Применение адсорбционных методов защиты атмосферы

Адсорбц. 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 др. 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 присут. СН₄ получается S.

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

Очищаемый газ проходит адсорбер со скоростью 0,05–0,3 м/с. После очистки  адсорбер переключается на регенерацию. Адсорбционная установка, состоящая  из нескольких реакторов, работает в  целом непрерывно, так как одновременно одни реакторы находятся на стадии очистки, а другие — на стадиях  регенерации, охлаждения и др. (рис. 3).

Регенерацию проводят нагреванием, например выжиганием органических веществ, пропусканием острого или перегретого  пара, воздуха, инертного газа (азота). Иногда адсорбент, потерявший активность (экранированный пылью, смолой), полностью  заменяют.

 

Рис. 3. Схема адсорбционной  газоочистной установки:

1 — фильтр; 2, 3 — адсорберы; 4 — конденсатор; 5 — сепаратор;  І — очищаемый газ; ІІ —  очищенный газ; ІІІ — водяной  пар; IV — неконденсируе.уые пары; V — сконденсированный адсорбтив в хранилище; VI — водный конденсат

Общие достоинства адсорбционных  методов очистки газов:

1) глубокая очистка газов  от токсичных примесей;

2) сравнительная легкость  регенерации этих примесей с  превращением их в товарный  продукт или возвратом в производство; таким образом осуществляется принцип безотходной технологии.

Адсорбционный метод особенно рационален для удаления токсических  примесей (органических соединений, паров  ртути и др.), содержащихся в малых  концентрациях, т. е. как завершающий  этап санитарной очистки отходящих  газов.

Недостатки большинства  адсорбционных установок — периодичность  процесса и связанная с этим малая  интенсивность реакторов, высокая  стоимость периодической регенерации  адсорбентов. Применение непрерывных  способов очистки в движущемся и  кипящем слое адсорбента частично устраняет  эти недостатки, но требует высокопрочных  промышленных сорбентов, разработка которых  для большинства процессов еще  не завершена.

Наиболее перспективны непрерывные  циклические процессы адсорбционной  очистки газов в реакторах  с движущимся или взвешенным слоем  адсорбента, которые характеризуются  высокими скоростями газового потока (на порядок выше, чем в периодических  реакторах), высокой производительностью  по газу и интенсивностью работы.

Задача

При крашении одежды в коричневый цвет ее последовательно выдерживали  в двух ваннах с раствором красителя, состав которых в граммах следующий (из расчета на 16 кг одежды):

Краситель                              свежая ванна                вторая ванна

Прямой коричневый                      750                                530

Поваренная соль                                      750                                60

Кальцинированная сода                100                                50

Рассчитайте проценты состава  каждой ванны по отношению к одежде и укажите сколько каждого компонента требуется для крашения 200 кг одежды.

Решение

Рассчитаем процентное содержание компонентов в каждой ванне:

Краситель                              свежая ванна                вторая ванна

Прямой коричневый                      46,8 %                          82,8 %

Поваренная соль                                      46,8 %                          9,3 %

Кальцинированная сода                6,25 %                          7,8 %

Рассчитаем сколько нужно  компонентов на 200 кг одежды

Краситель                             свежая ванна                вторая ванна      

Прямой коричневый             9375                             6631          

Поваренная соль                            9375                             750            

Кальцинированная сода       1250                             625            

 
Выводы

Качество адсорбционной  очистки воздуха зависит от его  температуры и влажности. С повышением температуры в адсорбере эффективность  очистки снижается. С повышением влажности очищаемого воздуха качество его очистки снижается, содержание влаги в воздухе должно быть не более 80 85 %. Снижение качества очистки  происходит также по мере насыщения  адсорбента загрязняющими веществами.

Основными промышленными  сорбентами являются активированные угли, оксиды алюминия и других металлов, цеолиты, силикагели, алюмогели и другие импрегнированные сорбенты.

Активированный уголь  нейтрален по отношению к полярным и неполярным молекулам адсорбируемых  соединений. Он менее селективен, чем многие другие сорбенты, но является одним из немногих, пригодных для работы во влажных газовых потоках. Повышение их адсорбционной емкости и расширение спектра поглощаемых вредных веществ достигается за счет введения различных активирующих добавок - импрегнации. Например, импрегнация активированного угля серной кислотой позволяет очищать такие слабо сорбируемые загрязнители как аммиак; сероводород, следы диоксида серы поглощаются щелочным импрегнированным углем.

Недавно для удаления газовых  загрязнителей и аэрозолей из воздуха начали использовать угольное волокно. Угольное волокно — это  широкий спектр полиэстеров, полимеризированного  угольного волокна, а также графитовых волокон, импрегнированных углем и  используемых в качестве матрицы  пластиков для создания структур, близких структуре волокна.

Оксидные адсорбенты обладают более высокой селективностью по отношению к полярным молекулам  в силу собственного неоднородного  распределения электрического потенциала. Их недостатком является снижение эффективности  в присутствии влаги. К классу оксидных адсорбентов относят силикагели, синтетические цеолиты, оксид алюминия.

Адсорбционные установки  очистки воздуха и газа позволяют  эффективно удалять многие вредные  вещества органической и неорганической природы. Это, уже упоминавшиеся, аммиак, сероводород и другие сернистые  соединения, фенолы, оксиды углерода и азота. Существует информация по использованию адсорбции для очистки от мышьякорганических соединений. Исследовалась возможность адсорбции капролактама из производственных сточных вод. Получили распространение адсорбционные методы извлечения из отходящих газов хлорорганических растворителей, обеспечивающие высокую эффективность процесса очистки газов (95-99%), отсутствие химических реакций образования вторичных загрязнителей, быструю окупаемость установок газоочистки (обычно 2-3 года) и длительным (до 10 лет) сроком службы.

Известно, что экономичность  сорбционных технологий газоочистки  и очистки воздуха зависит  от возможности многократного использования  используемых сорбентов. В связи  с этим важное значение имеет разработка технологии регенерации сорбентов после их использования.

В настоящее время один из перспективных подходов к усовершенствованию адсорбционных систем, используемых для очистки промышленных газов  и атмосферного воздуха, основан  на применении пространственно упорядоченной  упаковки планарных сорбирующих  материалов – так называемых “активных  фильтров. Меняя пространственное размещение сорбента в аппарате удается снизить диффузионное, термическое и аэродинамическое сопротивления. Адсорбционно-активные фильтры отличаются высокой компактностью и низкой материалоемкостью. Для создания высокопроизводительных адсорберов с регулярной структурой требуется разработка новых планарных адсорбентов (ткани, войлок, вата и т.п.) с оптимальным комплексом адсорбционных, фильтрационных и конструкционных свойств.