Методы утилизации и очистки газовых выбросов

Таблица 2.1. Температуры самовоспламенения наиболее распространенных горючих примесей отходящих газов.

Производство полиэтилена  и подобных полимеров методом  радикальной полимеризации предполагает высокую степень конверсии этилена  и соответственно минимальное загрязнение  окружающей среды.

Несмотря на постоянно  совершенствующиеся методы безотходного производства, на любом предприятии  химической органической промышленности в отходящих газах постоянно  присутствуют токсичные пары органических веществ. В рамках концепции устойчивого равития общества химик как эколог должен предложить методы очистки газовых выбросов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Методы утилизации  и очистки газовых выбросов

Основной физической характеристикой  примесей атмосферы является концентрация — масса (мг) вещества в единице  объема (м³) воздуха при нормальных условиях. Концентрация примесей (мг/м³) определяет физическое, химическое и другие воздействия веществ на окружающую среду и человека и служит основным параметром при нормировании содержания примесей в атмосфере.

Твердые частицы

Процесс очистки газов  от твердых и капельных примесей в различных аппаратах характеризуется  несколькими параметрами, в частности  общей эффективностью очистки:

где Свх и Свых — массовые концентрации примесей в газе соответственно до и после пылеуловителя; n — эффективность очистки.

Если очистка ведется  в системе последовательно соединенных  аппаратов, то общая эффективность  очистки:

где n₁, n₂, n_п — эффективность очистки 1, 2 и n-го аппаратов.

Для оценки эффективности  процесса очистки также используют коэффициент проскока (К) частиц через  пылеуловитель:

Коэффициент проскока и эффективность  очистки связаны соотношением

Классификация пылеулавливающего  оборудования основана на принципиальных особенностях механизма отделения  твердых частиц от газовой фазы. Пылеулавливающее оборудование разнообразно и может быть разделено на 4 типа (рис. 3.1).

 
Рис. 3.1. Классификация пылеулавливающего оборудования

 

 

 

Простыми и широко распространенными  являются аппараты сухой очистки  воздуха и газов от крупной  неслипающейся пыли. К их числу  относятся разнообразные по конструкции  циклоны, принцип действия которых  основан на использовании центробежной силы, воздействующей на частицы пыли во вращающемся потоке воздуха (рис. 3.2).

 

Рис. 3.2. Схема работы циклона:

1 — корпус;

2 — патрубок,

3 — труба; 

4 — бункер.

Газы, подвергаемые очистке, вводятся через патрубок по касательной  к внутренней поверхности корпуса. За счет тангенциального подвода  происходит закрутка газопылевого потока. Частицы пыли отбрасываются к  стенке корпуса и по ней ссыпаются  в бункер. Газ, освободившись от пыли, поворачивает на 180° и выходит из циклона через трубу. Циклон рекомендуется использовать для предварительной очистки газов и устанавливать перед фильтрами или электрофильтрами.

Аппараты электрофильтрационной очистки предназначены для очистки больших объемных расходов газа от пыли и тумана (масляного), в частности дымовых газов содорегенерационных котло-агрегатов. Конструкция таких агрегатов отличается большим разнообразием, но принцип действия одинаков и основан на осаждении частиц пыли в электрическом поле. На рис. 3.3 представлены типы электрофильтров.

Рис. 3.3.

Типы электрофильтров:

а) вертикальный трубчатый  однозонный однопольный;

б) горизонтальный пластинчатый однозонный однопольный;

в) горизонтальный двухзонный однопольный:

1 — агрегаты электропитания; 2 — изоляторы; 3 — коронирующие  электроды; 4 — осадительные электроды; 5 — отрицательные электроды ионизатора; 6 — положительные электроды ионизатора.

Очищаемые газы проходят через  систему коронирующих и осадительных электродов. К коронирующим электродам подведен ток высокого напряжения, благодаря коронному разряду происходит ионизация частиц пыли, которые приобретают электрический заряд. Заряженные частицы двигаются в электрическом поле в сторону осадительных электродов и оседают на них. Осевшая пыль удаляется из электрофильтров встряхиванием электродов в сухих электрофильтрах или промывкой в мокрых. В однозонных электрофильтрах ионизация и осаждение частиц осуществляются в одной зоне. Для тонкой очистки газов более эффективными являются двухзонные электрофильтры, в которых ионизация частиц происходит в специальном ионизаторе. Электрофильтры могут состоять из одной или нескольких секций, в каждой из которых создается свое электрическое поле. Аппараты с последовательным расположением таких секций называются многопольными, а с параллельными — многосекционными или многокамерными.

Газообразные  и парообразные выбросы

Методы очистки промышленных выбросов от газообразных и парообразных загрязнителей по характеру протекания физико-химических процессов подразделяются на пять основных групп:

1. промывка выбросов растворителя примесей (абсорбция);
2. промывка выбросов растворами реагентов, связывающих примеси химически (хемосорбция);
3. поглощение газообразных примесей твердыми активными веществами (адсорбция);
4. термическая нейтрализация отходящих газов
5. поглощение примесей с помощью каталитического превращения.

Классификация оборудования для очистки от газо- и парообразных загрязнителей приведена на рис.3..

Рис. 3.4. Классификация оборудования для очистки от газо- и парообразных загрязнителей

Метод абсорбции обеспечивает очистку газовых выбросов путем  разделения газовоздушной смеси на составные части за счет поглощения одной или нескольких вредных примесей (абсорбатов), содержащихся в этой смеси, жидким поглотителем (абсорбентом) с образованием раствора.

Контакт очищаемых газов  с абсорбентом осуществляется пропусканием газа через насадочную колонну, либо распылением поглощающей жидкости, либо барботажем через ее слой. В зависимости от способа контакта "газ — жидкость" различают следующие аппараты: насадочные башни; форсуночные и центробежные скрубберы; скрубберы Вентури; барботажно-пенные, тарельчатые и другие типы скрубберов.

Конструкция широко используемых для абсорбционной очистки противопоточных  насадочных башен аналогична конструкции  насадочного скруббера, который  может иметь несколько слоев  насадки, увеличивающих площадь  контакта газа с абсорбентом. Очищенный  газ обычно отводится в атмосферу, а жидкость, содержащую вредные растворимые  примеси, подвергают регенерации для  отделения вредных веществ, после  чего возвращают в аппарат или  отводят в качестве отхода.

Метод хемосорбции заключается  в поглощении вредных газовых  и паровых примесей, содержащихся в газовых выбросах, твердыми или  жидкими поглотителями с образованием малолетучих или малорастворимых химических соединений. Этот метод применяют при небольших концентрациях вредных примесей в отходящих газах.

Очистка газов с помощью  хемосорбции осуществляется в насадочных башнях, пенных и барботажных скрубберах, распылительных аппаратах типа труб Вентури и в аппаратах с различными механическими распылителями.

Достоинство методов абсорбции  и хемосорбции заключается в  непрерывности ведения технологического процесса и экономичности очистки  больших количеств газовых выбросов. Недостаток — громоздкость оборудования и необходимость создания систем жидкостного орошения. В процессе очистки газы подвергаются охлаждению, что снижает эффективность их рассеяния при отводе в атмосферу. В процессе работы абсорбционных  аппаратов образуется большое количество отходов, состоящих из смеси пыли, поглощающей жидкости и вредных  примесей, которые подлежат транспортировке  и утилизации, что усложняет и  удорожает процесс очистки.

Адсорбционный метод очистки  газов основан на поглощении содержащихся в них вредных примесей поверхностью твердых пористых тел с ультрамикроскопической структурой, называемых адсорбентами. Эффективность процесса адсорбции  зависит от пористости адсорбента, скорости и температуры очищаемых  газов.

Чем больше пористость адсорбента и выше концентрация примеси, тем  интенсивнее протекает процесс  адсорбции. В качестве адсорбентов  для очистки газов от органических паров, поглощения неприятных запахов  и газообразных примесей, содержащихся в небольших количествах в  промышленных выбросах, широко применяют  активированный уголь, удельная поверхность  которого составляет 102-103 м²/г.

Кроме активированного угля используются активированный глинозем, селикагель, активированный оксид алюминия, синтетические цеолиты или молекулярные сита, которые наряду с активированным углем обладают высокой адсорбционной способностью и избирательностью поглощения определенных газов, механической прочностью и способностью к регенерации. Последнее свойство очень важно, так как при снижении давления или повышении температуры оно позволяет удалять из адсорбента поглощенные газы без изменения их химического состава и тем самым повторно использовать адсорбент и адсорбируемый газ.

Аппараты адсорбционной  очистки работают периодически или  непрерывно и выполняются в виде вертикальных, горизонтальных или кольцевых  емкостей, заполненных пористым адсорбентом, через который проходит поток  очищаемого газа. Выбор конструкции  определяет расход очищаемого газа, размер частиц адсорбента, степень очистки  и другие факторы.

Вертикальные адсорберы  отличаются небольшой производительностью. Производительность горизонтальных и  кольцевых адсорберов достигает  десятков и сотен тысяч м³/ч. Наиболее распространены адсорберы периодического действия, в которых период очистки газов чередуется с периодом регенерации твердого адсорбента.

Адсорберы непрерывного действия представляют вертикальную многосекционную колонну с движущимся сверху вниз адсорбентом, который проходит зоны охлаждения, поглощения, ректификации, нагрева и десорбции и вновь возвращается в исходное положение. Газ поступает в зону поглощения и движется навстречу адсорбенту.

Термическая нейтрализация  обеспечивает окисление токсичных  примесей в газовых выбросах до менее  токсичных при наличии свободного кислорода и высокой температуры  газов. Этот метод применяется при  больших объемах газовых выбросов и значительных концентрациях загрязняющих примесей.

Присутствующие в отходящих технологических газах и вентиляционных выбросах большого числа производств токсичные пары органических веществ в большинстве случаев подвергают деструктивной каталитической очистке. Катализаторы для таких процессов приготовляют на основе меди, хрома, кобальта, марганца, никеля, платины, палладия и других металлов. В отдельных случаях используют некоторые природные материалы (бокситы, цеолиты).

Среди катализаторов условно различают: цельнометаллические, представляющие собой металлы платиновой группы или неблагородные металлы, нанесенные на ленты, сетки, спирали или листы из нержавеющей стали; смешанные, включающие металлы платиновой группы и оксиды неблагородных металлов, нанесенные на оксид алюминия, нержавеющую сталь или другие металлы; керамические, состоящие из металлов платиновой группы или оксидов неблагородных металлов, нанесенных на керамическую основу в виде сот или решеток; насыпные, приготовляемые в виде гранул или таблеток различной формы.

Обычно нанесенные на металлические носители катализаторы имеют некоторые преимущества перед другими типами катализаторов. Они отличаются большими значениями термостабильности и периода эксплуатации около 1 года и более, высокими износостойкостью и прочностными характеристиками, развитой поверхностью и пониженной насыпной плотностью, их регенерация не представляет существенных трудностей. Эти показатели цельнометаллических катализаторов (особенно содержащих платину) наряду с малым гидравлическим сопротивлением (до 196—245 Па) обусловливают широкую распространенность и перспективность их использования для обработки весьма значительных объемов газовых выбросов, содержащих пары растворителей, фенолов и других токсичных органических веществ.

Более просты и дешевы в  изготовлении катализаторы на основе из керамики. Они также характеризуются низким гидравлическим сопротивлением, обладают, как правило, меньшей насыпной плотностью, сохраняют активность при обезвреживании запыленных потоков, однако являются менее термостабильными, чем цельнометаллические катализаторы. Наиболее активны среди них катализаторы, включающие платину и палладий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.1.Типы утилизации для получения тепловой энергии

Методы прямого сжигания применяют для обезвреживания газов  от легко окисляемых токсичных, а  также дурно пахнущих примесей. Их преимуществами являются относительная  простота аппаратурного оформления и универсальность использования, так как на работу термических  нейтрализаторов мало влияет состав обрабатываемых газов.