Современные системы очистки газовых выбросов

2.3. Очистка газов от парообразных и газообразных примесей 

Газы в промышленности обычно загрязнены вредными примесями, поэтому очистка широко применяется  на заводах и предприятиях для  технологических и санитарных (экологических) целей. Промышленные способы очистки газовых выбросов от газо- и парообразных токсичных примесей можно разделить на три основные группы:  
1) абсорбция жидкостями;  
2) адсорбция твердыми поглотителями; 
3) каталитическая очистка.

1)Абсорбция жидкостями ( абсорбенты – вещества – поглотители) применяется в промышленности для извлечения из газов диоксида серы, сероводорода и других сернистых соединений, оксидов азота, паров кислот диоксида и оксида углерода, разнообразных органических соединений (фенол, формальдегид, летучие растворители и др.).

Абсорбционные методы служат для технологической и  санитарной очистки газов. Они основаны на избирательной растворимости  газо- и парообразных примесей в  жидкости (физическая абсорбция) или  на избирательном извлечении примесей химическими реакциями с активным компонентом поглотителя (хемосорбция). Абсорбционная очистка -непрерывный и, как правило, циклический процесс, так как поглощение примесей обычно сопровождается регенерацией поглотительного раствора и его возвращением в начале цикла очистки. При физической абсорбции (и в некоторых хемосорбционных процессах) регенерацию абсорбента проводят нагреванием и снижением давления, в результате чего происходит десорбция (удаление адсорбированного вещества с поверхности различных объектов) поглощенной газовой примеси и ее концентрированию.

Абсорбенты, применяемые в  промышленности, оцениваются  по следующим показателям:

1) абсорбционная емкость,  т. е. растворимость извлекаемого  компонента в поглотителе в  зависимости от температуры и давления

2) селективность,  характеризуемая соотношением растворимостей  разделяемых газов и скоростей  их абсорбции

3) минимальное давление  паров во избежание загрязнения  очищаемого газа парами абсорбента; 4) дешевизна

5) отсутствие коррозирующего действия на аппаратуру.

В качестве абсорбентов  применяют воду, растворы аммиака, едких  и карбонатных щелочей, солей  марганца, этаноламины, масла, суспензии  гидроксида кальция, оксидов марганца и магния, сульфат магния и др.

Очистная  аппаратура аналогична уже рассмотренной аппаратуре мокрого улавливания аэрозолей.

Наиболее  распространен насадочный скруббер, применяемый для очистки газов от диоксида серы, сероводорода, хлороводорода, хлора, оксида и диоксида углерода, фенолов и т. д. В насадочных скрубберах скорость массообменных процессов мала из-за малоинтенсивного гидродинамического режима этих реакторов, работающих при скорости газа  0,02 - 0,7 м/с. Объемы аппаратов поэтому велики и установки громоздки.

Для очистки выбросов от газообразных и парообразных примесей применяют и интенсивную массообменную аппаратуру - пенные аппараты, безнасадочный форсуночный абсорбер, скруббер Вентури, работающие при более высоких скоростях газа. Пенные абсорберы работают при 1-4 м/с и обеспечивают сравнительно высокую скорость абсорбционно-десорбционных процессов; их габариты в несколько раз меньше, чем насадочных скрубберов. При достаточном числе ступеней очистки (многополочный пенный аппарат) достигаются высокие показатели глубины очистки: для некоторых процессов до 99,9%. 

Абсорбционные методы характеризуются непрерывностью и  универсальностью процесса, экономичностью и возможностью извлечения больших  количеств примесей из газов. Недостаток этого метода в том, что насадочные скрубберы, барботажные и даже пенные аппараты обеспечивают достаточно высокую степень извлечения вредных примесей и полную регенерацию поглотителей только при большом числе ступеней очистки. Поэтому технологические схемы мокрой очистки, как правило, сложны, многоступенчаты и очистные реакторы (особенно скрубберы) имеют большие объемы.

Любой процесс мокрой абсорбционной очистки выхлопных  газов от газо- и парообразных примесей целесообразен только в случае его  цикличности и безотходности. Но и циклические системы мокрой очистки конкурентоспособны только тогда, когда они совмещены с пылеочисткой и охлаждением газа. 
Адсорбционные методы применяют для различных технологических целей - разделение парогазовых смесей на компоненты с выделением фракций, осушка газов и для санитарной очистки газовых выхлопов. В последнее время адсорбционные методы выходят на первый план как надежное средство защиты атмосферы от токсичных газообразных веществ, обеспечивающее возможность концентрирования и утилизации этих веществ.

2) Адсорбционные методы основаны на избирательном извлечении из парогазовой смеси определенных компонентов при помощи адсорбентов - твердых высокопористых материалов, обладающих развитой удельной поверхностью Sуд (Sуд - отношение поверхности к массе, м2/г). Промышленные адсорбенты, чаще всего применяемые в газоочистке, - это активированный уголь, силикагель, алюмогель, природные и синтетические цеолиты (молекулярные сита). Основные требования к промышленным сорбентам - высокая поглотительная способность, избирательность действия (селективность), термическая устойчивость, длительная служба без изменения структуры и свойств поверхности, возможность легкой регенерации. Чаще всего для санитарной очистки газов применяют активный уголь благодаря его высокой поглотительной способности и легкости регенерации.

Адсорбцию газовых примесей обычно ведут в полочных реакторах периодического действия без теплообменных устройств; адсорбент расположен на полках реактора. Когда необходим теплообмен используют адсорберы с встроенными теплообменными элементами или выполняют реактор в виде трубчатых теплообменников; адсорбент засыпан в трубки, а в межтрубном пространстве циркулирует теплоноситель.

Очищаемый газ проходит адсорбер со скоростью 0,05-0,3 м/с. После  очистки адсорбер переключается  на регенерацию. Адсорбционная установка, состоящая из нескольких реакторов, работает в целом непрерывно, так как одновременно одни реакторы находятся на стадии очистки, а другие - на стадиях регенерации, охлаждения и др. Регенерацию проводят нагреванием. Иногда адсорбент, потерявший активность (экранированный пылью, смолой), полностью заменяют.

Общие достоинства адсорбционных  методов очистки  газов: 
1) глубокая очистка газов от токсичных примесей;  
2) сравнительная легкость регенерации этих примесей с превращением их в товарный продукт или возвратом в производство; таким образом осуществляется принцип безотходной технологии.  
Адсорбционный метод особенно рационален для удаления токсических примесей (органических соединений, паров ртути и др.), содержащихся в малых концентрациях, т. е. как завершающий этап санитарной очистки отходящих газов. 
Недостатки большинства адсорбционных установок - периодичность процесса и связанная с этим малая интенсивность реакторов, высокая стоимость периодической регенерации адсорбентов.

3) Каталитические методы очистки газов основаны на реакциях в присутствии твердых катализаторов, т. е. на закономерностях гетерогенного катализа (изменение скорости хим. р-ции при воздействии катализаторов, образующих самостоят. фазу и отделенных от реагирующих в-в границей раздела). В результате каталитических реакций примеси, находящиеся в газе, превращаются в другие соединения. Если образовавшиеся вещества подлежат удалению, то требуются дополнительные операции (например, извлечение жидкими или твердыми сорбентами).

Широко распространен способ каталитического окисления токсичных органических соединений и оксида углерода в составе отходящих газов с применением активных катализаторов, не требующих высокой температуры зажигания, например металлов группы платины, нанесенных на носители.

В промышленности применяют также каталитическое восстановление и гидрирование токсичных примесей в выхлопных газах.

Каталитические методы получают все большее распространение  благодаря глубокой очистке газов  от токсичных примесей (до 99,9%) при  сравнительно невысоких температурах и обычном давлении, а также при весьма малых начальных концентрациях примесей. Каталитические методы позволяют утилизировать реакционную теплоту, т.е. создавать энерготехнологические системы. Установки каталитической очистки просты в эксплуатации и малогабаритны.

Недостаток  многих процессов  каталитической очистки - образование новых веществ, которые подлежат удалению из газа другими методами (абсорбция, адсорбция), что усложняет установку и снижает общий экономический эффект. 

Трудно провести границу между адсорбционными и каталитическими методами газоочистки, так как такие традиционные адсорбенты, как активированный уголь, цеолиты, служат активными катализаторами для многих химических реакций. Очистку газов на адсорбентах-катализаторах называют адсорбционно-каталитической. Но методы утилизации соединений, полученных при катализе, иные, чем в адсорбционных процессах. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                               ЗАКЛЮЧЕНИЕ 

Наиболее надежным и самым экономичным способом охраны биосферы от вредных газовых выбросов является переход к безотходному производству, или к безотходным технологиям. Под ним подразумевается создание оптимальных технологических систем с замкнутыми материальными и энергетическими потоками. Такое производство не должно иметь сточных вод, вредных выбросов в атмосферу и твердых отходов и не должно потреблять воду из природных водоемов. 
Конечно же, понятие "безотходное производство" имеет несколько условный характер; это идеальная модель производства, так как в реальных условиях нельзя полностью ликвидировать отходы и избавиться от влияния производства на окружающую среду. Точнее следует называть такие системы малоотходными, дающими минимальные выбросы, при которых ущерб природным экосистемам будет минимален. 

Разработка и внедрение  принципиально новых технологических  процессов и систем, работающих по замкнутому циклу, позволяющих исключить  образование основного количества отходов, является основным направлением технического прогресса. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 

1.Основы химической  технологии: Учебник для студентов  хим.-технол.спец. вузов / И.П. Мухленов, А.Е. Горштейн, Е.С. Тумаркина; Под  ред. И.П. Мухленова. - 4-е изд., перераб.  и доп. - М.: Высш. школа, 1991. - 463 с. 
2. Глинка Н.Л. Общая химия. Изд. 17-е, испр. - Л.: "Химия", 1975. - 728 с. 
3. Кузнецов В.В., Усть-Качкинцов В.Ф. Физическая и коллоидная химия. Учеб. пособие для вузов. - М.: Высш. школа, 1976. - 277 с.  
4. Хромов С.П., Петросянц М.А. Метеорология и климатология: Учебник, 4-е изд.: перераб. и доп. - М.: Изд-во МГУ, 1994. - 520 с.

5. Медведев В.А.  Технологические основы гибких  производственных систем: учебник  для машиностроительных спец. вузов/В.  А. Медведев, В. П. Вороненко,  В. Н. Брюханов: Изд-во Высшая  школа, 2000.- 256 с.

6. Минько Антон, Минько Эдуард. Теория организации производственных систем: учеб. пособие: Изд-во Экономика, 2007.- 493 с.