Адсорбционные методы очистки производственных газов от лос.

Потери растворителей свыше 800 т/год. Это целая двойная проблема: экологическая и экономическая. Необходима рекуперация на уровне крупных цехов. Улавливание паров может быть любыми мелкопористыми адсорбентами.

Наиболее предпочтительны активные угли, они являются гидрофобными, при относительной влажности до 50%, при этом влага практически не влияет на сорбированность ЛОС. Адсорбенты применяют при высоких скоростях потто, до 10 – 100 000 м3/час.

Применяют различные тканные и нетканые материалы на основе углеродно-активных потоков. Эффективность 90-98%.

Адсорбционные методы очистки производственных газов от NOx и SO2

В промышленной практике использование адсорбентов как агентов аккумуляторов оксидов азота ограничена. Достаточно эффективными поглотителями оксидов азота являются активированные угли. Однако, при их контакте с оксидами азота возможны возгорания и даже взрывы. Так же активированные угли характеризуются низкой механической прочностью.

Адсорбционная способность по NO силикагелей несколько ниже, чем у активированных углей. Однако они не имеют недостатков, которые указаны выше. С использованием силикагелей можно достигать высокой очистки от оксидов азота. В промышленности этот метод не используется из-за экономических аспектов.

Алюмогели обладают сравнительно небольшой поглощающей эффективностью по оксидам азота и стоимостью.

Алюмосиликаты хорошо поглощают оксиды азота, обладают высокой механической устойчивостью.

Присутствующая в отходящих газах влага сорбируется вместе с оксидами азота. Из-за диффузии и малой адсорбционной емкости адсорбентов, больших затрат тепла на их регенерацию адсорбция оксидов азота твердым сорбентом не имеет практического применения; для этих целей предложены природные адсорбенты (торфы, бурые угли) – которые не нуждаются в регенерации.

Преимущества адсорбционных методов перед абсорбционными:

- компактность и простота конструкции аппаратуры, отсутствие сточных вод;

Недостатки методов:

цикличность (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.

Хемосорбционные методы применяют для одновременной очистки отходящих газов от оксидов азота и серы. В качестве сорбентов используются соединения меди, которые поглощают оксиды серы, а оксиды азота восстанавливают с помощью NH3. Процесс проводят в кипящем слое при температуре 400 – 450 0С. В качестве других широкодоступных и дешевых поглотителей оксидов азота можно использовать известняк, известь, зола. При этом отработанные хемосорбенты можно направлять на нейтрализацию кислых стоков в производстве или в сельском хозяйстве в качестве азотсодержащих удобрений.

В качестве хемосорбентов могут быть использованы известняк, доломит или известь. Для увеличения активности хемосорбентов, подавления процесса окисления SО2 в SОз и решения некоторых других задач наряду с поглотителем диок-сида серы вводят ряд специальных добавок в виде дешевых неорганических солей, оксихлорида меди, оксида магния и других веществ.могут быть использованы и некоторые оксиды металлов. среди них являются оксиды Al, Bi, Се, Со, Cr, Cu, Fe, Hf, Среди исследованных и опробованных методов некоторую практическую реализацию получил окисно-марганцевый метод.

По этому методу горячие дымовые газы (≈135°С) обрабатывают оксидом марганца в виде порошка. В процессе контакта оксида марганца с диоксидом серы и кислородом происходит реакция

MnOх • nH2O+SO2+(l— х/2)О2 → MnSO4+nH2O,

Образующийся сульфат марганца после его выделения из газа обрабатывают в виде водной пульпы аммиаком с целью, регенерации оксида марганца:МnSО4+2NН3+(n+1)Н2О+(x—1)/2О2 → MnOх • nH2O +(NH4)2SO4.

окисно-марганцевый метод в соответствии с такой технологией обеспечивает его 90%-е извлечение.

Преимущества сухих методов очистки газов от SO2: возможность обработки газов при повышенных температурах без увлажнения очищаемых потоков, что позволяет снизить коррозию аппаратуры, упрощает технологию газоочистки и сокращает капитальные затраты на нее. Наряду с этим они обычно предусматривают возможность цикличного использования поглотителя и (или) утилизацию продуктов процесса очистки газов.

Недостатки:

- значительные затраты на регенерацию;

- необходимость выполнения реакционной аппаратуры из дорогостоящих материалов, так как процессы идут в условиях коррозионных и повышенных температурах.

К сухим способам относят также каталитическое окисление диоксида серы и поглощение диоксида серы адсорбентами.

Среди сухих способов адсорбционного улавливания диоксида серы в наибольшей степени исследованы и опробованы в производственных условиях (применительно к газам процессов сжигания твердого и жидкого топлива) углеродные поглотители (активные угли), позволяющие проводить обработку газов при 110–150 °С.

Для регенерации насыщенных поглотителей могут быть использованы термический и экстракционный способы. При термической регенерации необходимы: нагрев адсорбента газовым или твердым теплоносителем до 400 – 450 0С с целью разложения серной кислоты. Экстракционная регенерация сводится к. обработке насыщенного поглотителя подогретой водой, приводящей к получению разбавленных растворов серной кислоты (10–15%-й). Последние необходимо концентрировать упариванием.

 

Ввиду дефицитности и высокой стоимости адсорбентов могут быть рекомендованы лишь для обработки относительно небольших объемов отходящих газов в производствах серной кислоты и целлюлозы, на нефтеперерабатывающих предприятиях и др.

Сорбционная способность силикагелей по диоксиду серы составляет существенную величину даже при высоких температурах (150–200 °С) и низких концентрациях целевого компонента в газах [<1% (об.)], что объясняют происходящим окислением адсорбированного SO2 в SOS кислородом, содержащимся в обрабатываемых потоках. Регенерацию насыщенного поглотителя ввиду его негорючести можно проводить нагретым воздухом. Если в очищаемых газах содержатся пары воды, величина поглощения силикагелями диоксида серы резко уменьшается.

В качестве поглотителей диоксида серы из газов исследованы ионообменные смолы – аниониты; кислотостойкие цеолиты, в том числе природные.

Большинство сухих методов очистки газов от диоксида серы требует значительных затрат тепла на регенерацию. Их реализация связана также с повышенными капитальными затратами ввиду необходимости выполнения адсорбционной аппаратуры из дорогостоящих специальных материалов. Это препятствует внедрению адсорбционных процессов для очистки газов.

Характеристика адсорбентов

В качестве адсорбентов используют пористые материалы с высокоразвитой поверхностью, которая хорошо поглощает (адсорбирует) вещества из газов и растворов. Адсорбенты – это вещества, обладающие способностью адсорбции, т. е. поглощения, всасывания какого-либо другого вещества из раствора или из газа только своей поверхностью, Адсорбционные свойства адсорбентов зависят от химического состава и физического состояния поверхности, от характера пористости и удельной поверхности (поверхности, приходящейся на 1 г вещества). Непористые адсорбенты (молотые кристаллы, мелкокристаллические осадки, частицы дымов, сажи) имеют удельные поверхности приблизительно от 1 м²/г до 500 м²/г. Удельная поверхность пористых адсорбентов (силикагелей, активированного оксида (окиси) алюминия (алюмогелей), алюмосиликатных катализаторов, активированных углей) достигает 1000 м²/г. Пористые адсорбенты получают, создавая сети пор в грубодисперсных твёрдых телах химическим воздействием. В большинстве отраслей промышленности при производстве различной продукции используются сжатый воздух, различные технические газы (углекислый газ, водород и т. д.) и жидкости. Чтобы избежать нежелательного образования влаги, льда и возможных последующих проблем, связанных с коррозией, загрязнением либо обледенением оборудования, намоканием фильтровальных материалов, из сжатого воздуха, различных технических газов и жидкостей необходимо удалить влагу, т. е. осушить. Необходимость осушки и очистки присутствует в разнообразных процессах, в числе которых, например, кондиционирование воздуха или транспортировка природного газа по трубопроводам. Осушка природного газа обеспечивает непрерывную эксплуатацию оборудования и газопроводов, предотвращая образование ледяных и гидратных пробок.

Активированный (или активный) уголь — это адсорбент - вещество с высоко развитой пористой структурой, которое получают из различных углеродсодержащих материалов органического происхождения, таких как древесный уголь, каменноугольный кокс, нефтяной кокс, скорлупа кокоса. Активированный уголь на 87-97 % по массе состоит из углерода. Активный уголь имеет огромное количество пор и поэтому обладает очень большой поверхностью, вследствие чего обладает высокой адсорбцией (1 г активного угля, в зависимости от технологии изготовления имеет поверхность от 500 до 1500 м²). В активированных углях различают макро-, мезо- и микро- поры. Активированный уголь применяется:

· для водоподготовки (очистка воды от диоксинов и ксенобиотиков, углевание);

· в пищевой промышленности при производстве ликероводочных, слабоалкогольных напитков и пива, осветление вин, при производстве сигаретных фильтров, очистка углекислоты в производстве газированных напитков, очистка крахмалопаточных растворов, сахарных сиропов, глюкозы и ксилита, осветление и дезодорация масел и жиров, при производстве лимонной, молочной и других кислот;

· в химической, нефтегазодобывающей и перерабатывающей промышленностях для осветления пластификатов, в качестве носителя катализаторов, при производстве минеральных масел, химических реактивов и лакокрасочных материалов, в производстве каучука, в производстве химических волокон, для очистки аминовых растворов, для рекуперации паров органических растворителей;

· в природоохранной экологической деятельности для очистки промышленных стоков,для ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов, для очистки дымовых газов на мусоросжигательных заводах, для очистки вентиляционных газовоздушных выбросов;

· в горнодобывающей и металлургической промышленностях для изготовления электродов, для флотации руд полезных ископаемых, для извлечение золота из растворов и пульп в золотодобывающей промышленности;

Силикагель имеет огромную площадь поверхности (800 м²/1 г). Выпускаются в виде шариков, таблеток или кусочков неправильной формы (0,1-0,7 мм). По пористости – крупные, средние, мелкопористые. При использовании силикагеля в быту для осушки обуви, кожаных изделий, кино- и фотоаппаратуры и т. д., адсорбционные свойства силикагеля можно восстановить просушиванием его на батарее или в духовке при температуре не выше 170 °C. Основное применение силикагели находят при осушке воздуха, углекислого газа, водорода, кислорода, азота, хлора и других промышленных газов.

Способность силикагеля поглощать значительное количество воды используется для осушки различных жидкостей, в особенности в том случае когда обезвоживаемая жидкость плохо растворяет воду (сушка галогенированных жидкостей типа фреон). Силикагели служат также осушителями при консервации оборудования для предохранения его от коррозии.

 

АЛЮМОГЕЛЬ микропористое тело. Получают высушиванием геля гидроксида алюминия; применяют в технике как адсорбент, носитель катализаторов. В виде цилиндрических гранул размером 3-5 мм, шариковые 2-4 мм. В отличие от силикагелей, они стойки к воздействию капель влаги.

 

Цеолиты – алюмосиликаты, содержащие частица щелочно-земельных металлов. Искусственно синтезированные цеолиты (пермутиты) находят широкое применение в водоочистительных приборах как адсорбенты, ионообменники, молекулярные сита; Также цеолиты получили весьма широкое применение как катализаторы многих процессов нефтехимии и нефтепереработки и как гетерогенные катализаторы.

Иониты - твердые нерастворимые вещества, способные обменивать свои ионы на ионы из окружающего их раствора. Обычно это синтетические органические смолы, имеющие кислотные или щелочные группы. Иониты разделяются на катиониты, поглощающие катионы, и аниониты, поглощающие анионы. Широко применяются иониты для опреснения вод, в аналитической химии