3.1 Абсорбционная очистка газов

Разработка и проектирование абсорбционных систем. Важнейшим воп­росом проектирования абсорбционных систем является выбор абсорбента. Требования к абсорбентам:

1. возможно большая абсорбционная емкость;

2. высокая селективность;

3. невысокое давление насыщенных паров;

4. легкость регенерации;

5. термохимическая устойчивость;

6. невысокая коррозионная активность;

7. небольшая вязкость;

8. доступность;

9. низкая стоимость.

Естественно, что абсорбенты, отвечающие в полной мере всем этим требованиям, отсутствуют. Поэтому в каждом конкретном случае необхо­димо подбирать абсорбент, максимально соответствующий определенным требованиям.

Абсорбционная очистка газов от диоксида серы.

Из большинства разра­ботанных хемосорбционных методов очистки газов от диоксида серы чаше всего применяется абсорбция водой, водными растворами и суспензия­ми щелочных и щелочно-земельных металлов.

Абсорбция водой диоксида серы сопровождается реакцией

При абсорбции SO₂ водой процесс лимитируется диффузионным со­противлением со стороны газа и жидкости.

Известняковые и известковые методы. Достоинством известняковых и известковых методов очистки отходящих газов от диоксида серы является простая технологическая схема, низкие эксплуатационные затраты, дос­тупность и дешевизна сорбента, возможность очистки газа без предвари­тельного охлаждения и обеспыливания.

Протекание тех или иных реакций зависит от состава и рН-суспензии. Если в растворе присутствуют различные примеси, процесс абсорбции зна­чительно осложняется.

Магнезитовый метод. Диоксид серы в этом случае поглощается оксид-гидроксидом магния. В процессе хемосорбции образуются кристаллогид­раты сульфита магния, которые сушат, а затем термически разлагают на SО₂  содержащий газ и оксид магния. Газ перерабатывают в серную кис­лоту, а оксид магния возвращают на абсорбцию.

Достоинства магнезитового метода: 1) возможность очищать горячие газы без предварительного охлаждения; 2) получение в качестве продукта рекуперации серной кислоты: 3) доступность и дешевизна хемосорбента, высокая эффективность очистки.

Недостатки: 1) сложность технологической схемы; 2) неполное разло­жение сульфата магния при обжиге; 3) значительные потери оксида маг­ния при регенерациии.

Цинковый метод. Абсорбентом служит суспензия оксида цинка.

Достоинством метода является возможность проводить процесс очис­тки при высокой температуре (200  250 °С). Недостаток  образование суль­фата цинка, который экономически не целесообразно подвергать регенера­ции, а необходимо непрерывно выводить из системы и добавлять в нее эквивалентное количество диоксида цинка.

Абсорбция хемосорбентами на основе натрия. Достоинством этого ме­тода является использование нелетучих хемосорбентов, обладающих боль­шой поглотительной способностью. Метод может применяться для улав­ливания диоксида серы из газов любой концентрации.

Аммиачные методы. При этих методах поглощение диоксида серы про­изводится аммиачной водой или водными растворами сульфит-бисульфита аммония с последующим его выделением. Достоинством метода является высокая эффективность процесса, доступность сорбента и получение не­обходимых продуктов (сульфит и бисульфит аммония).

Имеются циклические и нециклические методы. В аммиачпо-нецик­личном методе бисульфит аммония выпускают в качестве товарного про­дукта. В цикличном методе получают концентрированный диоксид серы.

Абсорбция расплавленными солями. Для очистки газов при высокой темпе­ратуре используется эвтеклическая смесь карбонатов щелочных металлов со­става.

Процесс состоит из стадий абсорбции, восстановления и регенерации абсорбента. Абсорбция диоксида серы производится карбонатами с образо­ванием сульфитов и сульфатов металлов. Скорости реакций очень велики, поэтому процесс лимитируется скоростью переноса диоксида серы. Абсор­бцию производят в оросительном скруббере при скорости газа 7,5 м/с. Ре­акции, проходящие в скруббере, экзотермичны, что позволяет частично компенсировать потерю тепла.

Абсорбция ароматическими аминами. Для абсорбции диоксида серы из отходящих газов цветной металлургии применяют растворы ксилидина или диметиланилина. В одном из разра­ботанных процессов абсорбентом является смесь (1:1) ксилидина и воды. Ксилидин и вода обычно не смешиваются, но при взаимодействии диок­сида серы с ксилидином образуется некоторое количество ксилидинсульфита, растворимого в воде

Абсорбционные метода очистки газов от оксидов азота. Известны следу­ющие соединения азота с кислородом: N₂O, NO, N₂O₃, NO₂, N₂O₄, N₂O₅, NO₃, N₂O₆.

Большей частью с отходящими газами выбрасываются NO и NO₂ при их одновременном присутствии. Для абсорбции окислов азота используют воду, растворы щелочей и селективные сорбенты, кислоты и окислители.

Абсорбционная очистка газов от оксида углерода. Оксид углерода явля­ется высокотоксичным газом. Он образуется при неполном сгорании ве­ществ, содержащих углерод. СО входит в состав газов, выделяющихся в процессах выплавки и переработки черных и цветных металлов, выхлоп­ных газов двигателей внутреннего сгорания, газов, образующихся при взрывных работах, и т. д.

Для очистки газов от оксида углерода используют абсорбцию или про­мывку газа жидким азотом. Абсорбцию проводят также водно-аммиачны­ми растворами закисных солей ацетата, формиата или карбоната меди.

Разработана и постоянно пополняется база данных абсор­бентов, содержащая перечень наиболее часто используемых жидкостей для абсорбционной очистки различных газов. В табл. 13 приведен фрагмент этой базы.

Таблица 13  Абсорбенты, применяемые для очистки газов

Продолжение таблицы 13

Единственным газом, для удаления ко­торого практически не используются абсорбционные процессы, является оксид углерода.

От правильного выбора абсорбента зависит решение главной пробле­мы абсорбционного метода  проблемы сточных вод.

Правильно сконструированная абсорбционная газоочистная установ­ка должна работать с максимально возможной эффективностью и пропуск­ной .мощностью и с наименьшими капитальными и эксплуатационными расходами.

Технологический расчет абсорбционной установки выполняют в три этапа.

На первом этапе производят материальные и энергетические расчеты и устанавливают условия равновесия, определяют необходимость цирку­ляции раствора, устанавливают необходимую степень регенерации раство­ра, расход энергии на регенерацию и потери раствора при регенерации.

На втором этапе выбирают конструкции аппаратов, рассчитывают массо- и теплопередачу, гидродинамику и габариты аппаратов.

На третьем этапе уточняют технологические параметры и осуществляют оптимизацию процесса.

Оптимизация  процесс выбора наилучшего варианта из возможных.