Оценка эффективности методов очистки газового потока от сероводорода

Термическое дожигание.

 

Дожигание представляет собой метод обезвреживания газов путем термического окисления различных вредных веществ, главным образом органических, в практически безвредных или менее вредных, преимущественно СО2 и Н2О. Обычные температуры дожигания для большинства соединений лежат в интервале 750-1200 &degC. Применение термических методов дожигания позволяет достичь 99%-ной очистки газов.

 

При рассмотрении возможности и целесообразности термического обезвреживания необходимо учитывать характер образующихся продуктов горения. Продукты сжигания газов, содержащих соединения серы, галогенов, фосфора, могут превосходить по токсичности исходный газовый выброс. В этом случае необходима дополнительная очистка. Термическое дожигание весьма эффективно при обезвреживании газов, содержащих токсичные вещества в виде твердых включений органического происхождения (сажа, частицы углерода, древесная пыль и т.д.).

 

Важнейшими факторами, определяющими целесообразность термического обезвреживания, являются затраты энергии (топлива) для обеспечения высоких температур в зоне реакции, калорийность обезвреживаемых примесей, возможность предварительного подогрева очищаемых газов. Повышение концентрации дожигаемых примесей ведет к значительному снижению расхода топлива. В отдельных случаях процесс может протекать в автотермическом режиме, т. е. рабочий режим поддерживается только за счет тепла реакции глубокого окисления вредных примесей и предварительного подогрева исходной смеси отходящими обезвреженными газами.

 

Принципиальную трудность при использовании термического дожигания создает образование вторичных загрязнителей, таких как оксиды азота, хлор, сероводород и тд.

 

Термические методы широко применяются для очистки отходящих газов от токсичных горючих соединений. Разработанные в последние годы установки дожигания отличаются компактностью и низкими энергозатратами. Применение термических методов эффективно для дожигания пыли многокомпонентных и запыленных отходящих газов.

 

Термокаталитические методы.

 

Каталитические методы газоочистки отличаются универсальностью. С их помощью можно освобождать газы от оксидов серы и азота, различных органических соединений, монооксида углерода и других токсичных примесей. Каталитические методы позволяют преобразовывать вредные примеси в безвредные, менее вредные и даже полезные. Они дают возможность перерабатывать многокомпонентные газы с малыми начальными концентрациями вредных примесей, добиваться высоких степеней очистки, вести процесс непрерывно, избегать образования вторичных загрязнителей. Применение каталитических методов чаще всего ограничивается трудностью поиска и изготовления пригодных для длительной эксплуатации и достаточно дешевых катализаторов. Гетерогенно-каталитическое превращение газообразных примесей осуществляют в реакторе, загруженном твердым катализатором в виде пористых гранул, колец, шариков или блоков со структурой, близкой к сотовой. Химическое превращение происходит на развитой внутренней поверхности катализаторов, достигающей 1000 м²/г.

 

В качестве эффективных катализаторов, находящих применение на практике, служат самые различные вещества – от минералов, которые используются почти без всякой предварительной обработки, и простых массивных металлов до сложных соединений заданного состава и строения. Обычно каталитическую активность проявляют твердые вещества с ионными или металлическими связями, обладающие сильными межатомными полями. Одно из основных требований, предъявляемых к катализатору - устойчивость его структуры в условиях реакции. Например, металлы не должны в процессе реакции превращаться в неактивные соединения.

 

Современные катализаторы обезвреживания характеризуются высокой активностью и селективностью, механической прочностью и устойчивостью к действию ядов и температур. Промышленные катализаторы, изготавливаемые в виде колец и блоков сотовой структуры, обладают малым гидродинамическим сопротивлением и высокой внешней удельной поверхностью.

 

Наибольшее распространение получили каталитические методы обезвреживания отходящих газов в неподвижном слое катализатора. Можно выделить два принципиально различных метода осуществления процесса газоочистки - в стационарном и в искусственно создаваемом нестационарном режимах.

 

Основным направлением развития термокаталитических методов является создание дешевых катализаторов, эффективно работающих при низких температурах и устойчивых к различным ядам, а также разработка энергосберегающих технологических процессов с малыми капитальными затратами на оборудование. Наиболее массовое применение термокаталитические методы находят при очистке газов от оксидов азота, обезвреживании и утилизации разнообразных сернистых соединений, обезвреживания органических соединений и СО.

 

Для концентраций ниже 1 г/м³ и больших объемов очищаемых газов использование термокаталитического метода требует высоких энергозатрат, а также большого количества катализатора

 

Плазмохимические методы.

 

Плазмохимический метод основан на пропускании через высоковольтный разряд воздушной смеси с вредными примесями. Используют, как правило, озонаторы на основе барьерных, коронных или скользящих разрядов, либо импульсные высокочастотные разряды на электрофильтрах. Проходящий низкотемпературную плазму воздух с примесями подвергается бомбардировке электронами и ионами. В результате в газовой среде образуется атомарный кислород, озон, гидроксильные группы, возбуждённые молекулы и атомы, которые и участвуют в плазмохимических реакциях с вредными примесями. Основные направления по применению данного метода идут по удалению SO2, NOx и органических соединений. Использование аммиака, при нейтрализации SO2 и NOx, дает на выходе после реактора порошкообразные удобрения (NH4)2SO4 и NH4NH3, которые фильтруются.

 

Недостатком данного метода являются:

недостаточно полное разложение вредных веществ до воды и углекислого газа, в случае окисления органических компонентов, при приемлемых энергиях разряда

наличие остаточного озона, который необходимо разлагать термически либо каталитически

существенная зависимость от концентрации пыли при использовании озонаторов с применением барьерного разряда.

 

Плазмокаталитический метод

 

Это довольно новый способ очистки, который использует два известных метода – плазмохимический и каталитический. Установки, работающие на основе этого метода, состоят из двух ступеней. Первая – это плазмохимический реактор (озонатор), вторая - каталитический реактор. Газообразные загрязнители, проходя зону высоковольтного разряда в газоразрядных ячейках и взаимодействуя с продуктами электросинтеза, разрушаются и переходят в безвредные соединения, вплоть до CO2 и H2O. Глубина конверсии (очистки) зависит от величины удельной энергии, выделяющейся в зоне реакции. После плазмохимического реактора воздух подвергается финишной тонкой очистке в каталитическом реакторе. Синтезируемый в газовом разряде плазмохимического реактора озон попадает на катализатор, где сразу распадается на активный атомарный и молекулярный кислород. Остатки загрязняющих веществ (активные радикалы, возбужденные атомы и молекулы), не уничтоженные в плазмохимическом реакторе, разрушаются на катализаторе благодаря глубокому окислению кислородом.

 

Преимуществом этого метода являются использование каталитических реакций при температурах, более низких (40-100 &degC), чем при термокаталитическом методе, что приводит к увеличению срока службы катализаторов, а также к меньшим энергозатратам (при концентрациях вредных веществ до 0,5 г/м³.).

 

Недостатками данного метода являются:

большая зависимость от концентрации пыли, необходимость предварительной очистки до концентрации 3-5 мг/м³,

при больших концентрациях вредных веществ (свыше 1 г/м³) стоимость оборудования и эксплуатационные расходы превышают соответствующие затраты в сравнении с термокаталитическим методом .

 

Фотокаталитический метод.

 

Сейчас широко изучается и развивается фотокаталитический метод окисления органических соединений. В основном при этом используются катализаторы на основе TiO2, которые облучаются ультрафиолетом. Известны бытовые очистители воздуха японской фирмы «Daikin», использующие этот метод. Недостатком метода является засорение катализатора продуктами реакции. Для решения этой задачи используют введение в очищаемую смесь озона, однако данная технология применима для ограниченного состава органических соединений и при небольших концентрациях.

 

 

3. Расчет показателей  оценки методов очистки газового  потока от сероводорода по  абсорбционному методу

 

Рассчитаем показатели коэффициента очистки газового потока, экономичность и эффективность на основе данных, предложенных в Таблице 1 :

 

Таблица 1

Наименование параметров	Концентрация		ai, показатель относительной опасности H2S (усл.т/т)
	До очистки	После очистки
H2S	17,9	0,002	22
Себестоимость, руб./м3.прод.	8850	9500
Капитальные вложения, млн.руб.		10,5

1 мг/м3 = 1,0 * 10-9т/ м3

Объем выпуска продукции 1200 м3/год. Показатель, учитывающий характер рассеивания = 1,2. Норматив удельного экономического ущерба = 1,75 руб/усл.т. Процентная ставка банка = 20%. Цех работает 4 года

 

 

Коэффициент очистки газового потока

от сероводорода:

 

КОГ = = =

= 0,99988826

 

Экономичность:

 

= 1,75 * 1,2 = 2,1 усл.т/т.

е = = руб/руб

 

Эффективность:

 

Э= = = 0,015 руб/руб

 

 

4. Графики зависимости  показателей оценки от различных  параметров

 

Рассмотрим зависимость эффективности от ситуации на рынке денег, т.е. от ставки процента при ранее заданных значениях себестоимости, капиталовложений и проч. в Таблице 2.

Таблица 2

i, процентная ставка, %	а	Эффективность, руб/руб
10	3,486852	0,0166967
15	3,283225	0,015976
20	3,106481	0,015116
25	2,952	0,014364
30	2,816113	0,013703

 

 

На  графике наглядно видно, что чем меньше ставка процента, тем эффективнее очистка.

Рассмотрим зависимость эффективности от капиталовложений при ранее заданных значениях ставки процента, себестоимости и проч. в Таблице 3.

 

Таблица 3

Капиталовложения, руб/м3	Эффективность, руб/руб
85	0,018633
95	0,016672
105	0,015116
115	0,01377
125	0,0126

 

 

Чем больше мы вкладываем, тем меньше экономическая эффективность производства, поскольку предприятия чаще всего не заинтересованы в очистке газового потока.

С другой стороны, гораздо выгоднее поставить очистные сооружения, сделав крупные капиталовложения, нежели платить штрафы или покупать лицензии на выбросы вредных газов. Следовательно, капиталовложения на утилизацию отходов и очистку атмосферы должны быть целесообразными в данных условиях.  
Заключение

 

Проанализировав классификацию методов очистки атмосферы от сероводорода, а также, показав преимущества и недостатки этих методов, мы произвели расчеты показателей оценки методов очистки атмосферы от сероводорода

.абсорбционный метод наиболее  целесообразен при очистке газового  потока от сероводорода. Процесс  абсорбции (хемосорбции) газов проводят  в пленочных, насадочных (с неподвижной и подвижной насадкой), тарельчатых и других аппаратах, называемых абсорберами. При этом абсорберы должны иметь высокую пропускную способность по газу, высокую эффективность, низкое гидравлическое сопротивление, простоту конструкции и удобство эксплуатации, небольшую металлоемкость; кроме этого аппаратура не должна забиваться осадками и коррозировать.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. http://www.air-cleaning.ru/d_method_rev.php

2. «Инновационные технологии в сфере улавливания сероводорода» (zirka-eco.narod.ru/doc/so2.doc)

3. http://ru.wikipedia.org/wiki/Сероводород

4. НГПУ: Учебные материалы: Лекции БЖД: Лекция 15: Экобиозащитная техника. Очистка газов (cit.nnspu.ru/materials/tef/safety/15.pdf)

5. Курс лекций Первовой И.Г. «Основы промышленной экологии» (http://fhtzb.ru/Lib/Lec/pe/pe07.htm)