Методы очистки пылегазовых выбросов

Абсорбционные методы очистки  отходящих газов подразделяют по следующим признакам: 1) по абсорбируемому компоненту; 2) по типу применяемого абсорбента; 3) по характеру процесса – с циркуляцией  и без циркуляции газа; 4) по использованию  абсорбента – с регенерацией и  возвращением его в цикл (циклические) и без регенерации (не циклические); 5) по использованию улавливаемых компонентов  – с рекуперацией и без рекуперации; 6) по типу рекуперируемого продукта; 7) по организации процесса – периодические и непрерывные; 8) па конструктивным типам абсорбционной аппаратуры.

Для физической абсорбции  на практике применяют воду, органические растворители, не вступающие в реакцию  с извлекаемым газом, и водные растворы этих веществ. При хемосорбции  в качестве абсорбента используют водные растворы солей и щелочей, органические вещества и водные суспензии различных  веществ.

Выбор метода очистки зависит  от многих факторов: концентрации извлекаемого компонента в отходящих газах, объема и температуры газа, содержания примесей, наличия хемосорбентов, возможности использования продуктов рекуперации, требуемой степени очистки. Выбор производят на основании результатов технико-экономических расчетов.

Адсорбционные методы очистки  газов используют для удаления из них газообразных и парообразных примесей. Методы основаны на поглощении примесей пористыми телами-адсорбентами. Процессы очистки проводят в периодических  или непрерывных адсорберах. Достоинством методов является высокая степень  очистки, а недостатком – невозможность  очистки запыленных газов.

Каталитические методы очистки  основаны на химических превращениях токсичных компонентов в нетоксичные на поверхности твердых катализаторов. Очистке подвергаются газы, не содержащие пыли и катализаторных ядов. Методы используются для очистки газов от оксидов азота, серы, углерода и от органических примесей. Их проводят в реакторах различной конструкции. Термические методы применяют для обезвреживания газов от легко окисляемых токсических примесей.

 

Очистка газов  от диоксида серы

 

Для очистки отходящих  газов от диоксида серы предложено большое количество хемосорбционных методов, применение нашли только некоторые из них. Это из-за того, что объёмы отходящих газов велики, а концентрации SO2 в них малы, газы характеризуются большой температурой и значительным содержанием пыли. Для абсорбции могут быть использованы вода, водные растворы и суспензии солей щелочных и щелочноземельных металлов.

Адсорбционные методы очистки. Недостатки абсорбционных методов  очистки газов от диоксида серы привели  к разработке процессов, основанных на использовании твердых хемосорбентов – путем их введения в пылевидной форме в топки и (или) газоходы теплоэнергетических агрегатов. В качестве хемосорбентов могут быть использованы известняк, доломит или известь. Для увеличения активности хемосорбентов, подавления процесса окисления SO2 в SO3 и решения некоторых других задач наряду с поглотителем диоксида серы вводят ряд специальных добавок в виде дешевых неорганических солей, оксихлорида меди, оксида магния и других веществ.

Наряду с хемосорбентами в качестве агентов для связывания диоксида серы могут быть использованы некоторые оксиды металлов.

Сухие процессы санитарной очистки газов от диоксида серы обеспечивают возможность реализации обработки  газов при повышенных температурах без увлажнения очищаемых потоков, что позволяет снизить коррозию аппаратуры, упрощает технологию газоочистки  и сокращает капитальные затраты  на нее. Наряду с этим они обычно предусматривают возможность цикличного использования поглотителя и (или) утилизацию продуктов процесса очистки  газов.

К сухим способам относят  также каталитическое окисление  диоксида серы (и поглощение диоксида серы адсорбентами.

Методы каталитической и  термической очистки газов. Разработанная  технология каталитической очистки  отходящих газов от диоксида серы основана на принципе окисления SO2 в SO3, используемом в производстве серной кислоты нитрозным (башенным) либо контактным методом.

 

Очистка газов  от сероводорода

 

Сероводород содержится как  примесь в топливе. Топочные газы, содержащие сероводород, очень коррозионноактивны.

Для очистки газов от сероводорода применяются различные хемосорбционные методы.

Вакуум-карбонатные методы. В этих методах сероводород поглощается из газов водным раствором карбоната натрия или калия. Затем раствор регенерируют нагреванием под вакуумом, охлаждают и снова возвращают на абсорбцию.

Если производится регенерация  раствора без рекуперации сероводорода, то раствор нагревают в регенераторе и из него воздухом обдувают сероводород.

Фосфатный процесс. Для абсорбции  сероводорода фосфатным методом  применяют растворы, содержащие 40 – 50% фосфата калия.

Из раствора сероводород  удаляют кипячением.

Мышьяково-щелочные методы. В зависимости от абсорбента эти  методы разделяются на мышьяково-содовый и мышьяково-аммиачный.

Очищаемый газ поступает  в абсорбер, где происходит его  очистка от сероводорода. Далее насыщенный сероводородом раствор перекачивают через теплообменник, где он нагревается  до 40°С и затем поступает на регенерацию. В регенератор подают сжатый воздух, который барботирует через раствор. После окисления кислородом воздуха и отделения серы, которая всплывает вместе с пузырьками воздуха в сепараторе, раствор возвращают на абсорбцию. Серу отделяют на вакуум-фильтре.

На интенсивность абсорбции  влияет концентрация мышьяка в поглотителе  и рН раствора.

Технологические схемы и  аппаратура мышьяково-содового и мышьяково-аммиачного способов идентичны.

Процесс «Stгеtfогd». В этом процессе сероводород абсорбируют щелочным раствором (рН = 8,5–9,5), содержащим кроме карбоната натрия эквимолекулярное количество ванадата натрия-аммония и антрахинон – 2,6–2,7 – дисульфоната (АДА). Кроме того, к раствору добавляют натрий-калиевую соль винной кислоты, чтобы ванадат не выпадал в осадок.

Достоинством процесса является возможность исключить очень  токсичные арсениты.

Железо-содовый метод. В  этом процессе для поглощения используют взвесь гидроксидов двух- и трехвалентного железа Суспензию приготавливают смешением 10%-го раствора Nа2СО3 с 18%-м раствором железного купороса/

Метод позволяет достичь  степени очистки более 80%.

Щелочно-гидрохиноновый метод. Сущность методе заключается в поглощении сероводорода щелочными растворами гидрохинона. При регенерации растворов  выделяются элементная сера и тиосульфат натрия. Гидрохинон является катализатором. Чем выше концентрация хинона в растворе, тем активнее раствор. Метод состоит  из следующих стадий: взаимодействие сероводорода с карбонатом натрия (содой); окисление гидросульфида натрия хиноном (окисленная форма гидрохинона); регенерация соды; регенерация хинона.

Метод позволяет очищать  газ от начального содержания сероводорода.

Абсорбция этаноламинами. В этих методах сероводород и диоксид углерода поглощаются растворами моноэтаноламина или триэтаноламина.

Адсорбционные методы очистки. Наиболее глубокую очистку газов  от H2S обеспечивают адсорбционные методы с использованием гидроксида железа, активного угля, цеолитов и других поглотителей.

Процесс очистки газов  от H2S гидроксидом железа, используется давно. При прохождении газа через слой гидроксида железа H2S поглощается. Одновременно образуется некоторое количество FeS. Присутствующий в очищаемом газе кислород окисляет сульфидную серу с образованием гидроксида железа.

Очистку проводят при близком  к атмосферному давлении и температуре 28–30°С.

Рекуперацию серы из отработанного  поглотителя обычно проводят путем  его обжига, направляя образующиеся в этом процессе газы в сернокислотное производство.

Эффективным поглотителем H2S является активный уголь. Высокая экзотермичность процессов окисления H2S при значительных концентрациях его в очищаемых газах обусловливает интенсивный разогрев слоя поглотителя и связанный с этим риск возгорания активного угля. В этой связи использование активного угля для очистки газов от H2S обычно ограничивают.

 

Очистка газов  от оксидов азота

 

Для абсорбции оксидов  азота используют воду, растворы щелочей  и селективные сорбенты, кислоты  и окислители.

Для интенсификации процесса используют катализатор. Степень очистки  может достигать 97%.

Абсорбция щелочами. Для очистки газов применяют различные растворы щелочей и солей.

Селективные абсорбенты. Для  очистки газов от NО при отсутствии в газовой фазе кислорода могут быть использованы растворы FeSО4, FeCl, Nа2S2O3, NаНСО3.

Раствор FeSО4 является наиболее доступным и эффективным поглотителем. В качестве абсорбента могут быть использованы и травильные растворы, содержащие FeS04. Поглотительная способность  раствора зависит от концентрации FeSО4 в растворе, температуры и концентрации NО в газе.

Адсорбция оксидов азота.

Как абсорбционные, так и  адсорбционные приемы поглощения слабо  окисленных нитрозных газов малоэффективны.

В промышленной практике очистки  отходящих газов от оксидов азота  использование адсорбентов весьма ограничено.

Эффективными поглотителями NO2 являются активные угли, но их недостаток в том, что при контакте с газом  они нагреваются и возможно воспламенение  и взрыв. Возможно использование  других адсорбентов: селикогели, алюмогели и др.

Методы каталитической и  термической очистки газов. Для  обезвреживания газов от оксидов  азота применяют высокотемпературное  каталитическое восстановление – процесс  происходит при контактировании нитрозных газов с газами-восстановителями на поверхности катализаторов; селективное каталитическое восстановление – используемый восстановитель реагирует с NOх и почти не взаимодействует с находящимся в газах кислородом; разложение гетерогенными восстановит елями – процесс может проходить как с использование катализатора, так и без использования его.

 

Очистка газов  от оксида углерода

 

Для очистки газов от диоксида углерода используют абсорбцию или  промывку газа жидким азотом. Абсорбцию  проводят также водно-аммиачными растворами закисных солей ацетата, формиата или  карбоната меди.

Абсорбция оксида углерода медь-алюминий-хлоридными растворами. Этот метод применяют при наличии в газе кислорода и больших количеств диоксида углерода. Процесс основан на химической абсорбции оксида углерода раствором смешанной соли тетрахлорида меди и алюминия в различных ароматических углеводородах с образованием комплекса с оксидом углерода.

Предварительно осушенный  газ подают в абсорбер, который  орошается регенерированным раствором. Насыщенный оксидом углерода раствор, выходящий из абсорбера, подогревают  до 100оС и направляют в промежуточный  десорбер, где поддерживают давление 0,25 МПа. Десорбер орошают регенерированным раствором для поглощения СО, выделяющегося при десорбции. Частично регенерированный раствор после теплообменника поступает в регенератор, где регенерируется при 135–180°С. Затем раствор охлаждают и подают в отстойник, из которого направляют в абсорбер и десорбер. Выделенный из газовых потоков растворитель (толуол) возвращают в систему приготовления раствора.

Методы каталитической и  термической очистки газов. Для  окисления СО используют марганцевые, медно-хромовые и содержащие металлы платиновой группы катализаторы. В зависимости от состава отходящих газов в промышленности применяются различные технологические схемы очистки.

 

Адсорбция паров  летучих растворителей

 

Рекуперация органических растворителей  имеет как экономическое, так  и экологическое значение. Выбросы  паров растворителей происходят при их хранении и при использовании в технологических процессах. Для их рекуперации наибольшее распространение получили методы адсорбции.

Улавливание паров возможно любыми мелкопористыми адсорбентами: активными углями, силикагелями, алюмогелями, цеолитами, пористыми стеклами и т.п. Однако активные угли, являющиеся гидрофобными адсорбентами наиболее предпочтительны для решения этой задачи: при относительной влажности очищаемых паровоздушных или парогазовых потоков до 50% влага практически не влияет на сорбируемость паров органических растворителей. Рентабельность адсорбционных установок с использованием активных углей зависит от концентрации в очищаемых газах паров летучих органических растворителей.

Поглощение паров летучих  растворителей можно проводить  в стационарных (неподвижных), кипящих  и плотных движущихся слоях поглотителя, однако в производственной практике наиболее распространенными являются рекуперационные установки со стационарным слоем адсорбента, размещаемым в вертикальных, горизонтальных или кольцевых адсорберах. Адсорберы вертикального типа обычно используют при небольших потоках подлежащих очистке паровоздушных (парогазовых) смесей, горизонтальные и кольцевые аппараты служат, как правило, для обработки таких смесей при высоких (десятки и сотни тысяч кубометров в час) скоростях потоков.

С целью достижения более  глубокой очистки обрабатываемых потоков  от паров летучих растворителей  используют комбинированные методы, сочетающие различные процессы.

Методы каталитической и  термической очистки газов. Токсические  пары органических веществ подвергают деструктивной каталитической очистке. Катализаторы для таких процессов  приготовляют на основе меди, хрома, кобальта, марганца, никеля, платины и др. металлов. В отдельных случаях применяют  природные материалы.

Среди катализаторов условно  различают цельнометаллические, смешанные, керамические, насыпные.

Используемые в практике установки каталитической очистки  различают конструкцией контактных аппаратов, способами повышения  до необходимого уровня температуры  поступающих газов, используемыми  катализаторами, приемами рекуперации  тепла, наличием ре цикла обезвреженных  газов.

Таким образом, известны различные  методы и аппараты очистки пылегазовых  выбросов от вредных загрязнителей, но их внедрение в технологию очистки  зависит от их недостатков.

 

Литература

 

В.Л. Дикарь, А.Г. Дейнека, И.Д. Михайлив «Основы экологии и природопользования». – Харьков; ООО «Олант», 2002 г. – 384 с.