Очищення викидів газоподібних речовин, промислових підприємств.

Нині, коли безвідходна технологія знаходиться в періоді становлення і повністю безвідходних підприємств ще немає, основним завданням газоочищення служить доведення змісту токсичних домішок в газових домішках до гранично допустимих концентрацій (ГДК), встановлених санітарними нормами.

Промислові способи очищення газових викидів від газо- і пароподібних токсичних домішок можна розділити на п'ять основних груп:

1. Метод абсорбції - полягає в поглинанні окремих компонентів газоподібної суміші абсорбентом (поглиначем) яким виступає рідина.

Абсорбенти, вживані в промисловості, оцінюються за наступними показниками:

1) місткість абсорбції, тобто розчинність витягуваного компонента в поглиначі залежно від температури і тиску;

2)селективність, що характеризується співвідношенням растворимостей газів, що розділяються, і швидкостю їх абсорбції;

3) дешевизна;

4) відсутність коррозируючеї дії на устаткування.

В якості абсорбентів застосовують воду, розчини аміаку, їдких і карбонатних лугів, солей марганцю, етаноламіни, олії, суспензії гідроксиду кальцію, оксидів марганцю і магнію, сульфат магнію та ін. Наприклад, для очищення газів від аміаку, хлористого і фтористого водню в якості абсорбенту використовують воду, для уловлювання водяної пари - сірчану кислоту, для уловлювання ароматичних вуглеводнів - олії.

Очищення абсорбції - безперервний і, як правило, циклічний процес, оскільки поглинання домішок зазвичай супроводжується регенерацією поглинювального розчину і його поверненням на початок циклу очищення. При фізичній абсорбції регенерацію абсорбенту проводять нагріванням і зниженням тиску, внаслідок чого відбувається десорбція поглиненої газової домішки і її концентруванням.

Для реалізації процесу очищення застосовують абсорбери різних конструкцій (плівкові, насадні, трубчасті та ін.). Найбільш поширений насадний скрубер, який використовується для очищення газів від діоксиду сірки, сірководня, хлороводорода, хлору, оксиду і діоксиду вуглецю, фенолів і так далі.

Мал. 7 - Насадний скрубер з поперечним зрошуванням:

1 - корпус; 2 - форсунки; 3 - зрошувальний пристрій;4 - опорні грати;

5 - насадка; 6 – шламосборник.

 

Методи абсорбції характеризуються безперервністю і універсальністю процесу, економічністю і можливістю вилучення великих кількостей домішок з газів. Недолік цього методу в тому, що насадні скрубери, барботажні і навіть пінні апарати забезпечують досить високу міру витягання шкідливих домішок (до ГДК) і повну регенерацію поглиначів тільки при великій кількості очищення. Тому технологічні схеми мокрого очищення, як правило, складні, багатоступінчасті і очисні реактори (особливо скрубери) мають великі об'єми.

Будь-який процес мокрого очищення абсорбції вихлопних газів від газо- і пароподібних домішок доцільний тільки у разі його циклічності і безвідходності. Але і циклічні системи мокрого очищення конкурентоздатні тільки тоді, коли вони поєднані з пилеочищенням та охолодженням газу.

2. Метод хемосорбції - заснований на поглинанні газів і пари твердими і рідкими поглиначами, внаслідок чого утворюються мало летючі і малорозчинні з'єднання. Більшість хемосорбційнних процесів газоочищення оборотні, тобто при підвищенні температури поглинаючого розчину хімічні сполуки, що утворилися при хемосорбції, розкладаються з регенерацією активних компонентів поглинаючого розчину і з десорбцією поглиненої з газу домішки. Цей прийом покладений в основу регенерації хемосорбентів в циклічних системах газоочищення. Хемосорбція особливо застосовується для тонкого очищення газів при порівняно невеликій початковій концентрації домішок.

3. Метод адсорбції - заснований на уловлюванні шкідливих газових домішок поверхнею твердих тіл, високопористих матеріалів, що мають розвинену питому поверхню.

Адсорбційні методи застосовують для різних технологічних цілей - розподіл парогазових сумішей на компоненти з виділенням фракцій, осушення газів і для санітарного очищення газових вихлопів. Останнім часом адсорбційні методи виходять на перший план як грошовий кошт захисту атмосфери від токсичних газоподібних речовин, що забезпечує можливість концентрації і утилізації цих речовин.

Промислові адсорбенти, найчастіше вживані в газоочищенні, - це активоване вугілля, силікагель, алюмогель, природні і синтетичні цеолити (молекулярні сита). Основні вимоги до промислових сорбентів - висока поглинальна здатність, вибірковість дії (селективність), термічна стійкість, тривала служба без зміни структури і властивостей поверхні, можливість легкої регенерації. Найчастіше для санітарного очищення газів застосовують активоване вугілля завдяки його високій поглинювальній здатності і легкості регенерації.

Відомі різні конструкції адсорбентів (вертикальні, використовувані при малих витратах; горизонтальні, при великих витратах; кільцеві). Очищення газу здійснюють через нерухомі шари адсорбенту і шари, що рухаються. Газ, що очищається, проходить адсорбер із швидкістю 0,05-0,3 м/с. Після очищення адсорбер перемикається на регенерацію. Адсорбційна установка, що складається з декількох реакторів, працює в цілому безперервно, оскільки одночасно одні реактори знаходяться на стадії очищення, а інші - на стадіях регенерації, охолодження та ін. Регенерацію проводять нагріванням, наприклад випалюванням органічних речовин, пропусканням гострої або перегрітої пари, повітря, інертного газу (азоту). Іноді адсорбент, що втратив активність (екранований пилом, смолою), повністю замінюють.

Загальні переваги адсорбційних методів очищення газів:

1) глибоке очищення газів від токсичних домішок;

2) порівняльна легкість регенерації цих домішок з перетворенням їх на товарний продукт або поверненням у виробництво; таким чином здійснюється принцип безвідходної технології. Адсорбційний метод особливо раціональний для видалення токсичних домішок (органічних сполук, пари ртуті та ін.), що містяться в малих концентраціях, тобто як завершуючий етап санітарного очищення газів, що виходять.

Недоліки більшості адсорбційних установок - періодичність.

4. Метод каталітичного окислення - заснований на видаленні домішок з газу, що очищається, у присутності каталізаторів.

Дія каталізаторів проявляється в хімічній взаємодії каталізатора з реагуючими речовинами, внаслідок чого утворюється проміжні з'єднання.

В якості каталізаторів застосовують метали і їх з'єднання (оксиди міді, марганцю та ін.) Особливо широко цей метод використовується для очищення вихлопних газів. В результаті каталітичних реакцій домішки, що знаходяться в газі, перетворюються на інші з'єднання, т. е. на відміну від розглянутих методів домішки не витягаються з газу, а трансформуються в нешкідливі з'єднання, присутність яких допустима у вихлопному газі, або в з'єднання, що легко видаляються з газового потоку. Якщо речовини, що утворилися, підлягають видаленню, то потрібно додаткові операції (наприклад, витягання рідкими або твердими сорбентами).

Каталітичні методи набувають все більшого поширення завдяки глибокому очищенню газів від токсичних домішок (до 99,9%) при порівняно невисоких температурах і звичайному тиску, а також при дуже малих початкових концентраціях домішок. Каталітичні методи дозволяють утилізувати реакційну теплоту, тобто створювати енерготехнологічні системи. Установки каталітичного очищення прості в експлуатації і малогабаритні.

Недолік багатьох процесів каталітичного очищення - утворення нових речовин, які підлягають видаленню з газу іншими методами (абсорбція, адсорбція), що ускладнює установку і знижує загальний економічний ефект.

5. Термічний метод полягає в очищенні газів перед викидом в атмосферу шляхом високотемпературного допалювання.

Термічні методи знешкодження газових викидів застосовується при високій концентрації горючих органічних забрудників або оксиду вуглецю. Простий метод - факельне спалювання - можливий, коли концентрація горючих забрудників близька до нижньої межі займання. В цьому випадку домішки служать паливом, температура процесу 750-900 °С і теплоту горіння домішок можна утилізувати.

Коли концентрація горючих домішок менше нижньої межі займання, то необхідно підводити деяку кількість теплоти ззовні. Найчастіше теплоту підводять добавкою горючого газу і його спалюванням в газі, що очищається. Горючі гази проходять систему утилізації теплоти і викидаються в атмосферу. Такі енерготехнологічні схеми застосовують при досить високому вмісті горючих домішок, інакше зростає витрата горючого газу, що додається.

 

Додаток №1.