Очистка газовых выбросов на промышленном предприятии

 

ФБГОУ  ВПО Кубанский государственный технологический университет

 

 

Кафедра  МАПП

 

 

Факультет  «Машиностроения  и автосервиса»

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

 

 

на тему: «Очистка газовых выбросов на промышленном предприятии»

 

по дисциплине: «Эксплуатационные  материалы и экономия топливно-энергетических ресурсов»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент гр.

 

08-М-СП1  Орлов А.Г.

 

Проверил:        доцент

Орлов Б.Ю.

 

 

 

 

Краснодар 2012

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

 

1 Введение……………………………………………………………………..3

 

2 Очистка промышленных газов от окислов азота……………………..4

 

3 Очистка газов от двуокиси серы………………………………………. 14

 

4 Очистка газов от сероводорода…………………………………………20

 

5 Очистка газов от СО₂ …………………………………………………….24

 

6 Список использованной литературы…………………………………..27

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ВВЕДЕНИЕ

Газообразные выбросы  очень неблагоприятно влияют на экологическую  обстановку в местах расположения этих промышленных предприятий, а также  ухудшают санитарно-гигиенические  условия труда. К агрессивным  массовым выбросам относятся окислы азота, сероводород, сернистый, углекислый и многие другие газы.

Например, азотнокислотные, сернокислотные и другие заводы нашей  страны ежегодно выбрасывают в атмосферу  десятки миллионов кубометров окислов азота, представляющих собой сильный и опасный яд. Из этих окислов азота можно было бы выработать тысячи тонн азотной кислоты.

Не менее важной задачей  является очистка газов от двуокиси серы. Общее количество серы, которое выбрасывается в нашей стране в атмосферу только в виде сернистого газа, составляет около 16 млн. т. в год. Из этого количества серы можно выработать до 40 млн. т.  серной кислоты.

Значительное количество серы, главным образом, в виде сероводорода содержится в коксовом газе.

Серосодержащий газ, используемый в металлургической промышленности для обогрева мартеновских и нагревательных печей, вызывает угар металла и повышает содержание серы и стали, ухудшая ее качество. Потери металла при этом исчисляются сотнями тысяч тонн в год.

С дымовыми газами из заводских  труб и энергетических установок ежегодно выбрасываются в атмосферу несколько миллиардов кубометров углекислого газа. Этот газ может быть использован для получения эффективных углеродсодержащих удобрений.

Приведенные примеры  показывают, какие огромные материальные ценности выбрасываются в атмосферу с газообразными выбросами.

Но более серьезный  ущерб эти выбросы приносят тем, что они отравляют воздушный бассейн в городах и на предприятиях: ядовитые газы губят растительность, крайне вредно действуют на здоровье людей и животных, разрушают металлические сооружения и коррозируют оборудование.

Хотя в последние  годы отечественные промышленные предприятия  работают не на полную мощность, но проблема борьбы с вредными выбросами стоит очень остро. А учитывая общую экологическую обстановку на планете, необходимо принять самые срочные и самые радикальные меры по очистке выбросных газов от вредных примесей.

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ОЧИСТКА ПРОМЫШЛЕННЫХ ГАЗОВ ОТ ОКИСЛОВ  АЗОТА

Существующие методы очистки подразделяются на три группы: поглощение окислов азота жидкими сорбентами, поглощение окислов азота твердыми сорбентами и восстановление окислов азота до элементарного азота на катализаторе.

Наиболее распространенным методом в нашей стране является очистка газов от окислов азота  путем поглощения их растворами Na₂CO₃ и Са (ОН)₂ , сравнительно реже — NaOH и КОН.

Метод щелочной очистки  требует больших капитальных  затрат и эксплуатационных расходов, но главный его недостаток в том, что степень абсорбции окислов азота не превышает 60—75% и, таким образом, этот метод не обеспечивает санитарной нормы очистки газов. Полученные в процессе очистки щелока нуждаются в дальнейшей многостадийной переработке для получения из них твердых солей.

Метод поглощения окислов  азота твердыми сорбентами — силикагелем, алюмогелем, активированным углем и другими твердыми поглотителями — не нашел промышленного применения из-за сложности, малой надежности и дороговизны.

Метод каталитического  восстановления окислов азота начал  применяться только в последние годы и пока является наиболее совершенным методом. Главными его недостатками являются:

большие капитальные  затраты; громоздкость оборудования, изготовляемого из дефицитной нержавеющей стали; необходимость применения дорогостоящего катализатора; большие потери катализатора при регенерации; значительные расходы газов восстановителей (Н₂, СН₄ или СО). В результате каталитической очистки в атмосферу выбрасывается другой ядовитый газ — окись углерода в количестве 0,10-0,15 %.  Кроме того, каталитическая очистка не предусматривает утилизацию окислов азота и применима лишь в случае очистки слабо концентрированных газов, содержащих лишь до 0,5 %  NO+NO₂ и до 4-5 % кислорода.

Основная трудность  очистки выхлопных газов от окислов  азота состоит в том, что в  газах присутствуют окислы азота  с различной степенью окисленности: газы слабо окисленные (содержание окиси азота в газе более 60% от общего количества NO+NO₂ средне окисленные (содержание NO в пределах 45-60%) высоко окисленные (окислы азота преимущественно в виде NO₂ более 60-70 % от их общего количества). Наиболее трудно производить очистку слабо окисленных газов. Двуокись и высшие окислы азота сравнительно хорошо поглощаются водой и водными растворами некоторых солей, окись азота (NO) большинством из указанных растворов не поглощается. Для полного поглощения окислов азота из газовых смесей необходимо предварительное окисление NO до NO₂ не менее чем на 50—55%.

 

Разработаны конструкции  абсорбционных аппаратов, работающих при высоко турбулентном режиме, — это механические ротационные аппараты горизонтального и вертикального типов и полые распылительные абсорберы.

Поглощение окислов  азота жидкими сорбентами в механических абсорберах с большим числом оборотов. Влияние гидродинамических условий на скорость абсорбции окислов азота определялись в механических абсорберах с большим числом оборотов, а в качестве поглотителей испытывались растворы Са (ОН)₂, NH₃, Na₂CO₃ и др.

Общий вид горизонтального  механического абсорбера показан  на рис. 1. Аппарат представляет собой  разъемный цилиндр 1, выполненный из нержавеющей стали. Внутри цилиндра на подшипниках

                                      

 

 

 

 

 

Рис. 1. Общий  вид горизонтального механического  абсорбера.

установлен вал 4 с закрепленными на нем перфорированными дисками 5. Вал приводится в движение электродвигателем 2 через редуктор 3 или клиноременную передачу.

На 1/3  диаметра диски имеют радиальные разрезы, с помощью которых формируются  лопатки, отогнутые навстречу друг другу под углом 15—17°. Области  между дисками в аппарате разделены  полудисками, создающими зигзагообразное движение газа в аппарате.

При вращении дисков лопатки захватывают  жидкость, которая заполняет нижнюю часть аппарата и распыляет ее по всему объему аппарата, при этом обеспечивается интенсивное перемешивание газа с жидкостью и высокоразвитая поверхность контакта фаз.

Поглощение окислов азота раствором  Са (ОН)₂ протекает с образованием нитрит-нитратных солей по уравнению

4 NО₂ + 2 Са (ОН)₂ == Са (NO₃)₂ + Са (NO₂)₂ + 2 Н₂О.

В случае взаимодействия Са(ОН)₂ с N₂O₃   образуется только Са(NО₂)₂ по уравнению

 

N₂О₃ + Са (ОН)₂ = Са (NО₂)₂ +  Н₂О.

Механические абсорберы  являются эффективными массообменными аппаратами, но применение их наиболее целесообразно при переработке сравнительно небольших количеств газа.

Рис. 2. Схема  установки по очистке газов от окислов  азота в равно проточной полой башне.

Очистка газов  от окислов азота в равно проточной  полой башне. Схема установки показана на рис. 2. Основным аппаратом является полый равно проточный абсорбер, представляющий собой цилиндрическую башню, в верхней части которой установлен центробежный объемный распылитель.

Газ, содержащий окислы азота, из общего газопровода 1 по трубе 2 через задвижку 3 поступает в аппарат барботажного типа 4, в котором регулируется степень окисленности окислов азота, а в случае необходимости и концентрация газа.

Из барботера газ  через теплообменник 5 и измерительную диафрагму 10 поступает в абсорбционную башню, в нижней части которой размещен экран из слоя колец Рашига 22. Благодаря экрану газ равномерно распределяется по всему сечению башни и движется противотоком навстречу диспергируемой жидкости. С целью создания равномерного движения газа по сечению в верхней части башни устанавливается второй экран 18, пройдя через который газ через выхлопную трубу 16 выбрасывается в атмосферу. Поглотительная жидкость поступает из напорного бака 8 через вентиль 3 и ротаметр 13 в приемную камеру распылительного устройства. Распыленная жидкость, благодаря наличию в башне отражательных колец 20, равномерно распределяется по всему сечению башни. Через штуцер жидкость поступает в приемный сосуд 12, оборудованный гидравлическим затвором, а оттуда забирается насосом 11 и снова подается в напорный бачок. Количество поступающего на абсорбцию нитрозного газа регулируется с помощью задвижки и измерительной диафрагмы. Температура газа меняется при прохождении через трубчатый теплообменник, в межтрубное пространство которого подается холодная вода или пар.

Температура поглотительного  раствора изменяется путем предварительного подогрева или охлаждения его в приемном бачке. Средняя температура в зоне реакции измеряется с помощью ртутного термометра 17.

Установлено, что в  полых распылительных абсорберах может  быть достигнута высокая степень абсорбции окислов азота до 86— 88% и более.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Очистка газов  от окислов азота в аппаратах  комбинированного типа.

Рис. 3 - Схема промышленной установки для очистки газов от окислов азота в аппаратах комбинированного типа

Разработана конструкция  абсорбционного аппарата, в нижней части которого установлен механический разбрызгиватель, приводимый во вращение электродвигателем через клиноременную передачу. Такие абсорберы успешно эксплуатируются на предприятиях, выбрасывающих газы с большим содержанием окислов азота.

Комбинированные аппараты, или вертикальные механические абсорберы, хорошо зарекомендовали себя в эксплуатации. Некоторые из этих установок, предназначенные для санитарной очистки газов от окислов азота, включают две ступени абсорбции с одним или двумя различными поглотителями. На одной из действующих установок (рис. 3) в качестве поглотителя первой ступени применяется раствор NаОН, а на второй ступени для доочистки газа используется слабый водно-аммиачный раствор, содержащий до 1,5—2,0% аммиака.

Газы, поступающие на очистку, проходят по газоходу через клапан 2 и поступают в общий коллектор 3. Пройдя регулятор напора 4, газ через магистральный клапан 5 направляется по газоходу 7 в абсорбер первой ступени 14. Если температура поступающего газа ниже 0° С, он дополнительно нагревается до 10, 30°С в теплообменнике 6, в межтрубное пространство которого подается пар. Регулятор напора 4 автоматически, независимо от давления в общем коллекторе, обеспечивает определенный равномерный расход газа в течение всего периода его подачи в абсорбер. Если газ имеет температуру 250—350°С, он, как правило, содержит большое количество NО и поэтому, кроме охлаждения, нуждается в доокислении. С этой целью газ направляется через клапан 8 в теплообменник 9, где охлаждается до температуры 18—30°С и далее поступает в регулятор напора 10, после чего направляется в доокислитель 11. Сюда же высоконапорным вентилятором 12 через клапан 13 подается воздух в количестве, необходимом для окисления окиси азота. Объем доокисления рассчитан таким образом, что проходящий через него газ успевает окислиться не менее, чем на 50%, что необходимо для полной очистки газов от окислов азота. Охлажденный и окисленный газ по газоходу 7 поступает на очистку в абсорбер первой ступени 14.

Система очистки газов состоит из двух последовательно установленных абсорберов 14 и 34, имеющих автономное орошение.

Орошение абсорбера  первой ступени производится 8—10%-ным  водным раствором NаОН из бака 23, второй ступени — 3—4%-ным водным раствором NН₄OН с помощью центробежных насосов 22. Приготовление рабочих растворов NаОН и NН₄OН осуществляется в баках 23, 24 и 27.

Уровень в баках приготовления  автоматически поддерживается уравнемером 30, поплавками 32 и регуляторами 28 и 29. Слив отработанной жидкости производится через вентили 33; регулировка подачи жидкости на абсорберы осуществляется вентилями 31.

Отделение капелек жидкости от очищенного газа происходит на колпачковой тарелке 35.

Остановка системы производится автоматически, как только давление во входных штуцерах понизится и сработает реле давления 1. Автоматическое управление второй системой, работающей на аммиачной воде, осуществляется по аналогичной схеме. При использовании более концентрированных растворов увеличиваются потери аммиака с отходящими газами.

При работе установки уже после первого каскада щелочной очистки концентрация окислов азота в газе составляет 0,12—0,63%. Степень очистки газа при этом равна 95—99%. После аммиачного каскада очистки окислы азота в отходящем газе не обнаруживаются.

Успешная очистка газов от окислов азота до санитарных норм достигается и в случае, если орошение второго абсорбера производится раствором NаОН

Очистка газов  от слабоокисленных окислов азота. Наибольшую трудность в промышленных условиях представляет поглощение окислов азота с низкой степенью окисленности. Из-за избыточного количества окиси азота в этих газах необходимо подобрать такой поглотитель, который вступал бы в химическое соединение с NО или окислял ее до высших окислов. К первой группе относятся растворы солей кобальта, никеля, меди, марганца, двухвалентного железа, сульфиты натрия и аммония, ко второй — окислители, растворы перекиси водорода, марганцевокислого калия и др.

Поглощение  окиси азота растворами сернокислой  закиси железа. Пределом химической сорбции NО раствором FeSO₄ является молярное отношение NО к Fе++ равное 1:1. Присутствие в растворе FеSO₄ серной и азотной кислот, солей или органических добавок снижает поглотительную способность раствора.

При сравнительно низких концентрациях NО в газе, в интервале скоростей газа от 0,1 до 1 м/сек, коэффициенты абсорбции NО увеличиваются пропорционально степени 0,8 линейной скорости газа.

При абсорбции NО в  условиях высокотурбулентного режима основными факторами, определяющими  скорость процесса, являются: окружная скорость дисков, объемная скорость газа и парциальное давление окиси азота в газе. Абсорбция NO растворами FeSO₄ при интенсивном перемешивании газовой и жидкой фазы протекает со значительной скоростью, превышающей скорость абсорбции окислов азота растворами щелочей при тех же условиях. Для очистки газа от небольших концентраций окислов азота могут быть применены отбросные травильные растворы металлообрабатывающих заводов с последующей регенерацией раствора и получением окиси азота в концентрированном виде.