Способы очистки промышленных выбросов

Увеличение скорости способствует осаждению частиц пыли на каплях воды. В диффузорной части сопла  Вентури скорость потока мокрых газов уменьшается до 10...20 м/с. Этот поток подается в корпус 3, где под действием сил гравитации происходит осаждение загрязненных пылью капель. В верхнюю часть корпуса выходит очищенный газ, а в нижнюю попадает шлам. Эффективность скрубберов Вентури 0,97...0,98. Расход воды составляет 0,4...0,6 л/м3.

Полый скруббер представляет собой  колонну круглого сечения. В нее  подается жидкость через систему  форсунок, число которых может  достигать 14...16 по сечению колонны. В насадочном скруббере используется система поперечного орошения с наклонно установленной насадкой. Эффективность таких систем достигает 0,9.

Среди систем мокрой пылеочистки высокая  эффективность отмечена в скрубберах ударно-инерционного действия.

В этих аппаратах контакт газов  с жидкостью осуществляется при ударе газового потока о поверхность жидкости с последующим пропусканием газожидкостной взвеси через отверстия различной конфигурации или непосредственным отводом газожидкостной взвеси в сепаратор жидкой фазы. Один из вариантов такого скруббера состоит из цилиндрического кожуха, сливного конического бункера, корпуса и выхлопной трубы для вывода очищенного воздуха (газа).

Запыленный воздух поступает через  воздуховод в вертикальный стояк. Перед  поворотом на 180° воздух ударяется  о поверхность воды, вследствие чего сепарируются крупные частицы пыли. Далее воздух проходит через решетку с отверстиями. На нее же через трубу подается вода, излишки которой сливаются через трубу и частично через отверстия решетки. Между решеткой и уровнем образуется водяная пена, которая затем распространяется в объеме, заполненном короткими фарфоровыми цилиндрами. Мелкие частицы пыли последовательно улавливаются в пене, а затем в объеме.

Электрофильтры. Их работа основана на одном из наиболее эффективных видов очистки газов от пыли - электрическом. Следует отметить, что электрофильтры также используются и для очистки тумана. Основной принцип работы - ударная ионизация газа в неоднородном электрическом поле, которое создается в зазоре между коронирующим 1 и осадительным 2 электродами (рисунок 4).

 

Рисунок 4 - Схема расположения электродов в электрофильтре

 

Напряжение к электродам подается от выпрямителя 4. Силовые линии 3 направлены от осадительного электрода к  коронирующему.

Загрязненные газы, попав между  электродами, способны проводить электрический ток вследствие имеющейся частичной ионизации. При увеличении напряжения электрического тока число ионов растет, пока не наступит предельное насыщение, и все ионы не окажутся вовлеченными в движение от одного электрода к другому. Отрицательно заряженные частицы движутся к осадительному электроду, а положительно заряженные оседают на коронирующем электроде. Так как большинство частиц пыли получают отрицательный заряд, основная масса пыли осаждается на положительном осадительном электроде, с которого пыль легко удаляется.

Эффективность очистки газов электрофильтрами достигает 0,9-0,99, производительность их составляет до 1 млн. м3/ч.

Фильтры. Широко используются для тонкой очистки промышленных выбросов. Работа их основана на фильтровании воздуха через пористую перегородку, в процессе которой твердые частицы примесей задерживаются на ней. В общем случае в корпусе 1 фильтра расположена воздухопроницаемая перегородка 2, на которой осаждаются улавливаемые частицы 3 (рисунок 5).

 

Рисунок 5 - Схема процесса фильтрации

 

В фильтрах применяются перегородки  различных типов:

) в виде зернистых слоев, например  гравия (неподвижные свободно насыпанные  материалы);

) гибкие пористые (ткани, войлоки,  губчатая резина, пенополиуретан);

) полужесткие пористые (вязаные сетки, прессованные спирали и стружка);

) жесткие пористые (пористая керамика, пористые металлы).

Фильтры 1-го типа (из гравия) используются для очистки от пылей механического  происхождения (дробилок, грохота, мельниц); они дешевы, просты в эксплуатации, эффективность 0,99.

Фильтры 2-го типа широко используются для тонкой очистки газов от примесей; их основные недостатки - малая термостойкость, низкая прочность.

Фильтры 3-го типа, изготавливаемые  из различных сталей, меди, бронзы, никеля и других металлов, могут работать в широком диапазоне частот до 1000 К, в агрессивных средах.

Фильтры 4-го типа, изготавливаемые  из пористой керамики и пористых металлов, обладают высокой прочностью, коррозионной стойкостью, жаростойкостью; они технологичны, находят широкое применение для очистки горючих газов и жидкостей, выбросов дыма, туманов, кислот, масел.

В промышленности наиболее употребительны тканевые рукавные фильтры. В корпусе  фильтра устанавливается необходимое  число рукавов, на которые подается загрязненный воздух, при этом очищенный воздух выходит через патрубок. Частицы загрязнений оседают на фильтре. Насыщенные загрязненными частицами рукава продувают и встряхивают для удаления осажденных частиц пыли. Эффективность таких фильтров достигает 0,99 для частиц размером более 0,5 мкм.

Туманоуловители. Для очистки воздуха от туманов, кислот, щелочей, масел и других жидкостей используются волокнистые фильтры, принцип действия которых основан на осаждении капель на поверхности пор с последующим их стеканием под действием гравитационных сил. В пространстве между двумя цилиндрами, изготовленными из сеток, размещается волокнистый фильтрующий материал. Жидкость, оседающая на фильтрующем материале, стекает через гидрозатвор в приемное устройство. Крепление к корпусу туманоуловителя осуществляется фланцами.

В качестве материала фильтрующего элемента используется войлок, лавсан, полипропилен и другие материалы  толщиной 5...15 см. Эффективность туманоуловителей для размеров частиц менее 3 мкм может  достигать 0,99.

Для улавливания кислотных туманов  применяются также сухие электрофильтры.

В настоящее время в целом  по промышленности улавливается около 90 % пыли, образующейся на различных  стадиях производства, и только 10 % различных аэрозолей выбрасывается  в атмосферный воздух. Такого нельзя сказать о газо- и парообразных примесях вредных веществ, содержащихся в газовоздушных выбросах промышленного производства. Несмотря на то, что эти примеси представляют собой большую опасность для окружающей среды, их улавливается или обезвреживается только около 10 %, а более 90 % вредных газов и паров поступает в воздушный бассейн.

 

2.1.4Метод абсорбции  и адсорбции.

Абсорбция - это процесс поглощения газов или паров из газовых или паровых смесей жидкими поглотителями - абсорбентами. Различают физическую и химическую абсорбцию. При физической абсорбции молекулы поглощаемого вещества (абсорбтива) не вступают с молекулами абсорбента в химическую реакцию. При этом над раствором существует определенное равновесное давление компонента. Процесс абсорбции проходит до тех пор, пока парциальное давление целевого компонента в газовой фазе выше равновесного давления над раствором.

При химической абсорбции молекулы абсорбтива вступают в химическое взаимодействие с активными компонентами абсорбента, образуя новое химическое соединение. При этом равновесное давление компонента над раствором ничтожно мало по сравнению с физической абсорбцией и возможно полное его извлечение из газовой среды.

Процесс абсорбции является избирательным  и обратимым. Избирательность - это поглощение конкретного целевого компонента (абсорбтива) из смеси при помощи абсорбента определенного типа. Процесс является обратимым, так как поглощенное вещество может быть снова извлечено из абсорбента (десорбция), а абсорбтив снова может быть использован в процессе.

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 ней 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 используют серную кислоту, а ароматических углеводородов (из коксового газа) - вязкие масла.

Установки, реализующие метод абсорбции, называются абсорберами. В абсорберах жидкость дробится на мелкие капли для обеспечения более высокого контакта с газовой средой. В орошаемом скруббер-абсорбере насадка размещается в плоскости вертикальной колонны. В качестве насадки используют кольца с перфорированными стенками, изготавливаемыми из металла, керамики, пластмассы и других материалов с максимальной коррозионной устойчивостью. Орошение колонн абсорбентом осуществляется из разбрызгивателей. Загрязненный газ поступает снизу и направляется вверх, подвергаясь непрерывной очистке.

Скорость абсорбции зависит  главным образом от температуры  и давления: чем выше давление и  ниже температура, тем выше скорость абсорбции. Все аппараты жидкостной абсорбции делятся на три типа: колонные, тарельчатые и насадочные абсорберы.

Метод хемосорбции  основан на поглощении газов и паров твердыми или жидкими поглотителями с образованием химических соединений. Реакции хемосорбции экзотермические. В качестве примера хемосорбции рассмотрим очистку газовой смеси от сероводорода мышьякощелочным методом.

При мышьякощелочном методе извлекаемый  водород связывается оксисульфомышьяковой солью, находящейся в водном растворе.

Установки для хемосорбции внешне напоминают используемые при методе абсорбции. Оба эти метода называются мокрыми и в зависимости от очищаемого компонента и применяемого растворителя или поглотителя их эффективность может достигать 0,75...0,92. Основной недостаток мокрых методов в том, что при их реализации понижается температура газов, что уменьшает их эффективность.

Метод адсорбции основан на физических свойствах некоторых пористых материалов селективно извлекать из газовоздушной смеси 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.

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.). Катализатор, выполняемый в виде шаров, колец или спиральной проволоки, играет роль ускорителя химического процесса.

Добавка благородных металлов в виде пленки на поверхности катализатора составляет сотые доли процента к его массе.

Термический метод  или высокотемпературное дожигание, который иногда называют термической нейтрализацией, требует поддержания высоких температур очищаемого газа и наличия достаточного количества кислорода. В термических катализаторах сжигаются такие газы, как, например, углеводороды, оксид углерода, выбросы лакокрасочного производства. Эффективность этих систем очистки достигает 0,9...0,99, температура в зоне горения - 500...750°С.

Серьезной проблемой современности  являются значительные выбросы сернистого ангидрида и окислов азота, которые  разносятся на огромные расстояния и  выпадают в виде «кислотных дождей», заражая водоемы, зеленые насаждения, грунтовые воды. Выбросы этих вредных веществ наблюдаются в металлургии, при производстве серной кислоты и минеральных удобрений.

Наиболее перспективным направлением развития сернокислотного производства считают получение кислоты по схеме ДКДА (двойное контактирование - двойная абсорбция). Общая степень контактирования в процессе достигает 99,8%, дополнительной очистки газа от сернистого ангидрида не требуется, выбросы S02 в атмосферу в два-три раза ниже, чем при одностадийном контактировании; повышается коэффициент использования сырья.

 

Глава 3. Результаты исследований и их анализ

 

На практике реализуются следующие  варианты защиты атмосферного воздуха:

вывод токсичных веществ из помещений  общеобменной вентиляцией;

локализация токсичных веществ  в зоне их образования местной  вентиляцией, очистка загрязненного воздуха в специальных аппаратах и его возврат в производственное или бытовое помещение, если воздух после очистки в аппарате соответствует нормативным требованиям к приточному воздуху;

локализация токсичных веществ  в зоне их образования местной вентиляцией, очистка загрязненного воздуха в специальных аппаратах, выброс и рассеивание в атмосфере;

очистка технологических газовых  выбросов в специальных аппаратах, выброс и рассеивание в атмосфере; в ряде случаев перед выбросом отходящие газы разбавляют атмосферным воздухом;

очистка отработавших газов энергоустановок, например, двигателей внутреннего сгорания в специальных агрегатах, и выброс в атмосферу или производственную зону (рудники, карьеры, складские помещения  и т. п.)

Для соблюдения ПДК вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест устанавливают предельно допустимый выброс (ПДВ) вредных веществ из систем вытяжной вентиляции, различных технологических и энергетических установок.

Аппараты очистки вентиляционных и технологических выбросов в атмосферу делятся на: пылеуловители (сухие, электрические, фильтры, мокрые); туманоуловители (низкоскоростные и высокоскоростные); аппараты для улавливания паров и газов (абсорбционные, хемосорбционные, адсорбционные и нейтрализаторы); аппараты многоступенчатой очистки (уловители пыли и газов, уловители туманов и твердых примесей, многоступенчатые пылеуловители). Их работа характеризуется рядом параметров. Основными из них являются активность очистки, гидравлическое сопротивление и потребляемая мощность.

Широкое применение для очистки  газов от частиц получили сухие пылеуловители - циклоны различных типов.

Электрическая очистка (электрофильтры) - один из наиболее совершенных видов  очистки газов от взвешенных в  них частиц пыли и тумана. Этот процесс основан на ударной ионизации газа в зоне коронирующего разряда, передаче заряда ионов частицам примесей и осаждении последних на осадительных и коронирующих электродах. Для этого применяют электрофильтры.