logo
Pidrychnuk

6.2. Методи і системи очищення повітря від газоподібних домішок

Очистка викидів в атмосферу складається з двох принципово різних процесів:

Одним із шляхів запобігання забруднення повітряного басейну газами є очистка газоподібних відходів перед їх викидом в атмосферу. Важливою перевагою цього напрямку, з точки зору охорони повітряного басейну, є його надійність. Крім того, виникає можливість утилізації цінних газоподібних відходів.

Очистка відхідних газів від газоподібних забруднень ускладнюється рядом обставин, а саме:

У зв’язку з наведеними обставинами, очистка промислових викидів від газоподібних шкідливих домішок, проводиться в декілька етапів, які забезпечують відділення твердих включень, зниження температури газів та вловлювання газоподібних домішок.

Оскільки, для газоочистки в основному використовуються засоби хімічної технології, то класифікація засобів знешкодження викидів практично співпадає з класифікацією процесів і апаратів хімічної промисловості, що виробляють шкідливі викиди як відходи основного виробництва. За характером протікання фізико-хімічних процесів здійснення процесів очистки промислових викидів від газоподібних домішок виділяють декілька груп методів:

Видалення газоподібних компонентів (сірчистого ангідриду, сірководню, хлору, хлористого водню і ін.), що містяться в технологічних і димових викидах проводиться хімічною очисткою газів методами абсорбції, адсорбції і хемосорбції.

Метод абсорбції полягає в поглинанні окремих компонентів газової суміші абсорбентом (поглиначем), в якості якого виступає рідина. Абсорбент вибирають залежно від умов розчинності в ньому газу, що підлягає видаленню з газової суміші. Наприклад, для очищення газів від аміаку, хлористого і фтористого водню як абсорбент застосовують воду, для вловлювання водяної пари − сірчану кислоту, для уловлювання ароматичних вуглеводнів − масла.

При абсорбції відбувається конвективна дифузія паро- і газоподібних компонентів газу, що очищається, в рідкі поглиначі. Для високоефективного вилучення забруднюючої речовини необхідне добре перемішування вилучаємого газу з абсорбентом. Це реалізується при очищенні вентиляційного повітря, що відсмоктується з травильних і гальванічних ванн, в колонах з насадками, в форсуночних і барботажно-пінних апаратах.

Регенерацію (відновлення) розчинника здійснюють зниженням загального (або парціального) тиску, підвищенням температури або тим і іншим одночасно.

Метод хемосорбції заснований на поглинанні газів і пари твердими або рідкими поглиначами, внаслідок чого утворюються малолеткі і малорозчинні сполуки. Хемосорбцію раціонально застосовувати при низьких концентраціях забруднювачів в газових сумішах, що очищаються. Хемосорбція полягає в промивці газу розчинами, які вступають в хімічні реакції з окремими газоподібними компонентами, які містяться в газі, що дозволяє витягувати їх або знешкоджувати. Наприклад, очищення газів від оксидів азоту проводиться за допомогою вапняного розчину. Для очищення газів від сірководню застосовують миш’яково-лужний розчин. Очищення високосірчистих газоподібних продуктів згорання енергетичного палива проводять шляхом пропуску диму через морську воду. Ступінь очищення газу досягає при цьому 95%.

Метод адсорбції заснований на вловлюванні шкідливих газових домішок поверхнею твердих тіл. Адсорбція застосовуються при незначному вмісті паро- і газоподібних забруднюючих компонентів (пари розчинників, ефіру, ацетону, різних вуглеводнів) в газоповітряній суміші. Найбільш широко відомий і поширений як адсорбент активоване вугілля. Його застосовують для очищення газів від органічної пари і деяких інших домішок. Застосовують також активований глинозем, силікагель, активований оксид алюмінію і ін. Очищення газів здійснюють через нерухомі шари адсорбенту і рухомі шари.

Для перетворення забруднювачів на нешкідливі речовини необхідне поєднання хімічних і фізичних процесів. З цією метою найчастіше використовуються процеси термічного окислення і термічної деструкції. При здатності горючих газів і пари, що входять до складу вентиляційних і технологічних викидів, згорати з утворенням менш токсичних речовин використовується термічна нейтралізація. Вона проводиться по трьом схемам – каталітичне доспалювання, термічне окислення, пряме спалювання.

Каталітичне доспалювання (термокаталіз) використовується для перетворення токсичних компонентів, що містяться у відхідних газах, в нетоксичні або менш токсичні шляхом їх контакту з каталізатором. Дія каталізаторів виявляється в проміжній хімічній взаємодії каталізатора з реагуючими речовинами, внаслідок чого утворюються проміжні з’єднання. Як каталізатори використовують метали або їх з’єднання Pt, Pd, Cu і ін. Каталізатори мають вид куль, кілець або іншу форму. Для каталітичного доспалювання необхідна достатня температура і швидкість руху газів. Наприклад, оксид вуглецю доспалюється при температурі 316...343 ºС, пропан – 293...332 ºС, толуол – 200...250 ºС, ацетилен – 207...241 ºС, альдегіди – 173...234 ºС і т.д.

Каталітичні нейтралізатори застосовуються для знешкодження СО, летких вуглеводнів, розчинників, відпрацьованих автомобільних газів. Ці способи можуть застосуватись до забруднювачів всіх агрегатних станів, але з обмеженим складом оброблюваної речовини. Термічній обробці з метою знешкодження можуть бути піддані лише речовини, молекули яких складаються з атомів вуглецю, водню і кисню. Інакше установки термознешкодження переходять в розряд джерел забруднення атмосфери, і нерідко − вкрай небезпечних.

Термічне окислення використовується у разі, коли спалювані гази мають високу температуру, але не містять достатньо кисню або коли концентрація горючих речовин незначна і недостатня для підтримки полум’я. У першому випадку процес термічного окислення проводять в камері з подачею свіжого повітря (допалювання СО, СmHn), а в другому – при подачі додаткового природного газу. При цьому відбувається доокислення з’єднань при високій температурі і достатній кількості кисню (наприклад, доокислення оксиду вуглецю в діоксид вуглецю, оксиду сірки в діоксид сірки і т.д.).

Пряме спалювання використовується в тих випадках, коли гази, що очищаються, володіють енергією горіння, факельного спалювання горючих відходів. Так нейтралізуються HCN у факелах нафтохімічних заводів.

Відповідні апарати для знешкодження газових викидів називаються абсорберами, адсорберами, установками (печами) термодеструкції (піролізу, крекінгу, риформінгу), термоокислення (доспалювання), термокаталітичними установками (печами, реакторами), хімічними реакторами. В межах цих груп апарати розрізняють за конструкцією, типоразмірами і окремими відмінними ознаками.

Методи очистки вибирають залежно від фізико-хімічних властивостей забруднюючої речовини, її агрегатного стану, концентрації в газоповітряній суміші, що підлягає очистці, і ін.