Аппараты и системы очистки выбросов оксидов азота и серы на химических предприятиях

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

 

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ 
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ 
«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ ЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»

 

 

 

 

 

 

 

ЭКОЛОГИ

 

Аппараты и системы очистки выбросов оксидов азота и серы на химических  предприятиях.

 

 

 

 

 

Составитель:   студент группы РРБО-02-14 Прохоров С.В.

 

 

Москва 2015

 

  Содержание

 

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

1. Способы очистки промышленных газовых выбросов от оксидов азота………4

2. Очистка продуктов сгорания от окислов серы на химических предприятиях…………………………………………………………..…………...10

Заключение…………………………………………………………………….……15

Список использованной литературы………………………………………………16

            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                     Введение

 

        Высокое  содержание в атмосферном воздухе  различных загрязнителей неблагоприятно  сказывается на всем комплексе  живой природы. Отрицательное влияние  загрязнения атмосферы выражается  в ухудшении здоровья людей  и животных, снижении урожайности  сельскохозяйственных культур и  продуктивности животных. Воздействию  вредных веществ подвержены лесные  угодья. Загрязнение атмосферы влияет  на коррозионные процессы строительных  конструкций, ускорение износа зданий  и оборудования.

           В настоящее время с ростом  и бурным развитием промышленности  большое внимание уделяется ее  экологической обоснованности, а  именно проблеме очистке и  утилизации отходов. В данной  работе рассматривается два вида  отходов промышленности - газовые  выбросы предприятий и выбросы  серы химических предприятий.

          Длительное время локальные загрязнения  атмосферы сравнительно быстро  разбавлялись массами чистого  воздуха. Пыль, дым, газы рассеивались  воздушными потоками и выпадали  на землю с дождем и снегом, нейтрализовались, вступая в реакции  с природными соединениями. Сейчас  объемы и скорость выбросов  превосходят возможности природы  к их разбавлению и нейтрализации.

         Поэтому необходимы специальные  меры для устранения опасного  загрязнения атмосферы. Основные  усилия сейчас направлены на  предупреждение выбросов загрязняющих  веществ в атмосферу. На действующих  и новых химических предприятиях  устанавливают соответствующее  газо и сероочистное оборудование. В настоящее время продолжается поиск более совершенных способов их очистки. Классификация методов и аппаратов для обезвреживания выбросов от различных примесей является приближенной. Она не охватывает всех существующих методов и тем более аппаратов для очистки.

         Цель работы: Изучить аппараты и системы очистки выбросов оксидов азота и серы на химических предприятиях.

         Задачи: - Изучить способы очистки промышленных газовых выбросов от оксидов азота;

                        - Описать очистку продуктов сгорания от окислов серы на химических предприятиях.

 

                       

 

 

 

 

 

 

 

      1 Способы очистки промышленных  газовых выбросов от оксидов  азота

 

        Существующие  способы очистки газовых выбросов  от оксидов азота подразделяются  на следующие:

- абсорбционные процессы  очистки с хемосорбцией NOх и их превращением в другие продукты, например, в азотную кислоту, нитраты, нитриты и др.

- адсорбционные методы  улавливания оксидов азота с  одновременным частичным или  полным превращением в другие  продукты, например в HNO3.

- термические и термокаталитические  методы восстановления оксидов  азота до молекулярного азота.

         Адсорбционные методы. Адсорбционные методы - одни из самых распространенных средств защиты воздушного бассейна от загрязнений. Область применения современных адсорбентов в процессах очистки газов очень широка.

        Основными  промышленными адсорбентами являются  активированные угли, сложные оксиды  и импрегнированные сорбенты. Десорберы - вода, пар. Продукт десорбции - азотная кислота и концентрированные оксиды азота.

        Активированный  уголь (АУ) нейтрален как к полярным, так и к неполярным молекулам  адсорбируемых соединений. Активированные  угли обладают меньшей селективностью, чем другие адсорбенты и являются  одними из немногих, пригодных  для работы во влажных газовых  потоках. Однако, при их контакте  с оксидами азота возможны  возгорания и даже взрывы. Также  активированные угли характеризуются  низкой механической прочностью.

       Оксидные  адсорбенты (ОА) обладают более высокой  селективностью по отношению  к полярным молекулам в силу  собственного неоднородного распределения  электрического потенциала. Их недостаток - снижение эффективности в присутствии  влаги. К классу ОА относят  селикагели, синтетические цеолиты, оксид алюминия.

       Адсорбция  молекул газообразного вещества  на поверхности твердого адсорбента  сопровождается выделением тепла, количество которого зависит  от природы образующихся связей  между молекулами адсорбируемого  вещества и адсорбента. Различают  физическую и химическую адсорбцию (хемосорбцию). В последнем случае  теплота адсорбции значительно  выше, чем в первом, что создает  дополнительные проблемы перегрева  адсорбента в ходе очистки  газов и усложняет аппаратурное  оформление процесса.

      Для десорбции  примесей применяют нагревание  адсорбента, вакуумирование, продувку инертным газом, вытеснение примесей более легко адсорбирующимся веществом, например водяным паром. В последнее время особое внимание уделяется десорбции примесей путем вакуумирования. При вакуумировании системы и непрямом нагреве удается утилизировать выделяющиеся примеси.

 

         Следует отметить, что с ростом  температуры адсорбция уменьшается. На интенсивность также влияет  пористость сорбента. Оптимальная  пористость находится в пределах 0,4 - 0,8 нм.

         Активно развивающиеся работы  по адсорбционному улавливанию  оксидов азота из отходящих  газов в целом носят пока  исследовательский характер. Развитие  сорбционных процессов улавливания NОХ может дать возможность  получать концентрированные оксиды  азота из дымовых и технологических  газов с последующим получением  полезных продуктов. Однако применительно  к дымовым газам данные о  промышленном применении сорбционных  способов в настоящее время  практически неизвестны.

        Хороший  эффект дает применение молекулярных  сит, то есть минералы с нитратами  калия, натрия в структуре с  пористостью, соизмеримой с размерами  молекул (цеолиты), и их десорбция  осуществляется продувкой горячим  воздухом. В результате получается  высококонцентрированный оксид  азота, из которого получают 60%-ную азотную кислоту.

       Американской  фирмой Юнион Карбайд разработан процесс очистки отходящих газов от оксидов азота на молекулярных ситах, получивший название Пуре Сив. Очищаемые отходящие газы содержат 3500 см3/м3 NОХ, 6000 см3/м3 паров воды, 3 % О2. Процесс каталитического окисления NО в NO2 осуществляется на молекулярных ситах при 10 атм с последующей адсорбцией NО2. Система состоит из двух слоев адсорбента: один - адсорбирует, другой - регенерируется. Процесс позволяет снизить NОХ в отходящих газах до концентрации 10 см3/м3 и увеличить выход НNО3 на 2,5 %. Адсорбционная способность молекулярных сит сохраняется достаточно долго, а как катализатор окисления они служат более двух лет.

       Главный  минус адсорбционных методов - большие  капитальные затраты, габаритность и трудность сбыта получаемых продуктов. А также цикличность процесса (адсорбция, десорбция); необходимость проведения регенерации при высоких температурах с последующей утилизацией оксидов азота; поглощение адсорбентами не только оксидов азота, но и других примесей, включая влагу. Преимущества адсорбционных методов перед абсорбционными - компактность и простота конструкции аппаратуры, отсутствие сточных вод.

       Каталитические методы.  Каталитические методы обезвреживания газов позволяют эффективно производить очистку газов от оксидов азота. При использовании этих методов, как правило, проводят восстановление оксидов азота восстанавливающими агентами: NH3, СО, СН4 другие углеводороды, Н2, коксовый газ, из которых чаще всего применяют аммиак. В качестве катализаторов используют кокс, металлы платиновой подгруппы, оксидов, гидроксидов и солей металлов переменной валентности. Катализаторы изготавливают в виде шаров, гранул, пластин, трубок, колец. В последнее время одной из наиболее оптимальных форм их применения считают блоки сотовой структуры.

        Общую  схему каталитических методов  восстановления можно представить  в следующем виде:

 

                                                  вoсстановление

 

                                             NОx ------------ N2 + H2О

 

        Каталитические  методы дают возможность:

- перерабатывать многокомпонентные  газы с малыми концентрациями  вредных примесей;

- добиваться высоких степеней  очистки;

- вести процесс непрерывно;

- избегать в большинстве  случаев образование вторичных  загрязнителей;

- переводить экологически  опасные примеси в безвредные  или даже в полезные.

       Недостатки  каталитических методов связаны  чаще всего с проблемами поиска, приготовления дешевых катализаторов  и обеспечения их длительной  эксплуатации. Промышленно освоенные  каталитические методы восстановления  NОx условно можно разделить на два основных класса:

- высокотемпературное каталитическое  восстановление, которое протекает  только в бескислородной среде  при использовании в качестве  восстановителя горючих газов;

- селективное каталитическое  восстановление, особенностью которого  является взаимодействие восстановителя  с оксидами азота в присутствии  кислорода

       Высокотемпературное  каталитическое восстановление  осуществляют в присутствии газов  восстановителей водорода, оксида  углерода, углеводородов (пары керосина, нефтяной и природный газ) Для  начала реакции газы должны  быть нагреты в зависимости  от природы катализатора и  восстановителя до 200-480С. Нижний  предел соответствует восстановлению  NОx водородом при использовании в качестве катализатора платины на носителе. Температура 480С необходима при восстановлении природным газом. Оксиды азота восстанавливаются до N2. Процесс восстановления оксидов азота горючими газами требует первоначального выжигания кислорода, что сопровождается повышением температуры.

       Процессы  неселективного высокотемпературного  каталитического восстановления  применительно к газам развиваются  в Германии. Первоначально проводят  восстановление оксидов азота  за счет ввода в топливные  газы метана. Процесс протекает  при температуре 45°С на катализаторе  из благородных металлов. Затем  на втором катализаторе при 40°С  осуществляется окисление SО2 в SО3 с  последующим получением серной  кислоты. Одним из вариантов этого  процесса является каталитическое  восстановление NОx и SО2 метаном при недостатке кислорода до N2 и H2S с последующим получением из H2S товарной серы. В рассматриваемых случаях отмечается явление коррозии металла и рост затрат на восстановитель - метан.

        К  недостаткам метода высокотемпературного  каталитического восстановления  следует отнести высокую начальную  температуру реакции, значительный  расход восстановителей на выжигании  кислорода, затраты на утилизацию тепла отходящих газов и поддержание необходимого температурного режима процесса (Т < 850C), появление выбросов оксида углерода.

        В  последнее время появились разработки  катализаторов , позволяющие восстанавливать оксиды азота углеводородами (пропан-бутан) в присутствии кислорода. Катализаторы для такого процесса представляют собой цеолиты типа ZSM-5, промонтированные медью, или перовскиты. Процесс осуществляется при температурах 450-800С, времени контакта по катализатору -0,2-0,3с.Эффективность удаления NОx достигает 95% при отношении концентрации оксидов азота и восстановителя (пропан-бутан) -1:2 и содержания кислорода в очищаемых газах - 3 -5%.

       Селективное  каталитическое восстановление (СКВ) наиболее распространено для  очистки газов от NОx. Особенностью процесса является взаимодействие восстановителя с оксидами азота в присутствии кислорода. Таким восстановителем, широко применяемым в промышленных условиях, является аммиак.