Метод абсорбции

Содержание

 

Введение

Метод абсорбции

Метод хемосорбции

Метод адсорбции

Каталитический метод

Термический метод

Отчистка от SO2

Очистка от H₂S

Комплексная очистка газов от H₂S и SO₂

Комплексная очистка газов от H2S и CО2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2-3

3-5

5

5-6

6-7

7-8

8-9

9

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

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 + S↓ (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 (с_ост= 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.