close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

mihalenkov

код для вставкиСкачать
Федеральное агенТство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ
С. В. Михаленков, М. И. Мушкудиани,
Б. И. Попов, А. Ю. Шмыков
Процессы и аппараты
для утилизации, очистки
и обезвреживания газообразных отходов
Учебное пособие
Санкт-Петербург
2009
УДК 628.5
ББК 38.76
М70
Рецензенты:
кафедра промышленной и экологической безопасности СПбГУАП;
кандидат технических наук, доцент кафедры экологического приборостроения
и мониторинга СПбГУ ИТМО Д. Н. Козлов
Утверждено редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
Михаленков С. В., Мушкудиани М. И., Попов Б. И., Шмыков А. Ю.
М70
Процессы и аппараты для утилизации, очистки и обезвреживания газообразных отходов: учебное пособие / С. В. Михаленков, М. И. Мушкудиани,
Б. И. Попов, А. Ю. Шмыков. – СПб.: ГУАП, 2009. – 48 с.: ил.
ISBN 978-5-8088-0481-4
В учебном пособии приведены классификация газообразных отходов;
основные виды аппаратуры, используемой для их утилизации, очистки и
обезвреживания; описаны физические и химические процессы, положенные
в основу их функционирования.
Пособие предназначено для студентов, изучающих специальность «Инженерная защита окружающей среды», в программе которой предусмотрены дисциплины «Процессы и аппараты защиты окружающей среды» и
«Проектирование систем очистки пылегазовых выбросов».
УДК 628.5
ББК 38.76
Учебное издание
Михаленков Станислав Васильевич
Мушкудиани Малхаз Иосифович
Попов Борис Иванович
Шмыков Алексей Юрьевич
Процессы и аппараты
для утилизации, очистки
и обезвреживания газообразных отходов
Учебное пособие
Редактор А. Г. Ларионова
Верстальщик С. Б. Мацапура
Сдано в набор 29.09.09. Подписано к печати 13.10.09.
Формат 60×84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Печ. л. 3,0.
Уч.-изд. л. 2,8. Тираж 150 экз. Заказ № 655.
Редакционно-издательский центр ГУАП
190000, Санкт-Петербург, Б. Морская ул., 67
ISBN 978-5-8088-0481-4
© ГУАП, 2009
© С. В. Михаленков, М. И. Мушкудиани,
Б. И. Попов, А. Ю. Шмыков, 2009
ВВЕДЕНИЕ
Негативные воздействия на человека и среду обитания не ограничиваются только естественными опасностями, которые сопровождают жизнедеятельность человека на протяжении всего его
существования. Человек, решая задачи своего материального обеспечения, все в больших масштабах воздействует на среду обитания своей деятельностью и продуктами деятельности, генерируя в
окружающей среде антропогенные опасности.
Эти опасности в подавляющем большинстве случаев определяются наличием отходов, неизбежно возникающих при любом виде
хозяйственной деятельности в соответствии с законом о неустранимости отходов или побочных воздействий производств [1]. Отходы
сопровождают работу промышленных и сельскохозяйственных
производств, транспорта и предприятий, использующих различные
виды топлива для получения электрической и тепловой энергии.
Они поступают в окружающую среду в виде выбросов в атмосферу,
сбросов в водоемы, производственного и бытового мусора, потоков
тепловой и электромагнитной энергии.
Практически все виды отходов склонны к накоплению. Динамика их роста имеет прогрессирующую тенденцию, что ставит под
угрозу благополучие целых регионов (особенно урбанизированных)
из-за негативного характера воздействия на среду обитания, растительный и животный мир.
Вместе с тем отходы и побочные эффекты могут быть переведены из одной физико-химической формы в другую или перемещены
в пространстве. В настоящее время созданы целые отрасли промышленности, занятые утилизацией и переработкой отходов различного вида.
К газообразным относятся отходы и выбросы, состоящие из смесей газов и паров, а также примесей твердых и жидких частиц различного химического состава и происхождения, которые находятся в газах во взвешенном состоянии.
Многообразие существующих методов и аппаратов для утилизации полезных продуктов и очистки пылегазовых потоков делает
невозможным в ограниченных рамках пособия привести даже их
малую часть. По этой причине ниже описаны только те процессы и
аппараты, которые получили в настоящее время наибольшее распространение.
3
1. ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ
ГАЗООБРАЗНЫМИ ОТХОДАМИ
Атмосферный воздух всегда содержал и содержит некоторое количество примесей, поступающих от естественных источников. Это
пыль растительного, вулканического и космического происхождения; пыль, возникающая при эрозии почвы; частицы морской и
океанской соли; дымы и газы от лесных и степных пожаров; газы,
выделяющиеся при распаде продуктов растительного и животного
происхождения; вулканические газы.
На формирование атмосферы ушли миллионы лет. Состав атмосферы Земли до недавнего времени оставался относительно постоянным. Негативные воздействия газообразных отходов на человека
и окружающую природную среду, необходимость их утилизации и
обезвреживания связаны, прежде всего, с качественными и количественными изменениями, произошедшими за последние 100 –
150 лет в атмосфере из-за деятельности человечества.
Состав атмосферы приведен в табл. 1, в табл. 2 – среднесуточные
предельно допустимые концентрации (ПДКсс) основных вредных
микропримесей антропогенного происхождения в атмосферном
воздухе.
Таблица 1
Состав атмосферы
Компонент
Содержание, %
Компонент
Содержание, %
N2
O2
Ar
CO2
Ne
78,1
20,9
0,93
0,035
0,0018
He
CH4
Kr
H2
N2O
0,000524
0,0001745
0,000114
0,000055
0,00005
Таблица 2
ПДКсс основных антропогенных микропримесей
Компонент
ПДКcc, мг/м3
Компонент
ПДКcc, мг/м3
ТЧ
SО2
NO
CO
0,15
0,05
0,06
3
O3
NO2
NН3
Cl2
0,03
0,04
0,04
0,03
Примечание: ТЧ – твердые частицы.
4
Доли основных примесей, поступающих в атмосферу от антропогенных источников в процентном отношении к выбросам от естественных источников, представлены в табл. 3.
Таблица 3
Сравнительная таблица
Агрегатное
состояние вещества
Выбросы источников, млн т/год
Доля примесей,
%
естественных
антропогенных
Твердые частицы
3700
1000
27
Окись углерода СО
5000
304
5,7
Углеводороды CnНm
2600
88
3,3
Оксиды азота NOx
770
53
6,5
Оксиды серы, в том
числе SO2
650
100
13,3
485 000
18 300
3,6
Двуокись углерода СО2
Развитие энергетической, химической и деревоперерабатывающей промышленности, увеличение численности и видов транспорта, интенсификация сельского хозяйства привели к заметному
увеличению в атмосферном воздухе доли антропогенных примесей
(табл. 4).
Таблица 4
Выброс в атмосферу главных загрязнителей
(поллютантов) в мире и РФ
Вещество
Показатель
Суммарный мировой выброс,
млн т
Выброс по России (стационарные источники), млн т
Доля России (с учетом всех
источников), %
Диоксид Оксиды
Оксид
Твердые
серы
азота
углерода частицы
Всего
99
68
177
57
401
9,2
3
7,6
6,4
26,2
12
5,8
5,6
12,2
13,2
К особенностям негативного воздействия газообразных отходов
на здоровье человека и окружающую природную среду следует отнести, прежде всего, их глобальный характер. Ни твердые, ни жидкие производственные отходы и отходы потребления не обладают
столь активными действиями, как газообразные. Высокая степень
5
свободы перемещения с воздушными массами на большие расстояния и сложность своевременной идентификации источников, а
также сравнительная внезапность их проявления могут приводить
к необратимым последствиям, вредно отражающимся на здоровье человека и состоянии окружающей среды. Наиболее уязвимой
для газообразных отходов является тропосфера, масса которой составляет ∼ 85 % всей массы атмосферы. Только немногие, наиболее легкие элементы и соединения достигают более высоких слоев,
подвергаясь там различного рода превращениям под воздействием
космического излучения.
Негативное воздействие газообразных отходов не ограничивается только тропосферой. Перемещаясь с воздушными потоками на
большие расстояния от мест их образования, они воздействуют на
почву и гидросферу, которые являются средой обитания многочисленных представителей животного и растительного мира и различных микроорганизмов.
Разрушение озонового слоя в основном является следствием
взаимодействия фреонов, используемых в качестве хладоагентов
в холодильных установках в результате утечек при их заправке
и из отслуживших свой срок бытовых холодильников.Уменьшение озонового слоя приводит к увеличению доли жесткого ультрафиолетового излучения, отрицательно действующего на все
живое.
Кислотные дожди являются прямым следствием все увеличивающегося содержания оксидов серы и оксидов азота, поступающих
от различных источников в атмосферу. Они наносят вред непосредственно не только растительному и животному миру, зданиям и
сооружениям, вызывая их преждевременную коррозию, но и изменяют кислотность почвы и значение рН в водоемах.
Смог, образующийся в результате фотохимических реакций в
газовой фазе, вызывает резкий всплеск сердечно-сосудистых заболеваний и заболеваний дыхательных путей.
Парниковый эффект, проявляющийся в задержке инфракрасного излучения двуокисью углерода, метаном, закисью азота и
хлорсодержащими веществами, может привести к глобальному
увеличению температуры атмосферы и таянию ледового покрова в
полярных областях.
Загрязнение токсичными выбросами, в том числе радиоактивными, может сделать непригодными для проживания целые территории.
6
Газообразные отходы в концентрациях, определяемых свойствами содержащихся в них продуктов, могут обладать взрыво- и
пожароопасностью.
Поступление тепла в атмосферу вместе с газообразными отходами приводит к местному увеличению температуры, что особенно
заметно в крупных городах (температура воздуха в зимнее время на
2 – 3 °С выше, чем в прилегающей к ним сельской местности), хотя
на общем тепловом балансе атмосферы это практически не сказывается. Утилизация теплоты может существенно снизить затраты
на электроэнергию и другие энергоносители.
7
2. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ГАЗООЧИСТКИ
Номенклатура газообразных отходов весьма обширна, однако
принципы, положенные в основу различного вида оборудования
для утилизации и обезвреживания, едины для любых веществ и
определяются характером выбросов. Газообразные отходы можно
разделить (рис. 1) на содержащие примеси твердых и жидких частиц, находящихся в газах во взвешенном состоянии (дым, туман,
пыль), и содержащие газовые примеси (пары, газы) [2].
Такая схема разделения по фазовому составу позволяет определить общие методы улавливания газообразных отходов, произвести выбор соответствующего оборудования и технологических схем
процессов утилизации и газоочистки.
В соответствии с приведенной схемой можно составить классификацию методов обезвреживания и утилизации газовых выбросов
(табл. 5). Конкретные мероприятия по очистке должны также учитывать санитарно-гигиеническую классификацию, химический
состав и возможность утилизации теплоты.
›Á½ÔÈÉÁžʾÂ
ÔÅÔÈÔÄÁËÌŹÆÔ
¥ÁƾɹÄÕÆÔ¾
йÊËÁÏÔ
¹ºÉ¹ÀÁ»
¹Êº¾ÊËÊÇÄÁ
ž˹ÄÄÇ»Á
½É
§É¼¹ÆÁоÊÃÁ¾
ÈÉǽÌÃËÔ
«»¾É½Ô¾Ì¼ÇÄսɾ»¾ÊÁƹ
ÅÌÐƹØÈÔÄÕÁ½É
œ¹ÀÔȹÉÔ
§É¼¹ÆÁоÊÃÁ¾
$)ª¦
º¾ÆÀÇÄËÇÄÌÇÄ
Á½É
ŸÁ½ÃÁ¾Å¹ÊĹÖÅÌÄÕÊÁÁ
ÖľžÆËÇÇɼ¹ÆÁоÊÃÁ¾
ÊǾ½ÁƾÆÁØ
Рис. 1. Классификация выбросов
8
¦¾Çɼ¹ÆÁо
ÊÃÁ¾)440
)$M)#SÁ½É
Таблица 5
Классификация методов утилизации и обезвреживания
Примеси
Группа
Метод
Твердые
Минеральные Механический
Органические Абсорбция
Газообразные
Минеральные Абсорбция
Полезный эффект
Возврат в основное
производство
Адсорбция
Электрохимический
Абсорбция с последующим сжиганием
Утилизация теплоты
Органические Каталитическое сжигание
Утилизация теплоты
и продуктов сгорания
Каталитическое сжигание с последующей
абсорбцией
Использование
в смежных производствах
Первой стадией при утилизации и газоочистке является отделение твердых и жидких частиц от газообразных примесей. Твердые
частицы находятся в виде пыли или дыма. Диапазон их размеров –
от десятых долей микрон до сотен микрон. Жидкие примеси присутствуют в виде мелких капелек или тумана и представляют собой
взвеси частиц размером около 1 мкм и менее, которые образовались
при распылении или конденсации веществ, находившихся в газообразном состоянии. Очистка газообразных отходов, содержащих
такие примеси, производится с помощью механических и электрических методов.
При механической очистке используют центробежную силу,
фильтрование сквозь пористые материалы, пропускание через воду
или другие жидкости. Для отделения крупных частиц используют
силу тяжести (седиментацию). При высоких концентрациях применяют предварительное укрупнение (коагуляцию), например, в
акустическом поле.
Электрическую очистку газов широко применяют для отделения и утилизации твердых и жидких частиц.
Практически все методы утилизации и обезвреживания газов
основаны либо на связывании нежелательных примесей, либо на
их деструкции с образованием нейтральных продуктов. Все применяемые методы можно отнести к трем основным группам:
9
1) методы «сухой» очистки, которые удаляют примеси из потока
с помощью твердых поглотителей (адсорбентов) или путем преобразования в другое вещество с помощью катализаторов;
2) методы «мокрой» очистки с помощью жидких абсорбентов;
3) методы очистки без применения поглотителей или катализаторов.
К первой группе относятся методы, основанные на химическом
взаимодействии с твердыми поглотителями и на каталитическом
превращении газообразных примесей в безвредные или легко удаляемые соединения.
Сухие методы, как правило, реализуют в аппаратах c неподвижным слоем сорбента, поглотителя или катализатора, который
периодически подвергается замене или регенерации. Адсорбция в
«кипящем» или движущемся слое сорбента позволяет непрерывно
обновлять рабочий материал, однако его механический износ не
позволяет применять этот способ при высокой стоимости сорбента.
Мокрые способы основаны на абсорбции извлекаемого компонента жидким сорбентом. Способы реализации осуществляются
при непрерывной циркуляции сорбента между емкостью, в которой происходит очистка газов, и регенератором, где восстанавливается поглотительная способность сорбента.
К третьей группе относятся методы очистки, основанные на конденсации газообразных примесей и диффузионных процессах (термодиффузия, разделение через пористую перегородку). Эти методы
имеют большую перспективу, но пока не нашли широкого применения в технологических цепочках по утилизации и обезвреживанию газообразных отходов.
В зависимости от требуемой степени очистки газовых примесей
различают грубую, среднюю и тонкую степень очистки. Обоснованность применяемых методов и степени очистки, экономическая
эффективность и экологическая целесообразность определяются в
каждом конкретном случае характером утилизируемого материала, дефицитностью содержащихся в нем компонентов и их токсикологическим действием на организм.
10
3. МЕХАНИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ
Механические методы очистки и утилизации применяются
для отделения или рассеяния твердых и жидких примесей, находящихся в газообразных отходах. Простейшим, но не самым эффективным с точки зрения защиты окружающей среды методом
обезвреживания выбросов является метод рассеяния через трубу
(свечу). Он всегда реализуется в конце технологической цепочки
газоочистки. При этом в окружающую среду рассеиваются остатки газопылевых потоков, которые не удалось очистить в процессе
газоочистки.
3.1. Метод рассеяния газообразных отходов
Рассеяние является методом пассивного обезвреживания, преследующего цель снижение концентраций компонентов газообразных отходов до безопасных уровней, определяемых величинами их
ПДК в приземном слое атмосферы.
Рассеяние выбросов происходит через трубу с естественным или
принудительным газотоком (рис. 2). Высота трубы, позволяющая
осуществить рассеяние, определяется расчетным путем на основе
исходных данных. При расчете высоты трубы должны учитываться фазовый и дисперсный состав компонентов, разность между
температурой выброса и температурой воздуха, содержание при©
©Y
œÓÄƺÆÁ
̸½Ã
ÉÊÆÏÅÀÂ
˜
š
›
Y
™
Рис. 2. Метод пассивного обезвреживания:
А – зона неорганизованного загрязнения; Б – зона переброса факела;
В – зона задымления; Г – зона постепенного снижения уровня загрязнения
11
месей в выбросах и фоновая концентрация соответствующих компонентов, объемный расход газовоздушной смеси, температурная
стратификация атмосферы, рельеф местности, скорость оседания
частиц, находящихся в факеле во взвешенном состоянии, а также
содержание в нем водяных паров.
Метод рассеяния газообразных отходов со всей очевидностью малоэффективен, поскольку труба лишь выбрасывает вредные газообразные примеси, хотя до поверхности Земли они доходят в сильно
разбавленном виде. В результате общее количество загрязняющих
веществ лишь распределяется на большую площадь. Охлажденные
дымовые газы взаимодействуют с влагой, содержащейся в воздухе,
и в виде тумана сернистой и серной кислот оседают на почву и водоемы в виде кислотных дождей.
Основным документом, регламентирующим расчет методом
рассеяния, является «Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах
предприятий ОНД-86». По этой методике определяются предельно допустимые выбросы (ПДВ) при разных условиях рассеяния,
обусловленных как источником, так и местностью расположения
трубы.
3.2. Основные параметры аппаратуры газоочистки
Работа аппаратуры, использующей механические методы, независимо от конкретных технических решений, характеризуется рядом параметров. Основными из них являются эффективность очистки, гидравлическое сопротивление и потребляемая мощность.
Эффективность очистки
h = (Свх – Свых)/Свх,
(1)
где Свх и Свых – массовые концентрации твердых или жидких примесей в газообразных отходах до и после аппарата.
При широком спектре частиц и ограниченных возможностях
аппаратуры используют понятие фракционной эффективности hi
очистки:
hi = (Свх i – Cвых i)/Cвх i,
(2)
где Свх i и Cвых i – массовые концентрации i-й фракции пыли на входе и выходе аппарата. Довольно часто для оценки эффективности
процесса очистки используют коэффициент проскока K, который
определяется следующим образом:
12
K = Свых/Свх.
(3)
Гидравлическое сопротивление аппаратов очистки DР определяют как разность давлений на входе Рвх и выходе Рвых аппарата.
Значение гидравлического сопротивления аппарата находится экспериментально или рассчитывается по формуле
DР = Рвх–Рвых =zrv2/2,
(4)
где z – безразмерный коэффициент гидравлического сопротивления аппарата; r и v – соответственно плотность и скорость, м/с, газового потока в расчетном сечении аппарата.
Если в процессе работы гидравлическое сопротивление изменяется (как правило, увеличивается), то регламентируются его начальное DРнач и конечное DРкон значения. При достижении DР =
= DРкон процесс очистки должен быть прекращен и произведена регенерация аппарата, если такая возможность заложена в конструкции, или заменен сам аппарат или его рабочий элемент.
Последнее обстоятельство имеет принципиальное значение для
различных разновидностей фильтров. Для них обычно значение
DРкон ≈ 2 ÷5 DРнач.
Мощность N побудителя расхода определяется гидравлическим
сопротивлением DP и объемным расходом W газообразных отходов,
проходящих через аппарат:
N = k DPW/(hмhв),
(5)
где k – коэффициент запаса мощности: k ≈ 1,1÷1,15; hм – коэффициент передачи мощности: hм ≈ 0,92÷0,95; hв – кпд вентилятора:
hв ≈ 0,6÷0,8.
3.3. Сухое и мокрое обеспыливание
Для грубой и средней очистки применяют пылеуловители,
принцип действия которых основан на использовании для выделения частиц из потока газа сил тяжести или инерционных сил (пылеосадительные камеры, циклоны, инерционные, жалюзийные и
ротационные пылеуловители).
Пылеосадительные камеры (рис. 3, а, б) используют гравитационные и частично силы инерции. Это простые, но громоздкие
аппараты. Турбулизация воздушного потока и неравномерность
распределения его по всему объему камеры существенно снижает
эффективность этих аппаратов.
13
а)
б)
Рис. 3. Пылеосадительные камеры:
а – прямоточная; б – с поперечными перегородками: 1 – входной патрубок; 2 –
корпус; 3 – выходной патрубок
В настоящее время пылеосадительные камеры находят ограниченное применение, однако полностью отказываться от них нецелесообразно. В отдельных случаях, например для предварительного
обеспыливания воздуха в деревоперерабатывающей промышленности или при дроблении отработанных формовочных смесей в литейном производстве, их применение является достаточно эффективной мерой.
Пылеосадительные камеры применяют для осаждения крупной
и тяжелой пыли с размером частиц 50 мкм и более. Скорость запыленного воздуха в поперечном
œ¹Àƹ
сечении выбирается из расчета,
ÇÐÁÊËÃÌ
чтобы пыль могла осесть в ка
мере раньше, чем она покинет
ее (обычно порядка 0,5 м/с).
Работа прямоточной камеры
основана исключительно на
эффекте гравитации. В пылеосадительных камерах с поперечными перегородками часть
пыли осаждается под действием инерционных сил, возника§ÐÁÒ¾ÆÆÔÂ
¨ÉǽÌÃË
¼¹À
ющих при изменении направления потока воздуха.
Рис. 4. Жалюзийный пылеуловитель:
Инерционные пылеуловите1 – входной патрубок; 2 – корпус;
ли жалюзийного типа. Основ3 – пластины решетки;
4 – выходной патрубок; 5 – пылесборник ным элементом таких пылеуловителей (рис. 4) является
решетка, пластины которой располагаются под углом к направлению воздушного потока.
14
Рис. 5. Камерные пылеуловители:
1 – входной патрубок; 2 – выходной патрубок;
3 – расширительная камера; 4 – пылесборник
Решетка устанавливается таким образом, что поток газа при повороте разбивается на плоские струи. Частицы, в силу своей инерционности, не успевают следовать за резким изменением направления движения воздуха и выделяются из общего потока в поток
грязного газа.
Камерные пылеуловители. В камерных пылеуловителях (рис. 5)
осаждение пыли происходит, в основном, под действием инерционных сил. Запыленный воздух через патрубок 1 поступает в расширительную камеру 3, где отделяется от пыли, и выходит через
патрубок 2. Скорость движения воздуха в камере порядка 1 м/с.
При этом улавливаются частицы пыли размером 25 – 30 мкм с эффективностью очистки до 85 %.
Инерционные пылеуловители циклонного типа. В аппаратах
циклонного типа (рис. 6) отделение пыли происходит за счет центробежных сил, действующих на частицы. Они возникают в результате введения потока воздуха по касательной в цилиндрический сосуд и дальнейшего движения в нем по спирали.
Под действием центробежных сил частицы отбрасываются к
стенкам цилиндра; касаясь внутренней поверхности цилиндра,
они теряют свою скорость и скользят по внутренней поверхности
циклона в пылевой бункер.
Аппараты циклонного типа обладают большой производительностью, просты в конструкции и эксплуатации. Циклонные пылеуловители используются в основном для предварительного отделения крупнодисперсных фракций пыли. Для частиц 5 – 10 мкм
15
§ÐÁÒ¾ÆÆÔÂ
¼¹À
œ¹À
¨ÔÄÕ
Рис. 6. Циклонный
пылеуловитель:
1 – корпус; 2 – входной патрубок;
3 – выходной патрубок; 4 – бункер
Рис. 7. Вихревой пылеуловитель:
1 – выходной патрубок; 2 – тангенциально расположенные сопла для дополнительного воздушного потока; 3 – корпус;
4 – лопаточный завихритель; 5 – входной
патрубок; 6 – бункер для пыли
эффективность очистки достигает 90 % и более при правильном
выборе соотношения диаметра циклона и расхода газа.
Вихревые пылеуловители (рис. 7) отличаются от циклонов наличием вспомогательного воздушного потока. Воздух, содержащий частицы пыли, поступает через патрубок 5, где закручивается
лопаточным завихрителем 4, и перемещается вверх в корпусе 3,
подвергаясь воздействию струй из тангенциально расположенных
сопел 2. Под действием центробежных сил частицы пыли отбрасываются к стенкам цилиндра, после чего поступают в бункер 6 через
кольцевое межтрубное пространство, увлекаемые вспомогательным воздушным потоком. Очищенный от пыли воздух выходит из
завихрителя через патрубок 1.
В вихревых пылеуловителях достигается эффективность очистки около 98 – 99 % для частиц размером порядка 10 мкм.
Ультразвуковые аппараты пылеочистки (рис. 8) применяются в основном для тонкой очистки. При воздействии ультразвука
высокой интенсивности происходит коагуляция (слипание) мельчайших частиц пыли, в результате чего образуются более крупные
частицы, которые осаждаются в обычных пылеуловителях (например, в аппаратах циклонного типа).
16
Рис. 8. Ультразвуковой аппарат
пылеочистки:
1 – корпус ультразвуковой камеры;
2 – входной патрубок; 3 – генератор
ультразвука; 4 – выходной патрубок; 5 – циклон
Рис. 9. Электрический фильтр:
1 – вход воздуха; 2 – бункер для
пыли; 3 – коронирующий электрод;
4 – осадительный электрод; 5 –
высокое напряжение; 6 – выход
очищенного воздуха;7 – заземление
Эффективность очистки достигает 95 % при воздействии ультразвука в течение 3 – 5 с.
Электрические фильтры (рис. 9) применяются для очистки воздуха от всех видов пыли и высокодисперсного тумана.
Электрическая очистка является одним из наиболее совершенных видов очистки газов от частиц пыли и тумана. Процесс очистки основан на ударной ионизации газа в зоне коронирующего разряда, зарядке образовавшимися ионами аэрозольных частиц и
осаждении последних на осадительных и коронирующих электродах электрофильтра.
В электрофильтре в поле коронного разряда взвешенным в газе
частицам сообщается электрический заряд (отрицательный или положительный в зависимости от полярности высокого напряжения,
приложенного к коронирующему электроду 3). Далее заряженные
частицы под действием электрического поля осаждаются на электродах (практически все на электроде 4). Если фильтр используется для улавливания туманов, жидкость по мере накопления на
осадительном электроде самопроизвольно стекает в бункер.
При обеспыливании необходимо дополнительное устройство,
удаляющее пыль с электродов путем их встряхивания либо каким
другим способом.
17
Рис. 10. Ротационный пылеуловитель:
1 – входной патрубок; 2 – ротор; 3 – кольцевой приемник; 4 – улитка; 5 – отверстие для сброса пыли в бункер; 6 – бункер; 7 – отверстие в патрубке для возврата
воздуха из бункера; 8 – выходной патрубок; 9 – зазор между ротором и корпусом
Преимущество электрических фильтров – малая энергоемкость
(примерно 10 Вт на 1000 м3/ч); недостаток – сложность в эксплуатации.
Ротационные пылеуловители (ротоклоны) (рис. 10) очищают
воздух от жидких и твердых примесей за счет силы Кариолиса и
центробежных сил, возникающих при вращении ротора. Конструктивно они выполнены в виде центробежных вентиляторов, в которых одновременно с перемещением воздуха или газа происходит их
очистка от твердых или жидких частиц размером более 10 мкм.
Очищаемый воздух поступает к вращающемуся ротору 2 через
входной патрубок 1. При вращении ротора, выполненного в виде
диска с большим количеством лопаток, установленных на нем под
определенным углом по отношению к набегающему потоку, частицы пыли под действием центробежных сил и сил Кариолиса прижимаются к поверхности диска и к набегающим сторонам лопаток
и вместе с небольшим количеством воздуха через зазор между колесом и улиткой 4 поступают в кольцевой приемник 3, а очищенный
воздух (примерно 95 %) – в улитку 4 и выходной патрубок 8. Из
кольцевого приемника небольшое количество обогащенного пылью воздуха поступает в бункер 6 и оседает в нем, а воздух через
отверстие в патрубке 7 возвращается к ротору.
18
Рис. 11. Ротационный туманоуловитель:
1 – входной патрубок; 2 – корпус; 3 – ротор; 4 – вентилятор; 5 – брызгоуловитель; 6 – электродвигатель; 7 – клапан для слива масла
Ротоклоны находят широкое применение в литейном производстве. Они обеспечивают эффективность очистки для частиц пыли
размером 8 – 20 мкм порядка 83 %, а для более крупных – 97 % и
выше.
Ротоклоны-туманоуловители (рис. 11) применяют для очистки воздуха от масляного тумана и туманов других жидкостей.
Первая ступень представляет собой ротор 3 с фильтрующим материалом (как правило, многослойный войлок из синтетических
волокон диаметром 15 – 20 мкм). Вторая ступень – брызгоуловитель 5, выполненный из одного слоя войлока с диаметром волокон
70 – 100 мкм. Эффективность очистки от масляного тумана с размером капелек 2 – 3 мкм составляет 94 – 99 %. При размере капелек
более 3 мкм обеспечивается 100 %-я эффективность очистки.
Широкое распространение получили аппараты мокрой очистки
газов. Для них характерна высокая эффективность очистки от мелкодисперсной пыли (порядка десятых долей микрометра), а также
возможность очистки от пыли нагретых и взрывоопасных газов.
В аппаратах мокрой очистки заложен принцип осаждения частиц
пыли на поверхность капель либо на поверхность пленки жидкости.
К недостаткам мокрых пылеуловителей, ограничивающих их
область применения, относятся следующие: в процессе очистки образуется шлам, что требует специальных устройств для его удаления и переработки; происходит вынос влаги в атмосферу и образование отложений в газоходах при охлаждении газов до точки росы;
необходимо создавать оборотные системы подачи воды в рабочий
объем пылеуловителя.
19
Ротоклоны с увлажнением газодинамического тракта. Для повышения эффективности очистки в газодинамическом тракте ротоклонов (как и в циклонах) может распыляться вода.
Особенно привлекает возможность использовать для распыления сточные воды с содержанием механических примесей до 30 г/л.
В этом случае работа ротоклона сопряжена с уносом большого количества влаги в результате испарения. По этой причине в бункере
скапливается жидкость, концентрация примесей в которой возрастает не только за счет поглощения пыли из газового потока, но и за
счет веществ, находящихся в используемой для распыления сточной воде. Это важное преимущество, так как позволяет существенно снизить энергетические затраты при обезвоживании шлама, а
также утилизировать довольно значительные объемы сточных вод.
Скрубберы. Среди аппаратов мокрой очистки с осаждением
пыли на поверхность капель наибольшее распространение получили скрубберы Вентури (рис. 12).
Основная часть скруббера состоит из сопла Вентури. В его конфузорную часть поступает запыленный воздух и одновременно через
центробежные форсунки 1 поступает жидкость для распыления.
В конфузорной части сопла 2 происходит разгон воздуха или газа
от скоростей порядка 10 – 15 м/с до скорости 100 – 200 м/с в узком
сечении сопла. Эффективность процесса осаждения на капли зависит от расхода распыляемой жидкости и поверхности капель.
В диффузорной части поток расширяется и тормозится, а капли
жидкости с захваченными частицами пыли поступают в каплеуловитель 3, который выполняется, как правило, в виде прямоточного
циклона.
Эффективность очистки при начальной концентрации пыли до
100 мг/м3 и удельном расходе воды 1 – 6 л/м3 достигает 90 % для
§ÐÁÒ¾ÆÆÔ¼¹À
œ¹À
›Ç½¹
±Ä¹Å
Рис. 12. Скруббер Вентури:
1 – форсунка; 2 – сопло Вентури; 3 – каплеуловитель
20
§ÐÁÒ¾ÆÆÔÂ
¼¹À
§ÐÁÒ¾ÆÆÔÂ
¼¹À
›Ç½¹
›Ç½¹
œ¹À
ªÄÁ»
œ¹À
±Ä¹Å
±Ä¹Å
Рис. 13. Барботажно-пенные пылеуловители:
а – с провальной решеткой; б – с переливной решеткой; 1 – корпус;
2 – вода и пена соответственно; 3 – решетка
частиц пыли размером порядка 1 мкм и 99 % для частиц размером
10 мкм и более.
Скрубберы Вентури нашли широкое применение в системах
очистки газов от туманов. Эффективность очистки воздуха от тумана со средним размером частиц 0,5 мкм и более достигает 99,9 %,
что сравнимо с высокоэффективными фильтрами.
Барботажно-пенные пылеуловители также относятся к мокрым пылеуловителям. В промышленности нашли применение две
разновидности таких пылеуловителей: с провальной (рис. 13, а) и
переливной (рис. 13, б) решетками.
Очищаемый от пыли газ поступает под решетку 3, проходит
через отверстия в решетке и, барботируя сквозь слой жидкости и
пены 2, очищается от пыли в результате осаждения частиц на внутреннюю поверхность газовых пузырей. При скоростях подачи воздуха под решетку до 1 м/с аппараты работают в барботажном режиме; при увеличении скорости до 2 – 2,5 м/с возникает слой пены
над поверхностью жидкости, что сопровождается повышением эффективности очистки. Современные барботажно-пенные аппараты
обеспечивают очистку газов от мелкодисперсной пыли с эффективностью 95 – 97 % при удельном расходе воды 0,4 – 0,5 л/м3.
21
§ÐÁÒ¾ÆÆÔÂ
»ÇÀ½ÌÎ
¹¼ÉØÀƾÆÆÔÂ
»ÇÀ½ÌÎ
§Ê¹½ÇÃ
Рис. 14. Циклонно-пенный пылеуловитель без протока жидкости:
1 – вентилятор; 2 – клапан для удаления осадка; 3 – бак-отстойник; 4 – межцилиндровое пространство; 5 – пенообразователь; 6 – сливной патрубок; 7 – зона
каплеулавливания; 8 – центробежный каплеуловитель; 9 – люк; 10 – циклоннопенный аппарат; 11 – водопроводная магистраль; 12 – датчик уровня воды;
13 – регулятор уровня; 14 – промежуточная емкость; 15 – насос;
16 – фильтрующее устройство
Циклонно-пенные пылеуловители (рис. 14), в отличие от скрубберов, ротоклонов и барботажно-пенных аппаратов, не требуют непрерывной подачи воды. Различают циклонно-пенные аппараты с
протоком и без протока жидкости. В последнем случае добавление
жидкости производится только для компенсации потерь. Оптимальная скорость воздуха в аппаратах этого типа 5 м/с. Их производительность выше, чем у барботажно-пенных аппаратов, а конструктивные размеры намного меньше.
Загрязненный воздух через тангенциальный патрубок подается в межцилиндровое пространство 4, где происходит закручивание воздушного потока и осаждение крупных частиц пыли на
внутреннюю поверхность внешнего цилиндра, с которой они под
действием силы тяжести поступают в отстойник 3. Далее воздушный поток с более мелкими частицами пыли через слой жидкости
поступает во внутренний цилиндр, в котором образуется пена 5 и
происходит очистка воздуха. Очищенный воздух с каплями жидкости, на которых осела пыль, поступает в центробежный каплеуловитель, откуда уловленная жидкость по патрубку 6 сливается в
бак-отстойник 3.
22
3.4. Фильтрование воздуха
Пылеуловители применяют, как правило, для предварительного
улавливания частиц со степенью дисперсности 1 – 10 мкм и более.
При этом в большинстве случаев пылеочистители не позволяют получить достаточно чистый газ, который можно без дополнительной
очистки подавать в рабочую зону производственного помещения
или выбрасывать в атмосферу.
В настоящее время фильтрование воздуха широко распространено в системах кондиционирования, воздухоподготовки чистых
помещений (электронная и фармацевтическая промышленности),
утилизации ценных вторичных продуктов.
Очистка воздуха от газообразных примесей с помощью фильтров
имеет целый ряд неоспоримых преимуществ. Этот метод характеризуется более высокой степенью очистки от частиц всех размеров
вплоть до субмикронных независимо от их агрегатного состояния.
Они наиболее легко поддаются автоматизации. Параметры фильтрации более стабильны в процессе очистки и обладают намного
меньшей зависимостью от изменения физико-химических свойств
улавливаемых примесей и расхода газа.
К недостаткам фильтров следует отнести необходимость периодической замены или регенерации фильтрующих элементов; сравнительно высокий расход энергии из-за большого гидравлического
сопротивления; громоздкость установок, особенно при значительных объемных расходах очищаемых газов.
Появление новых фильтрующих материалов из синтетических,
стеклянных и металлических волокон, пористых пластических
масс, пористой металлокерамики, шлаковаты и других новых композиционных материалов значительно расширяют их возможности
и свойства.
Воздушные фильтры применяют для очистки приточного и вентиляционного воздуха в системах вентиляции и кондиционирования.
По конструктивному исполнению эти фильтры бывают рулонные, самоочищающиеся, ячейковые, панельные и электростатические.
По конструктивному исполнению фильтрующей панели самоочищающиеся фильтры бывают сетчатыми с подвижной и неподвижной фильтрующей панелью, шторчатые – с плоской или гофрированной шторкой.
23
Ячейковые фильтры отличаются видом фильтрующего материала. Бывают ячейковые фильтры с металлическими и винипластовыми сетками, с набивкой упругим стекловолокном, пористым
материалом, гофрированным материалом или объемно-пористым
материалом. Конструктивно ячейковые фильтры могут иметь карманные (мешочные) фильтроэлементы или элементы, выполненные в виде карманных пакетов.
Кроме того, различают фильтры по степени развития фильтрующей поверхности, а именно выделяют фильтры с плоской и развитой поверхностью, с развитой фильтрующей поверхностью из двухслойного фильтроматериала и с секционной фильтрующей поверхностью. Фильтры могут иметь сухую и смоченную фильтрующую
поверхность.
Классификация воздушных фильтров по назначению приведена
в табл. 6, а их эффективность – в табл. 7 и 8. Существуют общепринятая мировая (стандарт EN 779) и российская (ГОСТ Р 51251-99)
классификации фильтров от пыли по назначению и эффективности.
Таблица 6
Классификация воздушных фильтров по назначению
Группа
фильтров
Фильтры грубой
очистки
Фильтры тонкой
очистки
Фильтры высокой эффективности
Фильтры сверхвысокой эффективности
24
ГОСТ Р51251-99
EN 779
G1
G2
G3
G4
F5
F6
F7
F8
F9
H10
H11
H12
H13
H14
U15
EU1
EU2
EU3
EU4
EU5
EU6
EU7
EU8
EU9
EU10
EU11
EU12
EU13
EU14
EU15
U16
U17
EU16
EU17
Назначение,
применение
Фильтры общего назначения. Применяют
в любых системах вентиляции и кондиционирования воздуха
Фильтры обеспечивают
выполнение специальных требований к чистоте воздуха, в том числе
в «чистых» помещениях
Таблица 7
Эффективность воздушных фильтров общего назначения
Группа фильтров
Класс фильтра
Фильтры грубой
очистки
G1
G2
G3
G4
F5
F6
F7
F8
F9
Фильтры тонкой
очистки
Средняя эффективность, %
Ес
Еa
Ес < 65
65 ≤ Ес < 80
80 ≤ Ес < 90
90 ≤ Ес
40 ≤ Еа < 60
60 ≤ Еа < 80
80 ≤ Еа < 90
90 ≤ Еа < 95
95 ≤ Еа
Примечание: Ес – эффективность, определяемая по синтетической пыли весовым методом; Еа – эффективность, определяемая для частиц 0,4 мкм.
Таблица 8
Эффективность НЕРА и ULPA воздушных фильтров
Группа фильтра
Фильтры высокой
эффективности
НЕРА
Фильтры сверхвысокой эффективности
ULPA
Класс фильтра
H10
H11
H12
H13
H14
U15
U16
U17
Интегральное значение, %
эффективности коэффициента проскока
85
95
99,5
99,95
99,995
99,9995
99,99995
99,999995
15
5
0,5
0,05
0,005
0,0005
0,00005
0,000005
К самым распространенным фильтрам общего назначения относятся масляные, ячейковые и рулонные фильтры, а также фильтры с объемно-пористыми фильтроэлементами.
Масляные фильтры применяются для повышения эффективности очистки от примесей. Принцип действия большинства аппаратов со смачиваемой поверхностью основан на контакте потока
запыленного газа с жидкостью при использовании сил инерции частиц, движущихся с потоком газа. Для повышения качества очистки в фильтрующих аппаратах применяются различные масла. Их
высокая по сравнению с водой вязкость способствует более эффективному прилипанию частиц и отделению их от газового потока.
25
Смазочные жидкости на основе кремнийорганических соединений можно использовать в условиях высоких и низких температур.
Конструктивно масляный фильтр состоит из ряда металлических перегородок с большим количеством отверстий, смещенных в
соседних перегородках друг относительно друга. Воздух, содержащий пыль, многократно меняет свое направление. Примеси, содержащиеся в нем, в силу своей инерционности не успевают изменить
направление движения и, соприкасаясь с масляной пленкой на поверхности пластин, прилипают к ней.
Масляные фильтры, несмотря на сложности их эксплуатации,
являются основным видом фильтровального оборудования для
очистки воздуха в приточных камерах кондиционеров.
Ячейковые и рулонные волокнистые фильтры (рис. 15). К ним
относится большая группа фильтров различной конструкции, выполненных в виде матов из картона, бумаги и прочих нетканых
материалов, обладающих волокнистой структурой. Современные
производства позволяют получать материалы, обладающие необходимой однородностью и прочностью, с разной структурой – от
очень плотной (типа картона или бумаги) до едва связанной (типа
ватина). Эффективность очистки варьируется в широких пределах.
Максимальные концентрации пыли на входе волокнистых фильтров не должны превышать 3 мг/м3.
Губчатые (объемно-пористые) фильтры относятся к сравнительно новым фильтрующим системам, создание которых связано
а)
б)
в)
Рис. 15. Волокнистые фильтры:
а – каркасный; б – каркасный с предварительным фильтром; в – рулонный;
1 – каркас; 2 – фильтрующий элемент; 3 – волокнистый фильтр; 4 – фильтр
из материала ФП; 5 – ролик; 6 – барабан
26
с появлением широкой номенклатуры пористых полимерных материалов. Использование пенопластов в качестве фильтров удобно
благодаря их большой пылеемкости, малой объемной массе, высоким электроизоляционным свойствам, химической стойкости, невысокой стоимости исходного сырья и возможности регенерации.
Наибольшее распространение в качестве фильтрующего материала
получил пенополиуретан. Материал устойчив к воздействию масел
и бензина, не гигроскопичен. Регенерация губчатых фильтров производится промывкой их в теплой мыльной воде или других жидкостях в зависимости от химических свойств фильтрующего материала. Эти фильтры получили большое распространение в бытовой
технике.
Для очистки промвыбросов и утилизации ценных продуктов в
технологических схемах пылеулавливания в основном применяются зернистые фильтры и тканевые фильтры разных конструкций.
Зернистые фильтры выполнены из слоев, заполненных зернами сферической или другой формы, изготовленными из различных
материалов. Перспективность этих фильтрующих систем определяется доступностью исходного сырья, большой пылеемкостью
и химической стойкостью. Важными преимуществами являются
простота конструкции, возможность работы при высоких температурах, механических нагрузках и резких перепадах давления.
Различают два типа зернистых фильтров.
1. Зернистые насадочные (насыпные), в которых улавливающие
гранулы, куски и другие элементы, заполняющие слой, жестко не
связаны друг с другом. К таким фильтрам относятся статические
(неподвижные) слоевые и динамические (подвижные) слоевые с
гравитационным перемешиванием сыпучей среды и псевдоожиженными слоями. Чаще всего эти фильтры используются для предварительной очистки газа.
2. Жесткие пористые, в которых зерна прочно связаны друг с
другом в результате спекания, прессования или склеивания. К таким фильтрам относятся пористая керамика, пористые металлы,
пластмассы, пористое стекло, графит и другие, менее распространенные, материалы. Эти фильтры обладают высокой эффективностью и могут использоваться на этапе финишной очистки газов.
В насыпных фильтрах могут быть использованы как природные
материалы (песок, галька и др.), так и производственные отходы
(крошка резины, древесные опилки, шлак, отходы пластмасс, графита и пр.).
27
Регенерация производится периодической обратной продувкой
или промывкой. Для достижения эффективной регенерации подбирается моющий реагент, который инертен к материалу фильтра
и частично растворяет отложения пыли.
Тканевые фильтры (рис. 16, 17) производятся из материалов
двух типов: обычных тканей, изготавливаемых на ткацких станках, и войлоков (фетров) или других не§ÐÁÒ¾ÆÆÔ¼¹À
тканых материалов. Размеры осаждае
мых частиц намного меньше диаметра
пор фильтрующей ткани. Осаждение
частиц на тканевой основе происходит
œ¹À
ƹÈÉǽ̻ÃÌ в результате столкновения их с элементами ткани под действием инерцион
ных сил, а также в результате действия
электрических зарядов, возникающих
на тканевой основе (трибоэлектричеœ¹À
ство) при прохождении через нее воздуха. В механизме осаждения участвуют также и другие факторы.
По характеру работы они могут быть
периодического или непрерывного
действия. Фильтры непрерывного дейРис. 16. Тканевый рукавный ствия в зависимости от способа регенефильтр:
рации подразделяются на многосекци1 – рукав; 2 – корпус;
онные рукавные фильтры, рукавные
3 – выходной патрубок;
фильтры с обратной продувкой, рукав4 – устройство регенерации;
5 – входной патрубок
ные и плоские фильтры, регенерируемые пульсирующим потоком воздуха.
Рис. 17. Тканевый матерчатый фильтр:
1 – пылеотстойник; 2 – рамные фильтры; 3 – камера вентилятора
28
4. ТЕРМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ГАЗООЧИСТКИ
4.1. Метод прямого сжигания
Прямое сжигание используют в тех случаях, когда очищаемые
газы обладают энергией, достаточной для поддержания горения.
Примером такого процесса является факельное сжигание горючих отходов. Прямым сжиганием нейтрализуют цианистый водород в вертикально направленных факелах на нефтехимических
заводах и сопутствующие газы в нефтедобывающей промышленности.
Рис. 18. Устройство дожигателя:
1 – корпус; 2 – горелка; 3 – трубопровод для подвода газа на дожигание
Разработаны схемы камерного сжигания газообразных отходов.
Такие дожигатели (рис. 18) позволяют не только нейтрализовать
токсичные горючие газы, но и утилизировать тепло, которое образуется при их сгорании.
4.2. Термическое окисление
Термическое окисление находит применение в тех случаях, когда очищаемые газы имеют высокую температуру, но не содержат
достаточно кислорода или когда концентрация горючих веществ
незначительна и недостаточна для поддержания горения.
В первом случае процесс термического окисления проводят в камере с подачей свежего воздуха. Например, так производится дожигание оксида углерода и углеводородов:
2CO + O2 → 2CO2;
СnН(2n + 2) + 0,5(3n + 1)О2 → nСО2 + (n + 1)Н2О.
Во втором случае для поддержания процесса горения необходимо подавать природный газ (рис. 19).
29
¨ÉÁÉǽÆÔ¼¹À
§º¾À»É¾¿¾ÆÆÔ¾¼¹ÀÔ
§ËºÉÇÊÆÔ¾¼¹ÀÔ
Рис. 19. Установка для термического окисления:
1 – входной патрубок; 2 – теплообменник; 3 – горелка; 4 – окислительная камера;
5 – патрубок для выхода обезвреженных газообразных продуктов
Следует заметить, что как в первом, так и во втором случаях
имеется возможность утилизировать образующуюся теплоту.
4.3. Каталитическая нейтрализация
Каталитические нейтрализаторы (рис. 20) используют для
превращения токсичных компонентов газообразных отходов в нетоксичные или менее токсичные вещества в результате их контакта с катализаторами. Для реализации процесса необходимо также
поддерживать такие параметры газового потока, как температура
и скорость.
В качестве катализаторов, в зависимости от химического состава
примесей, используют платину, палладий, медь и др. Температуры
начала каталитических реакций изменяются в широких пределах
(от 100 до 500 °С), поэтому для запуска каталитического процесса
необходим начальный разогрев газовой смеси, если ее температура
ниже температуры начала каталитической реакции. Дальнейшее
протекание процесса происходит за счет подогрева теплом, выделяющимся в процессе работы установки.
Рис. 20. Каталитический нейтрализатор:
1 – корпус; 2 – каталитическая решетка
30
Так, например, пары сольвента с концентраций ~ 5 г/м3 на выходе из сушильных камер имеют температуру порядка 100 – 110 °С,
а температура газов на выходе термокаталитического нейтрализатора на 150 °С выше температуры каталитического окисления.
Поэтому в аппарате предусматривается теплообменное устройство,
в котором используется вторичная теплота для предварительного
подогрева входящих газов. Электрокалорифер служит только для
запуска нейтрализатора.
Метод нашел широкое применение для обезвреживания выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Каталитическая нейтрализация отработавших газов ДВС происходит на поверхности твердого катализатора за счет химических превращений
(реакции окисления или восстановления), в результате которых образуются безвредные или менее вредные для окружающей среды и
здоровья человека соединения [3].
31
5. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
ГАЗОУЛАВЛИВАНИЯ
Наиболее широкое применение в практике газоочистки получили методы, основанные на улавливании газовых примесей твердыми и жидкими поглотителями (сорбентами). Они обеспечивают
необходимую степень очистки газообразных отходов; применяемая
аппаратура проста в исполнении и надежна в эксплуатации.
К твердым сорбентам, используемым в настоящее время, относятся природные и искусственные материалы, основными из которых являются активированные и бурые угли, силикагель, кокс и
полукокс, шлак, цеолиты, алюмосиликаты, силикаты, гидрат окиси алюминия, фосфат циркония и другие аналогичные материалы с
сильно развитой поверхностью.
К жидким сорбентам относятся вода, разбавленные растворы щелочей и кислот, аммиачные растворы закисных солей металлов, моноэтаноламины, соляровое и каменноугольное масла,
а также множество других органических и неорганических веществ.
Поглощение газов твердыми сорбентами основано на слабом молекулярном взаимодействии газовых молекул с активными центрами сорбента (адсорбция) или на химической реакции, происходящей на поверхности сорбента (хемосорбция).
В поглощении газообразных примесей с помощью жидких сорбентов (абсорбция) основную роль играют процессы растворения
газов в жидкости (физическая абсорбция) и хемосорбция, когда газ
вступает в химическое взаимодействие с растворителем с образованием соединений с совершенно иными свойствами, чем у исходных
веществ.
Характерной особенностью средств сорбционной очистки является обратимость процессов, основанных на физической сорбции,
т. е. восстановление поглощающей способности сорбентов и возвращение их в технологический цикл очистки (например, промывка
активированного угля восстанавливает его сорбционную способность).
5.1. Адсорбционные методы
Адсорбционные методы газоулавливания основаны на способности некоторых твердых веществ удерживать молекулы газа на
границе их раздела с газовой средой. Молекулы улавливаемого
32
газа, приближаясь к поверхности сорбента под влиянием молекулярных сил, испытывают притяжение и, теряя свободную энергию, распределяются по поверхности тонким слоем толщиной в
несколько молекул. Таким образом, чем выше развита поверхность сорбента, тем большее количество молекул он способен выделить из газового потока и удержать на своей поверхности. Положительным качеством твердых поглотителей является их универсальность, т. е. способность адсорбировать газообразные примеси
разной природы.
Аппараты, предназначенные для извлечения газов методом адсорбции, называются адсорберами. Различают адсорберы периодического и непрерывного действия.
Конструктивно адсорберы для поглощения газов твердыми сорбентами выполняются в виде цилиндрических колонн, заполненных для увеличения поверхности гранулами поглотителя соответствующей дисперсности. Очищаемый газ подается снизу вверх.
Проходя сквозь слой сорбента, он освобождается от примесей, которые задерживаются на его поверхности. При достижении предельной степени насыщения адсорбента вредными примесями процесс
прекращают.
Регенерация сорбента производится с помощью горячего пара,
воздуха или любого инертного газа. Уловленные примеси вытесняются ими и отводятся в специальный сборник. Описанная конструкция относится к аппаратуре периодического действия. Если
необходимо обеспечить непрерывность процесса по очистке от примесей, параллельно монтируется еще один адсорбер. Пока в первом
адсорбере осуществляется регенерация поглотителя, загрязненный
поток газа направляется во второй адсорбер.
В целях повышения эффективности очистки и обеспечения непрерывности процесса во многих конструкциях осуществляется
непрерывное движение сорбента по замкнутому циклу. Поглотитель движется навстречу потоку газа, поглощает из него примеси
и поступает далее в десорбер. После сушки (если регенерация производится горячим паром) и охлаждения сорбент вновь подается в
адсорбер.
Высокими техническими характеристиками обладают аппараты, реализующие принцип «кипящего слоя». Поглощение примесей в них происходит непрерывно движущимися друг относительно
друга гранулами сорбента. Единственным их недостатком является
повышенный износ поглотителя.
33
5.2. Абсорбционные методы
Абсорбционные методы можно разделить на три основные группы.
1. Абсорбция с образованием поликомпонентных систем типа
поглотитель – извлекаемая примесь. В этом случае имеет место растворение примесей в используемом сорбенте и удаление их в виде
раствора. Примерами таких процессов могут служить улавливание
хлористого водорода водой и паров бензола соляровыми маслами.
Регенерация сорбентов в этих случаях производится ректификацией растворов.
2. Абсорбция с образованием комплексных соединений, которые легко поддаются разложению на исходные компоненты. К процессам такого типа относится очистка кислых газов (пары органических и неорганических кислот) с помощью растворов этаноламинов. При их взаимодействии образуются комплексные соли.
Регенерация отработанного поглотителя производится либо нагреванием до температуры разложения комплексной соли, либо связыванием кислотной части более сильной щелочью с образованием
соответствующей соли.
3. Абсорбция, при которой в результате химического взаимодействия образуются довольно стойкие соединения. Регенерацию сорбента в этих случаях, как правило, не производят. Отработанный
поглотитель выводится из зоны взаимодействия для утилизации, а
недостаток его восполняется.
Для жидкостной абсорбции примесей, содержащихся в газах,
нашли применение три основных типа аппаратов, а именно колонны барботажного типа, тарельчатые и насадочные колонны.
Аппараты барботажного типа (рис. 21) выполнены в виде
вертикальных колонн, состоящих из нескольких секций, каждая
из которых заполнена определенным количеством сорбента. Газ с
примесями подается под давлением и последовательно барботирует
через секции с поглотителем. При непосредственном контакте пузырьков газа и жидкости происходит поглощение примесей.
Для увеличения поверхности соприкосновения газа с жидкостью поток газа разбивается с помощью различных приспособлений
на множество мелких струек. При простоте конструкции недостатком абсорберов барботажного типа является кратковременность
контакта газа с поглотителем. Поэтому в случаях, когда необходимо тщательное извлечение примесей, в технологическую цепочку
встраивают несколько последовательно соединенных колонн.
34
Рис. 21. Барботажно-пенный абсорбер:
1 – корпус; 2 – брызгоуловитель; 3 – труба
с форсунками, подводящими сорбент; 4 – перфорированная решетка; 5 – входящий поток
газа с примесями; 6 – гидрозатвор; 7 – очищенный от примесей газ
Рис. 22. Абсорбер насадочного типа:
1 – насадка;
2 – подача сорбента
Абсорбер тарельчатого типа представляет собой колонну, внутри которой вмонтировано большое количество полок, изготовленных в виде мелких поддонов. Поглощающая жидкость подается
сверху. Стекая с полки на полку навстречу потоку газа, по мере движения вниз жидкость насыщается удаляемым продуктом. Поверхность контакта газа с жидкостью в тарельчатых абсорберах более
развита не только за счет большого числа тарелок. Края поддонов
выполняются таким образом, чтобы стекающая жидкость разбивалась на множество мелких струек. Скорость движения жидкости и
газового потока, количество тарелок рассчитываются с учетом необходимой эффективности очистки.
Абсорберы насадочного типа (рис. 22) обладают самой развитой
поверхностью. Они выполняются в виде колонн, заполненных по
всему объему рабочей зоны пористой керамической либо другой
химически стойкой насадкой.
Жидкость подается, как и в тарельчатых абсорберах, сверху и
стекает по поверхности насадки тонким слоем. Газ с примесями,
подаваемый навстречу, проходит длинный извилистый путь и имеет большую площадь контакта с сорбентом. Эффективность очистки в абсорберах этого типа достигает 99 % и более. В качестве насадки используют керамику, андезит, керамзит, кирпич, шлак и
35
прочие материалы, которые имеют пористую структуру и хорошо
развитую поверхность.
Повышение температуры снижает растворимость газов. Оно вызвано двумя причинами. Во-первых, очищаемые газы в большинстве случаев сами имеют повышенную температуру, так как многие
процессы газовыделения происходят при повышенных температурах. Во-вторых, реакции взаимодействия сорбента и улавливаемой
примеси, как правило, являются экзотермическими, т. е. идут с
выделением тепла. Для поддержания в рабочей зоне реактора оптимальной температуры в технологической линии должна быть предусмотрена теплообменная аппаратура. Для этих целей в качестве
теплообменников обычно используют водяные холодильники.
36
6. ПРИМЕРЫ ТЕХНОЛОГИЙ ГАЗООЧИСТКИ
В газообразных отходах могут содержаться как различные химические элементы, встречающиеся в природе, так и их многочисленные соединения, в том числе полученные искусственным путем.
Они могут вступать между собой в химические реакции с образованием соединений, обладающих токсичностью.
Самый надежный путь борьбы с нежелательными выбросами и
потерями ценных продуктов заключается в утилизации и обезвреживании отходов в самом источнике их образования.
Ниже приводятся краткая характеристика и общие методы
улавливания и обезвреживания наиболее часто встречающихся
примесей, содержащихся в газообразных отходах различных производств. Описываются процессы утилизации газообразных примесей, имеющих существенное значение для промышленности и
охраны атмосферного воздуха.
6.1. Утилизация углекислого газа
Углекислый газ (СО2) – попутный газ многих производств и технологических процессов. Ярко выраженными токсическими свойствами не обладает, однако при содержании в воздухе порядка 4 %
и более действует раздражающе на верхние дыхательные пути, вызывает шум в ушах, головокружение и головную боль. Является
основным парниковым газом. Хорошо усваивается и перерабатывается зелеными растениями, которые выделяют в процессе фотосинтеза кислород. Однако темпы поступления углекислого газа в
атмосферу и темпы его переработки природными компонентами
становятся несоизмеримыми, что ведет к заметному увеличению
его содержания в атмосферном воздухе. В то же время потребность
в углекислом газе некоторых производств большая, вопрос его утилизации является существенным.
Широкое практическое применение получил абсорбционный
метод утилизации двуокиси углерода с помощью моноэтаноламинов. Метод обладает высокой степенью очистки, технологическая
схема процесса проста, обеспечивает высокую производительность
и позволяет не только возвратить в основное производство до 95 %
СО2, но и регенерировать абсорбент.
Отходящие газы, содержащие двуокись углерода, поступают в
установку через барботер, где охлаждаются водой с 200 до 30–40 °С.
Охлажденный газ с помощью воздуходувки направляется в абсор37
бер и, барботируя через слой поглощающей жидкости (раствор моноэтаноламина), отделяется от двуокиси углерода. Насыщенный
раствор абсорбента в виде углекислого моноэтаноламина поступает
в десорбер, где при нагревании разлагается, выделяя чистый углекислый газ. Регенерация производится сравнительно легко, так
как углекислые соли нестойки и разлагаются на моноэтаноламин и
СО2 при нагревании до 105 °С.
Выделившийся при регенерации углекислый газ сжижается и
возвращается в производство.
6.2. Утилизация окиси углерода
Окись углерода (СО – угарный газ) встречается везде, где есть
условия для неполного сгорания веществ, содержащих углерод.
Она присутствует в составе газов работающей вагранки (13 – 15 %),
в отходящих газах печей для выплавки алюминия (более 30 %),
в выпускных газах автомобилей (около 6,5 %), в факелах теплоцентралей и теплоэлектростанций (табл. 9).
Таблица 9
Количество газообразных примесей, содержащихся
в факеле теплоэлектростанции мощностью 1000 МВт
Вид
топлива
Уголь
Нефть
Газ
Газообразные выбросы, т/год
Частицы
СО
Nx Ox
SO2
3000
1200
500
2000
700
1,4
27 000
25 000
20 000
110 000
37 000
20,4
СnHm
400
470
34
Окись углерода не имеет запаха. Отравление окисью углерода
приводит к нарушению обмена кислородом в организме и кислородному голоданию тканей, в первую очередь клеток центральной
нервной системы. Зарегистрировано много случаев с летальным исходом, в основном при использовании угля и других теплоносителей для отопления индивидуальных домовладений.
В основу очистки газов от окиси углерода твердыми сорбентами
положена ее способность доокисляться в присутствии кислорода до
углекислого газа. Поток газа, содержащего окись углерода, пропускается через предварительно нагретый до температуры 125 –
350 °С катализатор (никелевый, платиновый или другой) и удаляется в виде углекислого газа. Метод каталитического окисления,
несмотря на высокую эффективность, не получил широкого при38
менения из-за дефицитности используемых в качестве активных
катализаторов материалов. Его применяют в случае небольших
концентраций СО.
В промышленности более распространен метод промывки отходящих газов поглотительными растворами, которые связывают
окись углерода с образованием комплексных солей. Наибольшее
распространение в качестве жидких поглотителей нашли применение аммиачные растворы закисных солей меди. Обычно применяется муравьинокислая соль. Повышение давления приводит к значительному увеличению растворимости газа, а повышение температуры раствора уменьшает растворимость в нем газа. По этой причине
процесс поглощения проводится при повышенном давлении и температуре не выше 25 – 30 °С. Предварительно сжатый и охлажденный до 0 °С газ поступает в нижнюю часть абсорбера, заполненного
кольцами Рашига или любой другой насадкой, и движется вверх.
В верхнюю часть башни подается раствор муравьинокислой соли с
добавкой аммиака. Отработанный раствор со связанной в виде комплексной соли окисью углерода поступает на регенерацию. В регенераторе жидкость нагревается паром до температуры 70 – 80 °С,
где комплексная соль разлагается с выделением чистой окиси углерода, а регенерированная смесь вновь поступает в абсорбер.
Окись углерода может быть использована в качестве дополнительного источника энергии, а углекислый газ, образующийся при
сжигании окиси углерода, утилизирован описанным выше методом. Таким образом, существует реальная возможность для некоторых производств реализовать замкнутую технологическую цепочку, исключающую поступление СО и СО2 в атмосферу.
6.3. Утилизация сернистого ангидрида
Двуокись серы (SO2) образуется, как правило, в результате сжигания высокосернистого топлива в котельных, теплоэлектроцентралях, сушильных печах или открытых жаровнях литейного производства.
Поглощая влагу из воздуха, сернистый газ конденсируется в
виде сернистой или серной кислоты. Его действие на человека начинает сказываться уже при концентрациях порядка 30 – 50 мг/м3.
При этих концентрациях он вызывает раздражение слизистой оболочки глаз и горла, а при длительном воздействии может вызвать
заболевание верхних дыхательных путей. Кроме того, необходимо
39
помнить, что, поступая в атмосферу в виде выбросов в одном месте
и перемещаясь с воздушными массами, сернистый газ, реагируя с
влагой, содержащейся в воздухе, может выпадать в виде кислотных дождей на территориях, отстоящих на тысячи километров от
места его выброса.
Непосредственное применение двуокиси серы для производства
серной кислоты рентабельно только при содержании сернистого
газа в газообразных отходах порядка 4 % и более, что редко встречается даже на крупных производствах пирометаллургии. Но поскольку выбросы сернистого газа в атмосферу носят систематический характер, газовые выбросы необходимо очищать.
Методы улавливания сернистого газа основаны на его хорошей
растворимости в воде и высокой реакционной способности. При
взаимодействии со щелочами он образует водные растворы солей:
сульфитов и бисульфитов. При этом одновременно с двуокисью
серы улавливаются сероводород и метилмеркаптан, если они присутствуют в очищаемых газах.
В технологических схемах процесс очистки выполняется в две
стадии. На первой стадии очистки газы поступают в струйные абсорберы, где обрабатываются раствором белого щелока; на второй –
промываются раствором каустической соды. Эффективность очистки при этом достигает 95 %.
Более перспективны разработки в области создания топлива с
присадками щелочноземельных металлов (Са и Mg). При сжигании такого топлива серный ангидрид улавливается в виде сульфидов металлов. В результате их взаимодействия с двуокисью серы в
момент ее образования получаются тугоплавкие соли, которые удаляются вместе с образовавшейся золой.
6.4. Утилизация сероводорода
Сероводород (H2S) при обычных условиях – бесцветный газ с
характерным запахом тухлых яиц. Запах сероводорода ощущается только в первые минуты пребывания в атмосфере, содержащей
этот газ. При больших концентрациях запах менее выражен, что
уменьшает возможность его обнаружения. Небольшие концентрации сероводорода вызывают раздражение слизистых оболочек носа
и горла; длительное воздействие больших концентраций приводит
к острому отравлению всего организма с возможностью летального
исхода.
40
Применяются два основных метода очистки от сернистых соединений:
1) окисление до элементарной серы;
2) реакции с основаниями, при которых образуются сернистые
соединения (при регенерации сорбента выделяется концентрированный сероводород).
По агрегатному состоянию материалов поглотителя различают
сухую и мокрую очистки.
Очистка сероводорода гидратом окиси железа относится к методам сухой очистки. Реакция сероводорода с гидроокисью железа
в зависимости от рН среды может протекать двумя путями. В щелочной среде гидроокись железа смешивается с гашеной известью
в пропорции 95:1. Идет реакция
2Fе(ОН)3 + 3Н2S = Fе2S3 + 6Н2О.
Перед загрузкой в смесь добавляются древесные опилки в пропорции 95:4 и вода (35 – 40 %). Смесь тщательно перемешивается и
загружается в поглотительную колонну.
В нейтральной среде происходит реакция с образованием как
связанной, так и чистой серы:
2Fe(OH)3 + 3H2S = Fe2S + 2S + 6H2O.
Оптимальная температура процесса около 30 °C. При очистке
больших объемов газа необходима частая регенерация поглотительной смеси. Поэтому для продления срока службы поглотительной смеси одновременно с процессом поглощения осуществляют ее
частичную регенерацию. Регенерацию производят добавлением в
очищаемый газ чистого воздуха или кислорода.
Взаимодействие гидроокиси железа с сероводородом относится к необратимой реакции. Поэтому степень очистки газа от примеси сероводорода не ограничивается равновесным состоянием, а
зависит от времени взаимодействия газа с поглотителем. Скорость
улавливания сероводорода гидроокисью железа примерно в три
раза больше скорости регенерации, поэтому длительность взаимодействия должна составлять не менее 5 мин.
В качестве поглотителя используют болотную руду, которая
входит в состав красных шламов – отходов производства глинозема
из бокситов.
Метод применяют при содержании сероводорода в газах не более 10 г/м3 в случаях, когда требуется высокая степень их очистки.
41
К преимуществам процесса относится возможность попутно улавливать и другие вредные примеси, например цианистый водород,
азотосодержащие соединения.
Очистка активированным углем также относится к методам
сухой очистки. На активированном угле сероводород окисляется
кислородом, содержащимся в очищаемом газе. Если в очищаемом
газе концентрация кислорода мала, то его добавляют с таким расчетом, чтобы на выходе из адсорбера его концентрация не превышала 0,1 %.
В поток очищаемого газа кроме кислорода вводится также
0,1 г/м3 аммиака, который играет роль катализатора. Процесс происходит с большим выделением тепла, которое может быть утилизировано и использовано. Оптимальная температура в адсорбере
поддерживается на уровне 40 °С.
Активированный уголь, загружаемый в аппарат, имеет разную
степень дисперсности по высоте колонны: внизу крупные зерна размером 8 – 10 мм; сверху мелкие порядка 1 – 2 мм. Поглотительная
способность угля может достигать 150 % от массы сорбента, однако
на практике ее ограничивают 70 – 80 % из-за резкого падения скорости процесса поглощения при приближении степени насыщения
к 100 %.
Регенерация угля производится раствором сернистого аммония.
При последующей обработке полученного раствора паром под давлением около 200 кПа и температуре около 130 °С многосернистый
аммоний разлагается с выделением серы, находящейся в жидком
состоянии. После остывания и кристаллизации полученный продукт содержит 99,9 % серы.
Этаноламинная очистка относится к мокрым способам утилизации газообразных отходов. Это один из самых простых способов
как по аппаратурному решению (процесс может осуществляться в
абсорберах любого типа), так и по механизму протекающих реакций.
Реакции поглощения сероводорода монометаноламинами являются обратимыми. При температуре 25 °C происходит поглощение
сероводорода с образованием комплексных солей. При нагревании
отработанного раствора происходит их разложение с выделением
сероводорода. Температура регенерации составляет 105 °C и выше.
Недостатком способов очистки с помощью монометаноламинов
является отсутствие селективности. Одновременно с поглощением
сероводорода поглощается двуокись углерода, если она присутству42
ет в газах, подвергающихся очистке. Это снижает поглотительную
способность рабочего раствора.
Когда ставится задача не только воздухоочистки, но и концентрирования сероводорода, в качестве абсорбента используют триэтананоламин. Он поглощает только сероводород. Применение триэтаноламина позволяет избежать дополнительных затрат при последующем разделении абсорбированных газов.
Нежелательной примесью является кислород. Учитывая то обстоятельство, что в подлежащих очистке топочных газах кислород
практически отсутствует, на эффективности очистки это практически не сказывается.
6.5. Утилизация окислов азота
В состав часто встречающихся в промышленности окислов азота
входят закись азота (N2О), окись азота (NO), двуокись азота (NO2) и
пятиокись азота (N2O5). Взаимодействие их с влагой, содержащейся в воздухе, приводит к образованию азотной и азотистой кислот.
Перемещаясь с воздушными массами на большие расстояния и выпадая в виде слабых кислотных растворов, они нарушают веками
сложившееся равновесие в почвенных покровах.
Реагируя с влажной поверхностью слизистых оболочек гортани
и легких, окислы азота поражают альвеолярную ткань, что приводит к отеку легких и сложным рефлекторным расстройствам. Предельно допустимая концентрация в атмосферном воздухе (в пересчете на окись азота) – не более 5 мг/м3.
Поглощение окислов азота достаточно эффективно происходит
в абсорберах любой конструкции. Наибольшее применение нашли
циклонно-пенные аппараты (см. рис. 14). Очистка в них происходит за счет поглощения двуокиси азота 5 %-м раствором каустической соды при контакте с пеновихревым слоем абсорбента. По мере
подъема двухфазной среды вверх по траектории спирали центробежные силы уменьшаются; жидкость с абсорбируемой примесью
под действием силы тяжести стекает по стенкам абсорбера в приемник. Очищенный от примесей воздух выбрасывается в атмосферу.
6.6. Утилизация аммиака
Аммиак (NH3) – бесцветный газ с резким удушливым запахом.
Оказывает раздражающее действие; в больших концентрациях вызывает поражение глаз, отек легких и расширение сердца.
43
(15 – 27) %-я смесь аммиака с воздухом взрывается. Предельно допустимая концентрация – 20 мг/м3.
Методы улавливания аммиака основаны на его высокой растворимости в воде. В одном объеме воды растворяется до 700 объемов
аммиака. Несмотря на хорошую растворимость и дешевизну подобного реагента, воду не используют для улавливания аммиака. По
мере его поглощения также интенсивно идет и процесс десорбции.
Наибольшее распространение получил мокрый метод – нейтрализация аммиака водным раствором серной кислоты. Газообразный аммиак пропускается через 75 %-й раствор серной кислоты,
находящийся в сатураторах. При этом газ вводится с помощью погруженных в раствор труб ниже уровня жидкости. Барботируя через раствор серной кислоты, аммиак вступает с ней во взаимодействие с образованием сернокислого аммония. Отработанный раствор удаляется и доводится до состояния насыщения. Выпавшие
из насыщенного раствора в процессе отстаивания кристаллы сернокислого аммония отделяют и используют в качестве минерального удобрения, занимающего одно из первых мест среди азотных
удобрений.
Применяется также другой, более эффективный метод, позволяющий сразу получить готовый продукт без насыщения раствора и его отстаивания. Его достоинство – меньший удельный расход
кислоты и более полное улавливание аммиака.
Раствор серной кислоты распыляется в поступающем для очистки газе. Скорость протекания реакции очень велика за счет развитой поверхности контакта жидкости и газа. Вода, содержащаяся в
растворе, испаряется за счет выделяющегося при реакции тепла,
а мелкие сухие кристаллы сернокислого аммония оседают на дно
распылительной камеры.
Описанные методы применяются при значительных концентрациях аммиака, содержащегося в очищаемых газах.
С практической точки зрения представляет интерес совместная
очистка газов от аммиака и двуокиси углерода. Такие смеси часто
встречаются в различных производствах, причем концентрации
аммиака в газах меньше, чем концентрация углекислого газа. Растворимость углекислого газа в воде на полтора порядка меньше растворимости аммиака, однако, в щелочной среде, которую приобретает вода при растворении в ней аммиака, растворимость двуокиси
углерода значительно возрастает. При недостатке аммиака в очищаемом газе он дополнительно вводится в аппарат. Аммиак, как
44
более активный реагент, первым поглощается водой. Фактически
реакция углекислого газа происходит уже с раствором нашатырного спирта с образованием углекислого аммония. Метод реализуется
в струйных аппаратах любых конструкций.
6.7. Утилизация кислых газов
Одинаковые химические свойства, идентичность методов улавливания и характера действия на организм человека и окружающую природную среду позволили отнести такие вещества как хлор,
бром, фтор и их соединения (пары соляной, серной и азотной кислот) к одной группе «кислых газов».
Общей характеристикой кислых газов является раздражающее
действие паров при вдыхании. Из-за высокой химической активности уже небольшие концентрации вызывают раздражение верхних
дыхательных путей, головокружение, слезотечение, кашель. При
длительном воздействии кислые газы вызывают кровотечение из
носа и глубокое поражение всего организма.
Очистка воздуха от кислых газов может производиться как с помощью твердых сорбентов, так и путем химического связывания с
образованием нейтральных солей. Методы химического улавливания основаны на высокой реакционной способности кислых газов,
особенно во влажной среде.
С точки зрения использования дешевого сорбента интересен применяемый до сих пор в промышленности способ очистки, основанный на взаимодействии кислых газов с железом (отходы стружки).
Улавливание кислых газов производится по типовой схеме. Отходящие газы пропускаются через колонну, заполненную железной
стружкой. Для увеличения скорости реакции в поток очищаемого
газа распыляется вода. Смачивание самой стружки нежелательно, так как приводит к образованию сильно разбавленных кислот.
Несмотря на развитую поверхность контакта, реакция протекает
сравнительно медленно, поэтому метод применяется в случаях утилизации небольших объемов кислых газов.
Основными сорбентами в настоящее время являются щелочные
растворы и композиции на их основе. Поглощение осуществляется
в абсорберах различных типов, куда подается (3 – 5) %-й раствор
щелочи или соды. Отработанный раствор поступает в отстойник,
где охлаждается, и после отделения осадка и коррекции содержания сорбента возвращается в рабочий цикл.
45
Благодаря высокой скорости реакции и степени очистки метод
нашел широкое применение при очистке больших объемов кислых
газов.
6.8. Утилизация органических растворителей
Под растворителями в общепринятом смысле подразумевается
обширный класс синтезированных продуктов органического происхождения. К ним относятся углеводороды, хлорпроизводные
углеводороды, спирты, простые и сложные эфиры, кетоны, нитросоединения и др. Органические растворители и композиции на их
основе нашли широкое применение при производстве лакокрасочной продукции, при получении полимеров, в резинотехническом и
многих других производствах. Все они обладают высокой летучестью, физиологической активностью и взрыво-пожароопасностью.
Каждое из органических веществ имеет свои особенности физиологического действия на организм человека. Общим является то,
что все они в большей или меньшей степени являются почечными
ядами. Длительное воздействие паров растворителей приводит к
заболеваниям крови. При кратковременном воздействии больших
концентраций возможны острые отравления, поражающие нервную систему.
Одним из основных и перспективных способов является улавливание паров растворителей твердыми сорбентами (углем, силикагелем, цеолитами, ионитами) при концентрациях свыше 1,5 г/м3.
Преимущество способа улавливания паров твердыми сорбентами
состоит в высокой степени очистки (99 – 100 %). В отличие от методов термического и каталитического окисления, его можно использовать для любых, в том числе и элементоорганических соединений
с содержанием хлора, серы, азота и пр., продукты окисления которых сложно нейтрализовать.
Десорбция (извлечение) осуществляется острым водяным паром
с температурой порядка 105 – 110 °C.
46
Библиографический список
1. Реймес, Н. Ф. Надежды на выживание человечества. Концептуальная
экология/Н. Ф. Реймес. М.: Молодая гвардия, 1992. 267 с.
2. Никулин, Ф. Е. Утилизация и очистка промышленных отходов /
Ф. Е. Никулин. Л.: Cудостроение, 1980. 232 с.
3. Охрана окружающей среды/под. ред. С. В. Белова. М.: Высш. шк.,
1991.
4. Безопасность жизнедеятельности/под. ред. С. В. Белова. М.: Высш.
шк., 1999. 448 с.
5. Навроцкий, В. К. Гигиена труда/В. К. Навроцкий. М.: Медицина,
1974. 440 с.
6. Охрана труда в авиационной промышленности/под. ред. Н. Н. Колтышева. М.: Машиностроение, 1973. 295 с.
7. Охрана труда в машиностроении/под. ред. Е. Н. Юдина. М.: Машиностроение, 1983. 432 с.
47
Содержание
Введение................................................................................. 1. Загрязнение атмосферы газообразными отходами..................... 2. Классификация методов газоочистки...................................... 3. Механические методы очистки............................................... 3.1. Метод рассеяния газообразных отходов............................ 3.2. Основные параметры аппаратуры газоочистки.................. 3.3. Сухое и мокрое обеспыливание........................................ 3.4. Фильтрование воздуха................................................... 4. Термические методы газоочистки........................................... 4.1. Метод прямого сжигания................................................ 4.2. Термическое окисление.................................................. 4.3. Каталитическая нейтрализация...................................... 5. Физико-химические методы газоулавливания.......................... 5.1. Адсорбционные методы.................................................. 5.2. Абсорбционные методы.................................................. 6. Примеры технологий газоочистки.......................................... 6.1. Утилизация углекислого газа.......................................... 6.2. Утилизация окиси углерода............................................ 6.3. Утилизация сернистого ангидрида................................... 6.4. Утилизация сероводорода............................................... 6.5. Утилизация окислов азота.............................................. 6.6. Утилизация аммиака..................................................... 6.7. Утилизация кислых газов............................................... 6.8. Утилизация органических растворителей......................... Библиографический список....................................................... 3
4
8
11
11
12
13
23
29
29
29
30
32
32
34
37
37
38
39
40
43
43
45
46
47
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
2
Размер файла
2 319 Кб
Теги
mihalenkov
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа