Обоснование проектных решений при размещении производственных объектов

   По  объему очищаемого газа электрофильтры подразделяют на фильтры высокой  производительности (более 10 000 м³/ч) и малогабаритные электрофильтры (1 — 2 м³/ч).

   1.2. Очистка газовых выбросов от гомогенных примесей

   Рассмотрим  наиболее часто применяемые методы очистки газов от гомогенных примесей.

   Метод абсорбции. Абсорбция — это один из видов сорбционных процессов, который заключается в выделении одного из компонентов газообразных веществ из общего потока смеси путем поглощения его жидкостью.

   Абсорбент должен быть высокоселективным по отношению  к отделяемому компоненту и инертным по отношению к остальным составляющим газовой смеси. При увеличении давления и снижении температуры скорость абсорбции увеличивается.

   Для увеличения движущей силы и скорости процесса абсорбцию желательно вести в режиме противотока.

   Обратный  процесс выделения поглощенного газа из раствора абсорбента называется десорбцией. При изменении условий, например при снижении давления или повышения температуры, процесс становится обратимым и происходит выделение газового компонента из раствора. Таким образом, можно осуществить циклический процесс абсорбции - десорбции для концентрирования и утилизации отделяемого компонента, который нельзя было использовать при начальной его концентрации в очищаемом газе. Для проведения абсорбции используется разнообразное оборудование. Безнасадочные абсорбционные колонны представляют собой цилиндрические емкости, с противонаправленным движением газов и жидкости. Скорость движения газов в противоточном скруббере составляет 0,6—1,2 м/с.

   Преимущество  безнасадочных колонн состоит в  малом сопротивлении потоку газа, простоте конструкции и малых помехах, которые вызывает присутствие твердых частиц; недостаток — в невысокой эффективности процессов диффузии и массообмена. Такие абсорберы используют при абсорбции, протекающей при высоких скоростях, или в тех случаях, когда не требуется тщательной очистки газа.

   Насадочные  колонны широко применяют на практике. Часто в качестве насадок применяют кольца Рашига, которые регулярно уложены в аппарате или свободно насыпаны слоем высотой 1 — 3 м. Эффективность работы насадочных колонн зависит от площади поверхности насадки и однородности орошения. Преимущество абсорберов с насадкой — высокая эффективность процесса и возможность работать при большой скорости подачи газа.

   Метод адсорбции. Адсорбция — это поглощение газового компонента поверхностью твердого тела. Если между молекулами адсорбированного вещества и адсорбента не происходит никаких химических реакций и не образуется химических связей, то такой процесс называют физической адсорбцией. Физическая адсорбция протекает очень быстро и с выделением теплоты, в 1,5 — 2 раза превышающей теплоту конденсации. Адсорбированное на твердой поверхности вещество можно полностью удалить при обратном процессе — десорбции путем изменения условий, например, при повышении температуры или понижении давления. Адсорбент применяют повторно в циклическом процессе, а отделенное вещество используют по назначению. Химическая адсорбция, или хемосорбция, представляет такой процесс, при котором между адсорбированным веществом и поверхностью адсорбента происходит химическая реакция. При этом выделяется теплота, значительно превосходящая теплоту физической адсорбции. Связывание вещества на поверхности бывает настолько сильным, что вернуть хемосорбированное вещество вновь в газовую фазу иногда не представляется возможным.

   Метод конденсации. Конденсация — переход вещества из газообразного состояния в твердое или жидкое — применяется для удаления некоторых выбросов, образующихся в технологических процессах. В этих случаях значительная часть пара удаляется за счет охлаждения до температуры ниже точки росы.

   Процесс осуществляется либо в поверхностных  конденсаторах, таких как спиральные или трубчатые теплообменники, с  использованием жидкой охлаждающей среды, либо в инжекторных конденсаторах, где охлаждающая жидкость впрыскивается в корпус конденсатора и смешивается с очищаемым газом, отбирая теплоту от его паров. Поверхностные конденсаторы применяют для отделения веществ, смешивающихся с охлаждающейся жидкостью; инжекторные — веществ, которые не смешиваются между собой (в этом случае жидкости разделяют после охлаждения в сепараторе).

   Реагентные  методы очистки. Включают процессы химического окисления и восстановления, термоокисление и каталитическое окисление.

   Химическое  окисление или восстановление применяется в тех случаях, когда загрязняющее вещество с помощью этих реакций можно перевести в безвредное соединение, или получить промежуточный продукт, более пригодный для дальнейшей переработки. В процессе окисления чаще всего используют атмосферный кислород.

   Процессы  окисления или восстановления при  нормальных условиях могут протекать недостаточно быстро. По этой причине часто используют повышенные температуру и давление или катализаторы. Различают две разновидности процесса — термоокисление и каталитическое окисление.

   Термоокисление  применяют особенно часто в нефтехимических производствах. Выбросы этих предприятий содержат органические вещества, которые могут быть сожжены с образованием диоксида углерода, воды и других нетоксичных веществ. Сгорание должно быть полным и это зависит от температуры, при которой оно происходит. Газы и пары полностью сгорают при температуре выше 800 °С. В процессе горения для предотвращения образования сажи необходим 2 —3%-й избыток воздуха.

   Если  теплотворной способности газовой смеси достаточно для образования стабильного пламени, то газы с самовоспламеняющимися веществами можно сжигать в факеле. Такой способ применим на нефтеперегонных и нефтеперерабатывающих предприятиях. Сжигание осуществляется на высоте около 100 м. Сжигание в замкнутом пространстве используется при реализации длительных непрерывных процессов с возможностью утилизации теплоты сгорания.

   Каталитическое  окисление применяют в тех случаях, когда концентрация горючих веществ в газе невелика или когда требуется предварительный нагрев до 800 °С. Катализаторы гарантируют весьма быстрое и полное протекание реакции горения даже при относительно низких температурах. Горение на поверхности катализатора протекает без образования пламени и не зависит от температуры зажигания. Современные катализаторы позволяют осуществлять обыкновенное сжигание при 250 °С. При 300 °С достигается 90%-я эффективность процесса, а при 350—400 °С— 99%-я.

   Катализаторы  представляют собой либо металлы  в элементарном состоянии, либо оксиды или соли, нанесенные на инертные носители. Чаще всего применяют платину, другие металлы платиновой группы, а также железо, хром, кобальт, никель, ванадий, медь, молибден. Катализаторы чувствительны к присутствию в сжигаемых газах некоторых веществ, которые действуют как каталитические яды. Наиболее разрушительными ядами являются галогены, которые образуют летучие галогениды металлов, что приводит к образованию каталитически неактивных соединений.

   Особенность процессов каталитической очистки газов состоит в том, что они протекают при малых концентрациях удаляемых примесей. Основным достоинством метода является высокая степень очистки. Каталитическое окисление используют для удаления диоксида серы из дымовых газов, а каталитическое восстановление — для обезвреживания газов от оксидов азота. Методы каталитической очистки широко применяют для удаления органических примесей.

1.3. Методы очистки отходящих газов от сероводорода и сероуглерода

   Для выделения сероводорода из отходящих газов при производстве кокса и очистке природного газа применяют методы, которые можно разделить на две группы:

   1) гидросульфит абсорбируют из  газовой смеси веществом, которое  затем регенерируют в процессе  десорбции;

   2) гидросульфид одновременно адсорбируют и окисляют до конечного продукта — серы.

   Методы  абсорбции. При проведении процессов очистки методом абсорбции в качестве абсорбентов используют растворы фенолята натрия, моно- и диэтаноламина, карбонатов щелочных металлов.

   Этаноламиновый  процесс очистки (процесс Джирботол). В этом процессе в качестве абсорбента применяют моноэтаноламин или диэтаноламин.

   Моноэтаноламин  используют в виде раствора концентрацией 15 —20 %. Процесс абсорбции осуществляют в тарельчатой колонне. Эффективность процесса очень высока, и остаточная концентрация сероводорода в очищенном газе менее 1 ppm. Отработанный раствор моноэтаноламина вместе с поглощенным сероводородом подают в колонну десорбции, где H₂S десорбируют паром. При этом получают концентрированный гидросульфид, который может быть переработан на элементарную серу.

   Аналогичный процесс разработан с использованием диэтаноламина. Преимущество этого варианта заключается в применении абсорбирующего вещества с большей концентрацией и при более высоком давлении. Высокая эффективность очистки достигается при использовании меньшего количества поглотителя.

   Данный  метод применяют для очистки  природного газа.

   Абсорбция сероводорода растворами солей. Разработано несколько вариантов такого процесса.

   В процессе Сиборд используют разбавленный раствор карбоната калия или натрия. Применяют двухстадийную схему очистки, так как за один проход поглощается только 85 — 92% сероводорода. После насыщения абсорбционный раствор регенерируют сжатым воздухом.

   В модифицированном варианте этого способа на стадии регенерации применяют пар низкого давления. Это уменьшает количество раствора, используемого на стадии абсорбции.

   Еще один вариант — горячий карбонатный  процесс, называемый также горячим поташным процессом. В качестве поглотителя используют растворы карбоната натрия или калия. Применение высокой температуры позволяет повысить концентрацию раствора карбоната до 40 %. Процесс отличается высокой эффективностью.

   Фосфатный процесс аналогичен горячему карбонатному процессу, и в нем сероводород абсорбируется раствором, содержащим 30 —32 % фосфата калия.

   Окислительные методы очистки газов  от сероводорода. Эти процессы совмещают очистку газов от сероводорода с одновременным окислением его до элементарной серы. Есть несколько разновидностей таких процессов.

   Феррокс-процесс. По этому способу сероводород абсорбируется суспензией 3%-го карбоната натрия и 0,4%-го оксида железа(III). Первоначально сероводород конвертируется в бисульфид натрия под действием карбоната натрия. Затем он реагирует с оксидом железа с образованием сульфида железа. Раствор обрабатывают кислородом воздуха, в результате выделяется элементарная сера, а регенерированный оксид железа возвращается в абсорбер. Процесс осложнен протеканием побочных реакций образования тиоцианатов и тиосульфатов металлов. Остаточное содержание сероводорода составляет около 5 ppm.

   Тилокс-процесс. Этот метод применяют при очистке газов с высоким содержанием сероводорода. Поглощение осуществляют нейтральным раствором тиоарсената натрия. Насыщенный абсорбционный раствор регенерируют барботажем воздуха. В результате образуется мелкодисперсная сера, которая удаляется с поверхности раствора. Процесс отличает высокая эффективность. Недостаток заключается в загрязнении серы соединениями мышьяка.

   Стретфорд-процесс. Сероводород выделяют из смеси газов посредством поглощения его раствором, содержащим щелочной органический реагент и ванадат аммония, с одновременным поучением высококачественной серы. Процесс непрерывный. Гидросульфид окисляется с образованием серы, выделяющейся в виде тонкодисперсной суспензии. Суспензию концентрируют, а затем серу отфильтровывают и очищают промывкой. Процесс можно применять для очистки отходящих газов многих производств — получения вискозного волокна, коксового и природного газов.

   Клаус-процесс. Этот процесс применяется для переработки газов с высоким содержанием сероводорода. Оборудование включает цилиндрический реактор диаметром 10 м и высотой 5 — 6 м, в котором на решетку помещен катализатор (боксит) слоем толщиной 2 м. Очищаемый газ проходит сверху вниз. При этом сероводород окисляется кислородом в соответствии с реакцией:

   2H₂S + 0₂ 2Н₂0 + 2S                                                                                  (1)