Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | ||
|
Применяют три основных способа очистки выбросов в атмосферу от вредных паров и газов: абсорбция жидкостями, адсорбция твердыми поглотителями, каталитические методы очистки.
Абсорбция — избирательное поглощение одного или нескольких компонентов из газовой смеси жидкими поглотителями. Газовую среду, из которой извлекают компонент, называют газом-носителем, жидкий поглотитель — абсорбентом, поглощаемый компонент — абсорбтивом. Скорость абсорбции зависит от ряда факторов, главным образом, давления и температуры. С ростом давления и температуры скорость абсорбции повышается.
Процесс, обратный абсорбции, называется десорбцией. Если изменяются условия, например, происходит понижение давления над жидкостью или снижается температура, процесс становится обратимым и происходит выделение газа из жидкости. Таким образом, может быть осуществлен циклический процесс абсорбции-десорбции. Это позволяет выделить поглощенный компонент.
Абсорбционную очистку выбросов в атмосферу применяют как для извлечения ценного компонента из газа, так и для санитарной очистки газа. Считают, что целесообразно применять абсорбцию, если концентрация данного компонента в газовом потоке составляет свыше 1 %. Различают абсорбцию физическую и химическую. При физической абсорбции молекулы абсорбента и молекулы абсорбтива не вступают между собой в химическое взаимодействие. При химической абсорбции молекулы абсорбента вступают в химическую реакцию с молекулами абсорбтива, образуя новое химическое соединение. Сочетая абсорбцию с десорбцией, можно многократно использовать почти без потерь жидкий поглотитель (абсорбент) в замкнутом контуре аппаратов: абсорбер-десорбер-абсорбер (круговой процесс), выделяя поглощённый компонент в чистом виде. В качестве абсорбента можно в принципе использовать любую жидкость, которая растворяет извлекаемый компонент. Но для применения в промышленных масштабах абсорбент должен отвечать ряду требований, среди них: необходимая поглотительная способность, высокая селективность (избирательность) по отношению к поглощаемому компоненту, невысокая летучесть, легкоподвижность, способность к регенерации, незначительное коррозионное воздействие, доступность и невысокая стоимость и др. Поскольку абсорбента, соответствующего всем требованиям, нет, останавливаются на поглотителе, удовлетворяющем конкретным условиям.
При физической абсорбции обычно используют в качестве абсорбента воду, а также органические растворители, не реагирующие с извлекаемыми компонентами и их водными растворами. Вода — дешевый и доступный абсорбент для очистки больших объемом газа. Процесс абсорбции осуществляется в специальных аппаратах — абсорберах. Для интенсификации процесса абсорбции необходимы аппараты с развитой поверхностью контакта абсорбента с газом-носителем.
Применяются различные виды абсорберов. Их разделяют на поверхностные, насадочные, барботажные.
В поверхностном абсорбере газ проходит над поверхностью неподвижной жидкости. Поверхность контакта невелика, абсорбер малопроизводителен.
Наиболее распространены насадочные абсорберы (рис.1.1). Насадочный абсорбер обладает развитой поверхностью соприкосновения, кроме того, преимуществом этого типа абсорберов является простота устройства, надежность и устойчивость процесса. Недостатками являются относительно небольшая производительность, значительный объём аппарата. Насадочные абсорберы широко используются для очистки газов (воздуха) от диоксида серы, оксида и диоксида углерода, хлора и др. Часто в качестве насадки применяют кольца Рашига, спирали, металлические сетки и др. Эти элементы укладывают или свободно насыпают слоем 1-3 м. Эффективность работы насадочного абсорбера во многом зависит от площади поверхности насадки и равномерности ее орошения. На формирование слоя орошающей жидкости влияет скорость газового потока. При высоких скоростях создаётся однородный слой, что способствует интенсивной абсорбции. Для этой же цели необходимо, чтобы насадка имела высокую удельную поверхность, т. е. отношение поверхности к объёму. Скорость потока очищаемого газа в абсорбере с насадкой из элементов типа колец Рашига — около 3-5 м/с. Абсорберы с насадкой пригодны для очистки газов, содержащих значительное количество взвешенных частиц, так как насадка забивается, увеличивается гидравлическое сопротивление абсорбера, и он может выйти из строя.
Рисунок 1.1- Принципиальная схема насадочного абсорбера:
1 — насадка; 2 — опорная решетка; 3 — перераспределитель жидкости; 4 — распределитель жидкости
Барботажные абсорберы более компактны при одинаковой производительности, но сложнее по устройству. В аппарате газ барботирует (пробулькивается) через слой абсорбента, находящегося на тарелках в колонне. Принцип работы данного типа абсорбера показан на рис. 1.2.
Рисунок 1.2 - Принцип работы сетчатого абсорбера:
а — схема устройства колонны; б — схема работы тарелки:
1 —корпус; 2 — тарелка; 3 — переливная труба; 4 — стакан
Очищаемый газ (воздух) проходит через отверстия в тарелке и пробулькивает через слой абсорбента. Уровень жидкости на решетке поддерживается путем слива излишней жидкости через переливные трубки, концы которых опущены в стаканы. Другой вид абсорбера, более совершенного — пенный абсорбер. В результате взаимодействия жидкости с газом образуется пена. Благодаря этому создается значительная поверхность контакта абсорбента с очищаемым газом, что обеспечивает высокую эффективность очистки.
Рисунок 1.3 - Принципиальная схема установки для абсорбционно-десорбционного улавливания определённого компонента из газовой смеси:
1 – абсорбер; 2 -холодильник; 3 - десорбер; 4 –теплообменник
Газовая смесь, содержащая извлекаемый из нее компонент, поступает в абсорбер, где происходит контакт с абсорбентом, который поглощает данный компонент. Газ, очищенный от компонента, удаляется (очищенный воздух может быть выброшен в атмосферу), а раствор поглотителя, содержащий абсорбированный компонент, поступает в теплообменник, где нагревается. Нагретый раствор насосом подается в десорбер, где из него выделяется (десорбируется) поглощенный компонент путем испарения в результате нагревания поглотителя паром. Поглотитель, освобожденный от компонента, поступает в теплообменник, где отдает теплоту абсорбенту при его противоточном движении в десорбер, а затем направляется в холодильник, пройдя который, снова поступает в абсорбер. Таким образом, образуется замкнутый цикл. По такому циклу работает установка для абсорбционно-десорбционного улавливания определенных паров и газов из газовой смеси (из воздуха).
Абсорбция — наиболее распространенный процесс очистки газовых смесей во многих отраслях, например, в химической промышленности. Абсорбцию широко применяют для очистки выбросов от сероводорода, других сернистых соединений, паров соляной, серной кислот, цианистых соединений, органических веществ (фенола, формальдегида и др.).
Адсорбция — процесс избирательного поглощения одного или нескольких компонентов из газовой среды с помощью адсорбентов твердых материалов с большой удельной поверхностью. Газовая среда, из которой происходит поглощение компонента, называется газом-носителем, твердое вещество, поглощающее компонент — адсорбентом, поглощаемое вещество — адсорбтивом, поглощенное вещество — адсорбатом.
Различают физическую и химическую адсорбцию (хемосорбцию). При физической адсорбции между молекулами адсорбента и молекулами адсорбируемого вещества не происходит химического взаимодействия. Процесс физической адсорбции может быть обратимым, т. е. чередуются стадии адсорбции и десорбции (выделения поглощенного компонента из адсорбента).
При химической адсорбции молекулы адсорбента и адсорбтива химически взаимодействуют. Десорбция практически неосуществима. При химической адсорбции выделяется значительно больше теплоты, чем при физической адсорбции.
Ниже рассматривается физическая адсорбция, находящая применение в промышленности в значительной мере из-за возможности осуществить обратный процесс (десорбцию).
К адсорбенту предъявляют определенные требования: иметь высокую адсорбционную способность, т. е. возможность поглощать большое количество адсорбтива при его малой концентрации в газовой среде; высокая селективность (избирательность) в отношении адсорбируемого компонента; химическая инертность по отношению к компонентам очищаемой газовой среды; высокая механическая прочность; способность к регенерации; низкая стоимость.
С учетом этих требований широкое применение получили активированный уголь, силикагель, алюмогель, цеолиты. Эти вещества отличаются друг от друга природой материала и, как следствие, своими адсорбционными свойствами, размерами гранул, плотностью и др.
Различают истинную, кажущуюся и насыпную плотность адсорбента. Истинная плотность – масса единицы объема плотного адсорбента (т. е. без учета пор). Кажущаяся плотность – масса единицы объема пористого материала адсорбента. Под насыпной плотностью понимают массу единицы объема слоя адсорбента, включая объем пор в гранулах адсорбента и промежутков между гранулами адсорбента.
Активированный уголь – пористый углеродный адсорбент. Применяют несколько марок активированного угля, различающихся размером микропор. Активированный уголь соответствующей марки используют для адсорбции различных компонентов (газов, летучих растворителей и др.), обладающих различными свойствами. Размер гранул активированного угля 1,0–6,0 мм, насыпная плотность – 380–600 кг/м3.
Силикагель – синтетический минеральный адсорбент. Его преимущество по сравнению с активированным углём – негорючесть, низкая температура регенерации (100 – 200 0С), низкая себестоимость при массовом производстве, относительно высокая механическая прочность. Промышленность выпускает ряд марок силикагеля, отличающихся формой и размерами зерен (0,2–7,0 мм – кусковые и гранулированные), насыпная плотность 400–900 кг/м3. Силикагель обладает высокой адсорбционной ёмкостью. Его используют часто для осушения газа и поглощения паров, например, метилового спирта из газового потока.
Алюмогель – активная окись алюминия. Гидрофильный адсорбент с развитой пористой структурой. Используется, как и селикагель, для осушения газовых потоков и поглощения из них ряда органических веществ. Благодаря своим положительным свойствам (доступность, стойкость к воздействию жидкостей и др.) широко применяется. Выпускается в виде гранул цилиндрической формы диаметром 2,5–5 мм, высотой 3–7 мм, насыпная плотность 500–700 мм, и шаровой формы – радиус 3–4 мм, насыпная плотность 600–900 мм.
Цеолиты – алюмосиликаты, содержащие оксиды щелочных и щелочноземельных металлов. Этот адсорбент называют «молекулярные сита» за их способность разделять вещества на молекулярном уровне благодаря структуре и размерам своих пор. Цеолиты обладают также высокой селективностью. Отечественная промышленность выпускает ряд марок цеолитов, со связующим и без него, в виде гранул цилиндрической и шаровой формы. Размер гранул шарообразных d = 4 мм, цилиндрических 4 мм, насыпная плотность 600–900 кг/м3.
Адсорберы подразделяются на аппараты периодического в непрерывного действия. Адсорберы периодического действия с неподвижным слоем поглотителя имеют различное конструктивное исполнение. Более распространены цилиндрические вертикальные (рис. 1.4) и горизонтальные адсорберы. На колосниковой решетке в нижней части корпуса находится слой гравия высотой 100–200 мм, а на гравии укладывают слой адсорбента высотой до 2,5 м. Сверху от уноса адсорбент защищен проволочной сеткой. Диаметр адсорберов вертикального типа 2; 2,5; 3 м; высота цилиндрический части корпуса – до 2–5 м.
Очищаемый газ поступает в верхнюю часть аппарата со скоростью до 4 м/с и проходит сверху вниз через слой адсорбента. После того как поглотительная способность адсорбента исчерпана, происходит «проскок» поглощаемого компонента. Тогда аппарат переключают на процесс десорбции. В аппарат подают пар снизу. Пар удаляет из сорбента поглощенный компонент и направляется в холодильник-конденсатор, в котором происходит отделение поглощенного компонента от адсорбента. Производительность вертикальных адсорберов 10000—30000 м3/ч.
1 — барботер для подачи острого пара при десорбции; 2 — люки для выгрузки поглотителя; 3 — штуцер для отвода паров при десорбции; 4 —штуцер для подачи парогазовой смеси (при адсорбции) и воздуха (при сушке и охлаждении); 5 — люк для выгрузки поглотителя; 6 — корпус; 7 — штуцер для отвода отработанного газа (при адсорбции) и воздуха (при сушке и охлаждении); 8 — штуцер для отводя конденсата
На рис. 1.5 показана принципиальная схема непрерывного процесса адсорбции с циркулирующим псевдосжиженным адсорбентом.
Рисунок 1.5 - Принципиальная схема адсорбера с циркулирующим псевдосжиженным адсорбентом:
I — подача очищаемого газа; II — выход очищенного газа; III —подача вытесняющего вещества (пара или инертного газа); IV — выход адсорбтива; V — линия передачи адсорбента из десорбера в адсорбер; VI — линия передачи адсорбента из адсорбера в десорбер; 1 — адсорбер; 2 — десорбер; 3 — псевдосжиженный адсорбент
Непрерывная адсорбция перспективна, так как позволяет интенсифицировать процесс и с помощью сравнительно небольшого количества адсорбента очищать с высокой эффективностью газы от вредных паров и газов при их невысоких концентрациях. Можно подобрать такую скорость подачи очищаемого газа через слой зернистого материала (адсорбента), что слой материала будет находиться во взвешенном состоянии, напоминая кипящую жидкость. Такой слой зернистого материала называют псевдосжиженным или кипящим. При прохождении газа через слой материала происходит поглощение нежелательного компонента (адсорбтива). Очищенный газ покидает аппарат. Часть адсорбента постоянно спускается в десорбер для регенерации. Роль вытесняющего вещества при регенерации выполняет водяной пар или нагретый инертный газ. В десорбере также поддерживается кипящий слой адсорбента. Из него извлекается улавливаемое вещество (адсорбтив) и выводится из системы. Регенерированный адсорбент возвращается в адсорбер. Таким образом, происходит непрерывный процесс десорбции.
Каталитические методы очистки основаны на взаимодействии удаляемых веществ с вводимым в очищаемую газовую среду веществом в присутствии катализатора. В результате реакций находящиеся в газе примеси превращаются в другие соединения, представляющие меньшую опасность, или легко отделяются от газа.
Благодаря применению катализаторов можно достичь высокой степени счистки газа, достигающей в ряде случаев 99,9 %. Каталитическая очистка применяется в основном при небольшой концентрации удаляемого компонента в очищаемом газе. Каталитическая очистка позволяет обезвреживать оксиды азота, оксид углерода, другие вредные газовые загрязнения. Катализатор должен обладать активностью, пористой структурой, а также стабильностью, селективностью, прочностью. Под стабильностью понимают устойчивость к длительному воздействию температуры и компонента газовой смеси. Основное достоинство каталитических методов очистки: возможность достижения высокой степени очистки. При температуре 100 –150 °С процессы рассматриваются как необратимые, что позволяет получать газ с весьма низким содержанием примесей. Основные недостатки: обычно установки для каталитической очистки сложны, громоздки; в качестве эффективных катализаторов приходится применять дорогостоящие вещества – платину, палладий, рутений; используют и более дешёвые – никель, хром, медь, но они менее эффективны. В целом наблюдается тенденция расширения применения каталитической очистки. Эти методы нуждаются в дальнейшем совершенствовании.
Дата публикования: 2015-07-22; Прочитано: 1615 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!