2.10 Методы и аппараты очистки вредных выбросов от газообразных примесей.

Для выделения из смеси газов одного или нескольких газовых компонентов могут применяться следующие методы:

• метод абсорбции;

• метод хемосорбции;

• метод адсорбции;

• каталитический метод;

• термический метод.

Метод абсорбции заключается в разделении смеси газов на составные части путем поглощения абсорбентом (поглотителем) одного или нескольких газов с образованием раствора. Состав абсорбента выбирается из условия растворения в ней поглощаемого газа. Например, для удаления из технологических выбросов таких газов, как аммиак, хлористый водород и др., целесообразно применять в качестве поглотительной жидкости воду. Для улавливания водяных паров используют серную кислоту, а ароматических углеводородов (из коксового газа) — вязкие масла.

Установки, реализующие метод абсорбции, называются абсорберами. В абсорберах жидкость дробится на мелкие капли для обеспечения большего контакта с газовой средой. В орошаемом скруббер-абсорбере (рис. 2.10) насадки

Скорость абсорбции зависит главным образом от температуры и давления. Все аппараты жидкостной абсорбции делятся на три типа: колонные, тарельчатые и насадочные абсорберы.

Метод хемосорбции основан на поглощении газов и паров твердыми или жидкими поглотителями с образованием химических соединений. Реакции хемосорбции экзотермические. В качестве примера хемосорбции рассмотрим очистку газовой смеси от сероводорода мышьякощелочным методом. Химическая реакция:

Na₄As₂S₅O₂ + H₂S = Na₄As₂S₆O + H₂O

При мышьякощелочном методе извлекаемый водород связывается оксисульфомышьяковой солью, находящейся в водном растворе.

Установки для хемосорбции внешне напоминают используемые при методе абсорбции. Оба эти метода называются мокрыми и в зависимости от очищаемого компонента и применяемого растворителя или поглотителя их эффективность может достигать 0,75...0,92.

Метод адсорбции основан на физических свойствах некоторых пористых материалов селективно извлекать из смеси газов отдельные ее компоненты. Широко известный пример адсорбента с ультрамикроскопической структурой – активированный уголь. Метод адсорбции позволяет проводить очистку вредных выбросов при повышенных температурах. Адсорбенты, как правило, имеют способность к регенерации путём выделения из них ранее поглощённых веществ при создании определённых условий. Этот процесс называется десорбцией.

Конструктивно адсорберы выполняются в виде вертикальных или горизонтальных емкостей, заполненных адсорбентом, через который проходит поток очищаемых газов.

Рассмотрим работу установки для удаления оксида серы (SO₂) из горячего топочного газа с температурой в области адсорбера 100...150С (рис. 2.11).

Каталитичеcкий метод очистки основывается на возможности превращения токсичных компонентов смеси газов в безвредные вещества, при взаимодействии со специальным веществом – катализатором, играющем роль ускорителя химического процесса. В качестве катализаторов используются металлы или их соединения (платина, оксиды меди и марганца и пр.). Катализатор, выполняется в разнообразном виде и форме (шары, кольца, спирали и др.).

В качестве примера рассмотрим систему очистки выхлопных газов автомобиля – двухступенчатый каталитический нейтрализатор (рис. 2.12).

На окислительном катализаторе происходит нейтрализация оксида углерода и углеводородов. Показанный на рис. 2.11 каталитический нейтрализатор снижает концентрацию оксида углерода в 10 раз, а углеводородов — в 8 раз.

Каталитические реакторы широко применяются в промышленности для очистки выбросов. Наиболее широко в промышленности распространены реакторы с аксиальным ходом газа через слой катализатора. Пониженное гидравлическое сопротивление в таких реакторах достигается с помощью катализатора в виде колец или блоков.

Типичная технологическая схема каталитического реактора очистки приведена на рис. 2.13. По этой схеме очищаемые газы вначале пропускают через рекуперативный теплообменник 2. В случае необходимости очищаемый газ дополнительно подогревают продуктами сжигания топлива в печи 3 и пропускают через реактор с неподвижным слоем катализатора 4. Тепло очищенных газов служит для нагрева исходных газов в рекуперативном теплообменнике 2, после чего они выбрасываются в атмосферу. При адиабатическом разогреве очищаемых газов более 120-150°С печь 3 используется только для пускового разогрева слоя катализатора. После разогрева слоя катализатора она отключается и далее в работе не используется.

Часто для уменьшения гидравлического сопротивления слой размещают в цилиндрической корзине с радиальным ходом газа. Типичная схема такого реактора приведена на рис. 2.14.

Исходная реакционная смесь проходит через трубное пространство теплообменника 1, нагревается до температуры начала реакции. Далее реакционная смесь поступает в корзину 2 с радиальным слоем катализатора. После выхода из слоя катализатора горячий очищенный газ поступает в межтрубное пространство теплообменника, где он отдает тепло исходной реакционной смеси.

В реакторах с радиальным ходом газа через слой катализатора возможно проводить процессы каталитической очистки газов с минимальным гидравлическим сопротивлением и использовать мелкодисперсный катализатор.

Метод термической нейтрализации или высокотемпературное дожигание заключается в разложении (деструкции) токсичных веществ, содержащихся в очищаемом газе, до безвредных (менее токсичных) за счёт высоких температур при достаточном количестве кислорода. Схема промышленной установки для термической нейтрализации показана на рис. 2.15. В термических катализаторах сжигаются такие газы, как, например, углеводороды, оксид углерода, выбросы лакокрасочного производства. Эффективность этих систем очистки достигает 0,9...0,99 температура в зоне горения – 500...750С.

Рис. 2.15 Схемы термических нейтрализаторов (высокотемпературных дожигателей) промышленных газовых отходов

без теплообменника (а) и с теплообменником (б)