рентабельными.