Применение адсорбционных методов защиты атмосферы

Эффективность адсорбции  зависит от свойств поглощаемых  компонентов, их химической природы, размера  молекул и определяется свойствами адсорбента, который должен иметь  достаточную адсорбционную способность, обладать высокой селективностью, иметь  высокую механическую прочность, быть химически инертным по отношению  к компонентам газовой смеси  и иметь достаточно низкую стоимость. Слой сорбента должен создавать низкое сопротивление движению газового потока в адсорбционной установке очистки. Качество адсорбционной очистки  воздуха зависит также от его  температуры и влажности.

Одной из основных проблем  адсорбционной очистки воздуха  является необходимость восстановления адсорбента и придания ему исходных свойств десорбция. Существуют различные, в существенной степени дорогостоящие  методы десорбции. Для десорбции  примесей используют нагревание адсорбента, вакуумирование, продувку инертным газом, вытеснение примесей более легко адсорбирующимся веществом, например, водяным паром. В последнее время особое внимание уделяют десорбции примесей путем вакуумирования.

В установке очистки воздуха "АРС - Аэро" десорбция адсорбента осуществляется за счет окисления озоном малой концентрации органических веществ, поглощенных сорбентом. Наличие в системе очистки термодеструктора позволяет разложить озон и привести его концентрацию на выходе из установки до безопасной для человека концентрации (ниже ПДК в рабочей зоне).

Система адсорбционной регенерционной очистки "АРС - аэро" предназначена для очистки выбросов от органических веществ (карбоновые кислоты, кетоны, альдегиды, алифатические и ароматические углеводороды).

Адсорбционный очиститель воздуха  комплектуется блоком автоматического  управления процессом.

Технические характеристики установки очистки воздуха "АРС - Аэро" Производительность по воздуху - 200-4000 м³/час

Степень очистки выбросов - 85-95%

Температура газов на входе  в установку - не более 50 °С

Аэродинамическое сопротивление - 1500 Па

Концентрация пыли на входе  в установку - не более 3 мг/м³

Концентрация загрязняющих веществ на входе в установку - не более 50 мг/м³

 

Схема встраивания установки  очистки воздуха в действующую  систему вентиляции

1- Система вентиляции  без очистителя воздуха "АРС  - Аэро"

2- Система вентиляции  с очистителем воздуха "АРС  - Аэро" в режиме десорбции.

3- Система вентиляции  с очистителем воздуха " АРС  - Аэро " в рабочем режиме очистки воздуха

Преимущества системы  адсорбционной регенерционной очистки «АРС аэро»:

1.         Возможность очистки большого ряда органических веществ

2.         Низкое энергопотребление установки

3.         Нет необходимости в применении пара или инертных газов для процесса десорбции

4.         Не требует сложного монтажа, монтируется по месту

5.         Невысокая стоимость.

4. Очистка  от серосодержащих соединений

В настоящее время для  очистки газа от кислых компонентов  используют следующие способы:

Абсорбционные (подразделяют на три группы в зависимости от природы взаимодействия кислых компонентов  газа с активной частью абсорбента)

Химическая абсорбция (хемосорбция) основана на химическом взаимодействии сероводорода и диоксида углерода с  активной частью абсорбента. В промышленных масштабах из химических абсорбентов  нашли широкое применение алканоламины: моноэтаноламин МЭА, диэтаноламин ДЭА, ТЭА, МДЭА, ДИПА, а также растворы щелочи, растворы щелочных металлов (поташи 25-30% растворы К₂СО₃ или Na₂CO₃) и очистка раствором гидроксида железа. Процессы химической абсорбции характеризуются высокой избирательностью по тоношению к кислым компонентам и позволяют достигать высокой степени очистки газа от H₂S и СО₂. Сероорганика извлекается в небольших количествах при использовании аминов, а в случае использования растворов щелочей, достигается тонкая очистка от сераорганических соединений.

 

В физической абсорбции извлечение кислых компонентов газа основано на различной растворимости компонентов  газа в абсорбенте. В качестве абсорбентов  в этих процессах используют смесь  диметиловых эфиров полиэтиленгликоля (процесс «Селиксол®»), метанол (процесс «Ректизол®»), пропиленкарбонат (процесс «Флюор®») и др. В отличие от хемосорбционных способов методом физической абсорбции можно наряду с сероводородом и углекислым газом извлекать серооксид углерода, сероуглерод, меркаптаны.

В процессах физико-химической абсорбции используют комбинированные  абсорбенты- смечь физического абсорбента с химическим. Для этих абсорбентов характерны промежуточные значения растворимости кислых компонентов газа. Эти абсорбенты позволяют достигать тонкой очистки газа не только от сероводорода и диоксида углерода, но и от сероорганических соединений. Наибольшее промышленное применение нашел абсорбент «Сульфинол», представляющий собой смесь диизопропаноламина (30-45%), сульфолана (диоксида тетрагидротиофена 40-60%) и воды (5-15%). Также в последнее время стал широко внедряться абсорбент «Укарсол» (отечественный аналог «Экосорб»). Этот абсорбент позволяет проводить селективную очистку газа от сероводорода в присутствии СО2 при одновременной очистке газа от сероорганических соединений.

Адсорбционные методы очистки  газа основаны на селективном извлечении примесей твердыми поглотителями- адсорбентами.

Преимущества:

высокая поглотительная способность  адсорбентов;

возможность сочетать тонкую очистку с глубокой осушкой (до минус 70⁰С).

Недостатки:

относительно высокие  эксплуатационные затраты;

полупериодичность процесса.

Каталитические методы применяют  в тех случаях, когда в газе присутствуют соединения, недостаточно полно удаляемые с помощью  жидких поглотителей или адсорбентов (сероуглерод, серооксид углерода, сульфиды, дисульфиды, тиофен).

Гидрирование водородом  или водяным паром в сероводород  и соединения, не содержащие серу. Катализатор- оксиды кобальта, никеля, молибдена на оксиде алюминия.

Окисление сероводорода в  элементарную серу на активном оксиде алюминия, или (процесс Мерокс) до дисульфидов.

При выборе конкретного способа  очистки на этапе проектирования компания Red Mountain Energy принимает во внимание множество факторов, например: экологические нормы и требования к утилизации серосодержащих соединений, тип и концентрацию примесей в кислом (неочищенном) газе, требования к чистоте газа, температуру и давление кислого газа и требования к температуре и давлению очищенного газа, требования к производительности установки, компонентный состав газа и т.д.

5. Применение  адсорбционных методов защиты  атмосферы

Абсорбционные и хемосорбционные методы широко применяют для очистки газов от СО, N_xO_y, SO₂, H₂S, HCl, CO₂.

Сущность метода заключается  в поглощении удаляемых компонентов  жидкими поглотителями - абсорбентами и хемосорбентами, в качестве которых используют растворы минеральных и органических веществ, суспензии и органические жидкости. В процессе хемосорбционной очистки выделяемые из газов компоненты вступают в химические реакции с хемосорбентами, при этом образуются новые вещества, регенерирующиеся и возвращающиеся вновь на абсорбцию.

Хемосорбционные методы подразделяют по типу хемосорбента и по типу получаемого продукта.

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 корродировать.

Адсорбция - избирательное  поглощение одного или нескольких компонентов  из газовой фазы твердыми телами - адсорбентами.

При адсорбционных методах  газы поглощаются твердыми пористыми  веществами. Поглощаемые молекулы газа удерживаются на поверхности твердых  тел за счет физической адсорбции (силы Ван-дер-Ваальса) либо химическими силами.

Адсорбция рекомендуется  для очистки газов с невысокой  концентрацией вредных компонентов. Адсорбированные вещества удаляются  из адсорбентов десорбцией инертным газом или паром. В некоторых  случаях проводят термическую регенерацию. Достоинствами этого процесса являются высокая степень очистки, газы не охлаждаются, и отсутствуют жидкости.

Адсорбционную очистку газов  проводят в аппаратах адсорберах с неподвижным, движущимся и псевдосжиженным слоем сорбента в установках периодического и непрерывного действия. Наиболее часто этот метод применяют при регенерации органических растворителей.

Существуют следующие  виды сорбентов:

а) неполярные твердые вещества, на поверхности которых происходит в основном физическая адсорбция;

б) полярные твердые вещества, на поверхности которых происходит химическая адсорбция без изменения  структуры молекул газа и поверхности  адсорбента;

в) вещества, на поверхности  которых протекает чисто химическая адсорбция, при чем десорбция молекул газа возможна только в результате химической или каталитической реакции.

Из неполярных адсорбентов  самый распространенный - активированный уголь, а также часто используют синтетические минеральные силикогели и алюмогели. В качестве полярных адсорбентов применяют хемосорбенты на основе оксидов железа, меди и цинка, которые обеспечивают проектную степень очистки даже от технологических газов.

Например, при адсорбции  газов, содержащих SO₂, применяют как активированные угли, так и полукоксы, активированный силикогель, карбонат кальция, активированный MnO₂.

Адсорбционные методы с использованием активных углей и цеолитов Наиболее часто применяют для улавливания органических соединений. Обе группы методов могут быть циклическими и нециклическими. В первых отработанный жидкий или твердый сорбент регенерируют нагреванием, понижением давления, продувкой инертным газом или воздухом, отпаркой водяным паром, а также хим. способами; продукты десорбции перерабатывают или выбрасывают. Если восстановить поглотительную способность сорбента полностью не удается, нерегенерируемые соед. выводят из системы и добавляют соответствующее количество свежего сорбента. В нециклич. методах отработанный сорбент целиком заменяют.

Очистка от SO₂. Применяется в основном для выделения примесей из дымовых газов, образующихся при сжигании сернистых топлив, и отходящих газов переработки серосодержащего сырья. Наиб. распространены абсорбц. методы (сост = 0,01-0,03%). Основное количество поглощенного SO₂ связывается в сульфиты или гидросульфиты, а часть, вследствие присут. 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 сульфит-гидросульфита аммония (NH₄)₂SO₃*NH₄HSO₃ с образованием NH₄HSO₃. В аммиачно-циклическом методе в результате отпарки абсорбента при 85-90°С под вакуумом (40-50 кПа) NH₄HSO₃ разлагается с выделением SO₂, который может быть переработан в S или H₂SO₄. 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 цикл; 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 количества 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 раствора.

Известняковый (известковый) метод основан на поглощении SO₂ суспензией СаСО₃ или Са(ОН)₂с образованием CaSO₃*0,5H₂O и CaSO₄*2H₂O, которые идут в отвал либо м. б. 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 р-р разлагается H₂SO₄, HNO₃ или Н₃РО₄ с образованием SO₂ и соотв. (NH₄)₂SO₄, NH₄NO₃ или (NH₄)₃PO₄. Очистка по содовому методу проводится водным р-ром Na₂CO₃ при 35-40 °С с образованием Na₂SO₃ и NaHSO₃, используемых как товарные продукты. В кислотно-каталитич. методе SO₂ поглощается разб. H₂SO₄ в присут. МnО₂ или FeSO₄; продукт очистки - 10-12%-ная H₂SO₄, к-рая при смешении с известью (известняком) перерабатывается в гипс.