Улавливание газообразных примесей из технологических газов

Многие промышленные газы, кроме пыли и золы, содержат вред­ные газообразные выбросы в виде оксидов серы, оксидов азота, се­роводорода и другие. Улавливание газообразных примесей пресле­дует две цели: санитарную очистку газов и использование улавливаемых компонентов для получения удобрений, кислот, серы и других ценных химических продуктов.

В целях очистки выбросов от газообразных примесей применяют методы хемосорбции, адсорбции, каталитического и термического окисления.

Хемосорбция основана на поглощении газа жидкими поглотителя­ми с образованием малолетучих химических соединений. Молекулы загрязняющих веществ могут абсорбироваться жидкой поверхностью физически либо взаимодействовать с абсорбентом и превращаться в другие вещества. Большинство реакций, протекающих в процессе хе­мосорбции, являются экзотермическими и обратимыми. Поэтому при последующем повышении температуры раствора образовавшееся хи­мическое соединение разлагается с выделением исходных компонен­тов. Так, для очистки выбросов от диоксида серы применяется аммиачно-циклический метод. Он основан на обратимой реакции:

2(NH₄)₂SО₃ + SО₂ + Н₂О= 2NH₄HSО₃ + Q.

При температуре 0—35 °С эта реакция протекает слева направо, а при кипячении раствора — в обратном направлении. Сначала выб­росные газы пропускают через раствор (NH₄)₂SО₃ при 30—35 °С, затем раствор, насыщенный NH₄HSО₃, нагревают, при этом выделяется кон­центрированный SО₂. После охлаждения раствор (NH₄)₂SО₃ снова поступает на улавливание SО₂. Метод позволяет получать сжиженный 100%-ный SO₂ являющийся сырьем для получения серной кислоты.

Очистку газов проводят в специальных устройствах — абсорберах. В этих аппаратах абсорбция может быть осуществлена противоточно, т.е. газ и жидкость движутся в противоположных на­правлениях, либо прямоточно, когда оба потока имеют одинаковое направление. В случаях относительно высоких концентраций вред­ных газов (1% и более) используют противоточный метод. Для удале­ния вредных газов, имеющих сравнительно невысокую концентра­цию, чаще всего применяют прямоточные скрубберы. В них жид­кость диспергируется в потоке газа или газовый поток барботирует через жидкость. При этом достигается тесный контакт между пузырь­ками газа в жидкости либо мелкими каплями абсорбирующей жидко­сти в газовом потоке.

Адсорбция основана на селективном (избирательном) поглощении вредных газов и паров твердыми адсорбентами, имеющими развитую микропористую структуру.

В адсорберах очищаемый газовый поток пронизывает снизу вверх слой адсорбента, который состоит из зернистого материа­ла, например, активированного угля, силикагеля, оксида алюминия, пиролюзита, синтетичекого цеолита и т.п. При этом вредные примеси газа связываются адсорбентом и впоследствии могут быть выделены из него. Как правило, применяются адсорберы с неподвижным (фильтрующим) слоем адсорбента, который меняется после насыщения улав­ливаемым веществом, а также адсорберы непрерывного действия, в которых адсорбент медленно перемещается и одновременно очищает проходящий через него поток. Поверхность адсорбции очень велика: для некоторых материалов она достигает нескольких квадратных мет­ров на грамм (для силикагеля) и даже несколько сотен квадратных метров на грамм - для активированного угля.

Каталитический метод основан на превращении вредных компо­нентов промышленных выбросов в менее вредные или безвредные вещества в присутствии катализаторов. Иногда образующиеся продук­ты каталитического превращения остаются достаточно токсичными, однако они легко удаляются из системы в виде утилизируемых в даль­нейшем продуктов. Так, хорошо известен жидкофазный каталитичес­кий метод окисления диоксида серы, где в качестве катализатора ис­пользуются Fe²⁺ и Мn²⁺. В абсорбер, орошаемый водным раствором солей железа или марганца, поступает дымовой газ. Орошающий ра­створ поглощает из газа SО_2.

При этом образуется 20%-ная серная кислота, содержащая ионы железа или марганца. Она может быть использована в сельском хозяйстве как мелиорант солонцов содового засоления.

Аналогичные газы, содержащие диоксид серы, можно окислять на твердофазных катализаторах (оксидах ванадия, железа, меди или хрома, либо полиоксидных катализаторах), предварительно подогрев газы до 400—500°С.

Образовавшийся триоксид серы SО₃ затем поглощается водой с получением серной кислоты.

Термический метод предусматривает высокотемпературное сжига­ние вредных примесей, которые содержатся в технологических вы­бросах. Его применяют для удаления, например, углеводородов, мо­нооксида углерода и др. Для осуществления дожигания (реакции окис­ления) необходимо поддержание высокой температуры очищаемого газа и наличие достаточного количества кислорода.