Способы очистки газовых выбросов

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Системы и методы очистки вредных выбросов, применяемые в зависимости от агрегатного состояния загрязнителей воздуха, представлены на рисунке 1.

Рис 1. Системы и методы очистки вредных выбросов

очистка выброс загрязнитель хемосорбент

При повышенном содержании пыли в воздухе используют пылеуловители и электрофильтры. Фильтры применяют для тонкой очистки воздуха с концентрацией примесей менее 100 мг/м3.

Для очистки воздуха от туманов (например, кислот, щелочей, масел и других жидкостей) используют системы фильтров, называемых туманоуловителями.

Средства защиты воздуха от газообразных примесей зависят от выбранного метода очистки. По характеру протекания физико-химических процессов выделяют метод абсорбции (промывка выбросов растворителями примеси), хемосорбции (промывка выбросов растворами реагентов, связывающих примеси химически), адсорбции (поглощение газообразных примесей за счет катализаторов) и термической нейтрализации.

Метод абсорбции

Метод абсорбции заключается в разделении газовоздушной смеси на составные части путем поглощения одного или нескольких газовых компонентов поглотителем (абсорбентом) с образованием раствора. Состав абсорбента выбирается из условия растворения в нем поглощаемого газа. Например, для удаления из технологических выбросов таких газов, как аммиак, хлористый водород и др., целесообразно применять в качестве поглотительной жидкости воду, для улавливания водяных паров - серную кислоту, а для ароматических углеводородов из коксового газа - вязкие масла.

Установки, реализующие метод абсорбции, называются абсорберами. В них жидкость дробится на мелкие капли для обеспечения большего контакта с газовой средой.

В зависимости от конкретных задач применяются абсорберы различных конструкций: пленочные, насадочные, трубчатые и др. Наибольшее распространение получили скрубберы, представляющие собой химически инертную насадку, размещенную в полости вертикальной колонны (рис. 2).

Рис. 2. Орошаемый скруббер-абсорбер с насадкой:

1 - химически инертная насадка; 2 - разбрызгиватели

В орошаемом скруббере-абсорбере насадки размещают в плоскости вертикальной колонны. В качестве насадок используют кольца с перфорированными стенками, изготавливаемыми из металла, керамики, пластмассы и других материалов с высокой коррозионной устойчивостью. Орошение абсорбента осуществляется через разбрызгиватели. Загрязненный газ поступает снизу и направляется вверх, подвергаясь непрерывной очистке.

Скорость абсорбции зависит главным образом от температуры и давления. Все аппараты жидкостной абсорбции делятся на три типа: колонные, тарельчатые и насадочные.

Метод хемосорбции

Метод хемосорбции основан на поглощении газов и паров твердыми или жидкими поглотителями с образованием малолетучих или малорастворимых химических соединений. Большинство реакций, протекающих в процессе хемосорбции, являются экзотермическими и обратимыми, поэтому при повышении температуры раствора образующееся химическое соединение разлагается с выделением исходных элементов.

Поглотительная способность хемосорбента почти не зависит от давления, поэтому хемосорбция более выгодна при небольшой концентрации вредных примесей в отходящих газах.

Примером хемосорбции может служить очистка газовоздушной смеси от сероводорода путем применения мышьяковощелочного, этаноламинового и других растворов. При мышьяковощелочном методе извлекаемый из отходящего газа сероводород связывается оксисульфомышьяковой солью, находящейся в водном растворе по реакции:

Na4 As2 S2 O5 + H2 S = Na4 As2 S6 O + H2 O (1.5)

Регенерация раствора производится окислением образовавшегося продукта кислородом, содержащимся в очищаемом воздухе:

Na4As2S6O + 1/2О2 = Na4As2S5O2 + Sv (1.6)

В этом случае в качестве побочного продукта получается сера.

Основным видом аппаратуры для реализации процессов хемосорбции служат насадочные башни, пенные и барботажные скрубберы, распылительные аппараты типа труб Вентури и аппараты с различными механическими распылителями. В промышленности распространены аппараты с подвижной насадкой, к достоинствам которых относятся высокая эффективность разделения при умеренном гидравлическом сопротивлении, а также большая пропускная способность по газу.

На рис. 3 показана принципиальная схема скруббера с подвижной насадкой. В верхней части аппарата установлен ороситель 1, под ним размещены верхняя 2 и нижняя опорная 5 ограничительные решетки, между которыми находится подвижная насадка. К опорной решетке меньшим основанием прикреплен расширяющийся усеченный кольцевой элемент 4, делящий пространство опорной решетки на кольцевую 3 и центральную 6 зоны. В качестве насадочных тел используют полые, сплошные и перфорированные шары, а также кольца, полукольца, кубики, скрещенные сплошные и перфорированные диски.

Рис. 3. Скруббер с подвижной насадкой

Обрабатываемый газ подается в аппарат под опорную решетку и делится на два потока: центральный и кольцевой. При прохождении кольцевой зоны поток газа сужается, увеличивает скорость движения, вступает в контакт с прижимаемыми к стенке элементами подвижной насадки и перемещает их от стенки в центральный поток. Насадка совершает пульсационное движение в центральном и прилегающем к стенке аппарата потоках, турбулизирует взаимодействующие фазы и обеспечивает высокую эффективность обработки газа жидкостью. В тех случаях, когда в результате процесса выпадает осадок, подвижная насадка удаляет его со стенок корпуса аппарата или опорной решетки.

Установки для хемосорбции внешне напоминают используемые при методе абсорбции. Оба эти метода называют мокрыми и в зависимости от очищаемого компонента и применяемого растворителя или поглотителя их эффективность может достигать 0,75-0,92. Основной недостаток мокрых методов состоит в том, что перед очисткой и после ее осуществления сильно понижается температура газов, что приводит в конечном итоге к снижению эффективности рассеивания остаточных газов в атмосфере. Кроме того, оборудование мокрых методов очистки громоздко и требует создания системы жидкостного орошения. В процессе работы абсорбционных аппаратов образуется большое количество отходов, представляющих смесь пыли, растворителя и продуктов поглощения. В связи с этим возникают проблемы обезжиривания, транспортировки или утилизации шлама, что удорожает и осложняет эксплуатацию.

Метод адсорбции

Адсорбцинный метод с использованием активных углей и цеолитов. Наиболее часто применяют для улавливания органических соединений.

Метод адсорбции основан на физических свойствах некоторых пористых материалов селективно извлекать из газовоздушной среды отдельные ее компоненты. Широко известный пример адсорбента с ультрамикроскопической структурой - активированный уголь. Метод адсорбции позволяет проводить очистку вредных выбросов при повышенных температурах.

Конструктивно адсорберы выполняются в виде вертикальных или горизонтальных емкостей, заполненных адсорбентом, через который проходит поток очищаемых газов.

Рассмотрим работу установки для удаления оксида серы из горячего топочного газа с температурой в области адсорбера 100-150 0С. Адсорбер заполнен древесным активированным углем. Горячий газ через теплообменник, где подогревается воздух, подается в адсорбер. Адсорбент после насыщения подается в десорбер, где нагревателем поддерживается температура 300-600 0С. Регенерированный адсорбент поступает в бункер, откуда вновь может поступить в адсорбер механическим путем.

Каталитический метод

При каталитическом методе токсичные компоненты газовоздушной смеси, взаимодействуя со специальным веществом - катализатором, превращаются в безвредные вещества. В качестве катализаторов используются металлы или их соединения (платина, оксиды меди и марганца и пр.).

Для осуществления каталитического процесса необходимы незначительные количества катализатора, расположенного таким образом, чтобы обеспечить максимальную поверхность контакта с газовым потоком. Катализаторы обычно выполняются в виде шаров, колец или проволоки, свитой в спираль. Катализатор может состоять из смеси неблагородных металлов с добавкой платины и палладия (сотые доли % к массе катализатора), нанесенных в виде активной пленки на нихромовую проволоку, свитую в спираль.

В последние годы каталитический метод очистки нашел свое применение в процессах нейтрализации выхлопных газов автомобилей. Для комплексной очистки выхлопных газов - окисления продуктов неполного сгорания и восстановления оксида азота - применяют двухступенчатый каталитический нейтрализатор (рис. 4). Установка состоит из последовательно соединенных восстановительного 2 и окислительного 4 катализатора. Отработавшие газы через патрубок 1 поступают к восстановительному катализатору 2, на котором происходит нейтрализация оксидов азота по следующим реакциям:

NO + CO > 1/2N2 + CO2; NO + H2 > 1/2N2 + H2O. (1.7)

В качестве восстановительного катализатора применяют монель-металл (медноникелевый сплав) или катализатор из благородных металлов (например, платина на глиноземе). Эффективность очистки по NO достигает 90 % и выше.

После восстановительного катализатора к отработавшим газам для создания окислительной среды через патрубок 3 подводится вторичный воздух. На окислительном катализаторе происходит нейтрализация продуктов неполного сгорания - оксида углерода и углеводородов:

СО + 1/2О2 > СО2; СхНу + (х+у/4)О2 > хСО2 + у/2Н2О.

Рис. 4. Двухступенчатый каталитический нейтрализатор:

1 - входной патрубок; 2 - восстановительный катализатор; 3 - патрубок вторичного воздуха; 4 - окислительный катализатор

Для окислительных процессов применяют катализатор из благородных металлов или оксидов переходных металлов (медь, никель, хром и др.). Содержание оксида углерода в выхлопных газах автомобиля с нейтрализатором снижается почти в 10 раз, а углеводородов - примерно в 8 раз.

Термический метод

Термический метод или высокотемпературное дожигание, который иногда называют термической нейтрализацией, требует поддержания высоких температур очищаемого газа и наличия достаточного количества кислорода.

Если выбрасываемые газы имеют высокую температуру, процесс дожигания происходит в камере с подмешиванием свежего воздуха. Так происходит дожигание оксида углерода в газах, удаляемых системой вентиляции от электродуговых плавительных печей, дожигание продуктов неполного сгорания (СО и СхНу) автомобильного двигателя непосредственно на выходе из цилиндров в условиях добавки избыточного воздуха.

Если температура выбросов недостаточна для протекания окислительных процессов, то в потоке отходящих газов сжигают природный или другой высококалорийный газ.

Одним из простейших устройств, используемых для огневого обезвреживания технологических и вентиляционных выбросов, является горелка, предназначенная для сжигания природного газа (рис. 5). Обезвреживаемые выбросы в этом случае подаются в канал 1, где они омывают горелку 2. Из коллектора 3 газ, служащий топливом, поступает в сопла, при истечении из которых инжектируется первичный воздух из окружающей среды. Горение смеси газа с первичным воздухом осуществляется в V-образной полости коллектора. Процесс догорания происходит на выходе из полости, где хвостовая часть факела контактирует с обезвреживаемыми выбросами при их истечении из кольцевой щели между корпусом горелки и коллектора.

Рис. 5. Установка огневого обезвреживания:

1 - входной патрубок; 2 - теплообменник-подогреватель;

3 - V-образная полость коллектора горелки; 4 - камера смешения;

5 - выходной патрубок

В термических нейтрализаторах сжигаются такие газы, как углеводороды, оксид углерода, выбросы лакокрасочного производства. Эффективность этих систем очистки достигает 0,9-0,99, температура в зоне горения составляет 500-750 0С.

Отчистка от SO2

Очистка от SO2. Применяется в основном для выделения примесей из дымовых газов, образующихся при сжигании сернистых топлив, и отходящих газов переработки серосодержащего сырья. Наиболее распространены абсорбционные методы (сост= 0,01-0,03%). Основное количество поглощенного SO2 связывается в сульфиты или гидросульфиты, а часть, вследствие присутствует в очищаемых газах О2, окисляется в сульфаты. Последние регенерируют с выделением абсорбента и SO2 либо выделяют как побочные продукты.

В аммиачных методах SO2 абсорбируют при 35-55°С водным раствором сульфитгидросульфита аммония (NH4)2SO3*NH4HSO3 с образованием NH4HSO3. В аммиачно-гидросульфатном методе при взаимодействии так называемого отработанного раствора (полученного в результате поглощения SO2 водным раствором NH3) с рециркулирующим NH4HSO4 выделяются SO2 и (NH4)2SO4, который при 350-400°С разлагается на NH4HSO4 и NH3, возвращаемые в циклический сульфат, образовавшийся при абсорбции, регенерируют добавкой S.

Магнезитовый метод предусматривает поглощение SO2 водной суспензией MgO при 45-65 °С с образованием кристаллогидратов MgSO3 и небольшого кол-ва MgSO4. Их обжигают при 900-1000 °С с образованием MgO и газов, содержащих 10-12% SO2, которые используют для получения H2SO4. По содово-циклическому методу SO2 абсорбируют водным раствором Na2SO3 при 45-65 °С с образованием NaHSO3. Отработанный раствор отпаривают при 100°С с выделением кристаллов Na2SO3 и SO2. Образовавшийся Na2SO4 выделяют предварит, упаркой отработанного р-ра.

Известняковый (известковый) метод основан на поглощении SO2 суспензией СаСО3 или Са(ОН)2 с образованием CaSO3*0,5H2O и CaSO4*2H2O, которые идут в отвал либо могут быть переработаны в товарный гипс. В варианте с осуществлением процесса по типу распылительной сушки при температуре газа более 150°С влага суспензии испаряется, и сухой продукт реакции улавливается в рукавном фильтре или электрофильтре.

В аммиачно-кислотном методе отработанный раствор разлагается H2SO4, HNO3 или Н3РО4 с образованием SO2 и соответственно (NH4)2SO4, NH4NO3 или (NH4)3PO4. Очистка по содовому методу проводится водным раствором Na2CO3 при 35-40 °С с образованием Na2SO3 и NaHSO3, используемых как товарные продукты. В кислотно-каталитическом методе SO2 поглощается разбавленной H2SO4 в присутствие МnО2 или FeSO4; продукт очистки - 10-12%-ная H2SO4, которая при смешении с известью(известняком) перерабатывается в гипс.

Адсорбционные методы очистки с применением главным образом активных углей основаны на окислении SO2 в SO3 с послед. образованием H2SO4. Уголь регенерируют отмывкой водой с получением 10-12%-ной H2SO4. По другому методу регенерация осуществляется нагреванием угля до 600 °С твердым теплоносителем (песком) с разложением H2SO4; при этом часть угля расходуется на восстановление SO3 в SO2, а из газов, содержащих 30% SO2 (остальное - СО2 и Н2О), в присутствии СН4 получается S.

Очистка от H2S

Преимущественно подвергают горючие газы (природные, нефтепереработки, генераторный, коксовый, которые содержат также СО2 и сераорганические соединения) и отходящие газы (например, вентиляция воздух в производстве вискозы, содержащий H2S, хвостовые газы в производстве S, в состав которых наряду с H2S входит SO2).

Селективная очистка включает три группы методов: абсорбционные циклические с применением водных щелочных растворов неорганических и органических веществв; окислительные адсорбционные (хемосорбционные); абсорбционно-десорбционные с регенерацией поглотителя отпаркой. Содержание H2S в очищенном газе достигает при применении методов первой и второй групп не более 20 мг/м3, третьей - не более 1-2г/м3. В методах первой группы с использованием неорганических веществ (напр., соединений As и Fe) поглощенный H2S при регенерации абсорбента окисляется в S кислородом воздуха, частично давая тиосульфаты. Наиб. распространена мышьяково-содовая очистка, основанная на поглощении H2S растворами тиопироарсената натрия Na4As2S5O2 и Na2CO3 при 30-45 °С; абсорбент регенерируют продувкой воздухом при 40-45 °С с выделением S. При очистке коксового газа одновременно с H2S поглощается HCN с образованием NaSCN.

Комплексная очистка газов от H2S и CО2

Для комплексной очистки газов от H2S и СО2, а также от одного из них применяют алканоламиновый метод и др. абсорбционные методы с регенерацией поглотителя отпаркой. Комплексная очистка газов от H2S (удаляется практически полностью), СО2 (сост1%) и сераорганических соединений (до 2-5 мг/м3) осуществляется методом "Ректизол", основанным на низкотемпературной абсорбции примесей метанолом ( -- 70 °С, 1-3 МПа) с выделением поглощенных газов ступенчатым снижением давления до 20 кПа при -60°С.

Комплексная очистка газов от H2S и SO2

Для комплексной газов очистки от H2S и SO2 используют метод "Сульфрен" - адсорбцию примесей при их взаимодействии друг с другом с образованием S на катализаторе , который периодически регенерируют продувкой очищенным газом при 350 °С; испарившаяся S конденсируется при охлаждении газа. Общее содержание S в газе после очистки до 1 г/м3.

Очистка от СО2. Кроме описанных выше методов, используют вымораживание, а также главным образом для тонкой очистки (до 0,001% СО2) применяют щелочной метод. Абсорбент - водный раствор NaOH; при его значительном расходе образовавшийся Na2CO3 регенерируют обработкой известью.

Размещено на Allbest.ru