12.2. Вибір варіантів газоочистки

Сучасні технічні засоби обробки технологічних газових викидів не забезпечують їх повного знешкодження або відновлення первинної якості повітря, використаного у виробничому циклі. Тому відпрацьовані гази завжди вносять до атмосфери частину відходів виробництва.

Прості методи обробки викидів сучасних виробничих процесів також швидше за все не забезпечать належного ступеня очищення, що могло б запобігти відчутним збиткам навколишньому середовищу. Не варто розраховувати на те, що можна буде обійтися примітивними пристроями при постановці завдання знешкодження гомогенних забруднювачів. Такими методами, як зрошування газових потоків в каналах і камерах, неможливо досягти глибокого знешкодження гомогенних викидів, а існуючі проблеми доповняться при цьому необхідністю очищати забруднені стоки.

При постановці завдання проектування повинні бути охоплені всі забруднювачі, які можуть бути присутніми у викидах, для чого необхідно ретельно проаналізувати склад викидів, виділивши нейтральну частину і компоненти, які можуть завдати збитки навколишньому середовищу.

Строго кажучи, нешкідливими компонентами викидів щодо атмосферного повітря можна рахувати тільки азот N₂ і кисень О₂, проте на практиці до них відносяться також вуглекислий газ (діоксид вуглецю) СО₂ і водяні пари Н₂О як нетоксичні сполуки.

Решту всіх компонентів слід або знешкоджувати, тобто перетворити яким-небудь чином на вказані вище нешкідливі сполуки, або видалити. Таким чином, в наближеному до ідеального варіанту викид не повинен містити ніяких інших компонентів, окрім N₂, O₂, СО₂, Н₂О.

Всі компоненти, що підлягають видаленню, необхідно оцінити за физико-хімічними і санітарно-гігієнічними властивостями. Слід звернути увагу на агрегатний стан і термодинамічні параметри забруднювачів, їх реакційну здатність або каталітичні властивості в атмосферних хімічних і фотохімічних процесах, ступінь небезпеки дії на живі організми.

Для газоподібних забруднювачів важливі дані про температури кипіння і деструкції, критичні параметри, теплоти фазових переходів, характеристики розчинення і ін. (наприклад, для горючих газів − про температури спалаху і займання, теплоту згорання, концентраційні межі займання).

Найбільш складні для очищення викиди, забруднювачі яких представляють багатофазну систему. Оскільки більшість сучасних очисних апаратів не пристосована для одночасного знешкодження дисперсних і гомогенних забруднювачів, то в загальному випадку подібні викиди повинні пройти послідовно 4 стадії обробки: попереднє і тонке очищення від аерозоля і потім попереднє і остаточне знешкодження газоподібного забруднювача. Зокрема, якщо газоподібний забруднювач добре розчиняється у воді, може бути організована попередня обробка викидів мокрими способами, яка дозволить знизити концентрації як дисперсних, так і гомогенних забруднювачів.

Для очищення викидів від газоподібних забруднювачів найчастіше застосовують методи конденсації, абсорбції, адсорбції і термознешкодження.

Якщо температура кипіння забруднювачів при атмосферному тиску невисока (орієнтувно нижче 100°С), то глибоке очищення за допомогою охолодження і підвищення тиску потребує надмірно високих затрат енергії, і конденсаційне очищення можна використовувати тільки як попереднє.

Обробці абсорбції можуть бути піддані викиди, забруднювачі яких добре розчиняються в абсорбенті. Якщо при цьому концентрація забруднювача у викидах перевищує (1...2)∙10^-3 кг/м³, то технічно можливо досягти ступінь очищення вище 90%.

Як абсорбент найчастіше використовуються вода або органічні рідини, киплячі при високій температурі. У апаратах з органічними абсорбентами можна обробляти викиди, що не містять твердих домішок, які практично не піддаються відділенню від поглинювальної рідини. Для деяких газових забруднювачів можна успішно застосувати хімічну абсорбцію (хемосорбцію) − процес, в якому підлягаючий видаленню забруднювач вступає в хімічну реакцію з поглиначем і утворює нейтральну сполуку або таку, що легко вилучається з процесу. Такі процеси специфічні і розробляються конкретно для кожного виду викидів і набору забруднювачів.

Самим універсальним засобом очищення викидів від газоподібних забруднювачів на сьогодні залишається адсорбція, а найбільш універсальним адсорбентом − активоване вугілля. За допомогою адсорбції принципово можливо витягувати з викидів будь-який забруднювач в широкому діапазоні концентрацій. Проте, висококонцентровані забруднювачі (орієнтовно з концентраціями вище 5∙10^-3 кг/м³) зручніше піддавати попередній обробці (конденсацією, абсорбцією) для зниження їх концентрацій. Необхідна також попередня обробка (осушення) сильно зволожених газів.

Часто як універсальний засіб очищення викидів розглядається термознешкодження, яким воно насправді не є. У термоокислювальних процесах необоротно втрачається якість повітря, використаного для горіння, а продукти окислення, що викидаються в атмосферу, містять певну кількість нових токсичних речовин − оксиду вуглецю СО і оксидів азоту NO_x. Загалом область застосування термознешкодження обмежена тільки сполуками, в молекулах яких немає інших елементів, окрім вуглецю С, водню Н і кисню О. Отримати нетоксичні продукти реакції будь-яких інших сполук з киснем принципово неможливо. Термоокислювальна обробка викидів, забруднених вуглеводнями або КПВ (кисневими похідними вуглеводнів), обмежується також витратами палива на створення необхідних температур в зоні реакції (400...550°С для термокаталітичної обробки і 800...1200°С для безпосереднього термоокислення, тобто спалювання в полум’ї).

До перспективних способів обробки великих об’ємів викидів з невисокими концентраціями органічних газоподібних забруднювачів можна віднести схему термознешкодження з попередньою концентрацією забруднювачів за допомогою адсорбції. Така схема може бути технічно і економічно прийнятною при початковій концентрації забруднювача вище 50 мг/м³. Теплоту, що виділяється при згоранні забруднювачів, можна достатньо легко утилізувати. Якщо концентрація горючих забруднювачів може бути доведена орієнтовно до (5...6)∙/10^-3 кг/м³, то термообробку можна організувати з незначним додаванням палива, а при вищих концентраціях можна чекати і економічної ефективності роботи установки.

Представляються перспективними способи обробки відхідних газів, засновані на переведенні пароподібних забруднювачів в конденсуючий стан і подальшій фільтрації утвореного аерозолю. Якщо забруднювачі мають невисокий тиск насиченої пари, то може бути прийнятною конденсація за допомогою підвищення тиску і пониження температури викидів. Пари забруднювачів легкокиплячих речовин можуть бути піддані обробці хімічними реагентами так, щоб продукти реакції мали низький тиск насиченої пари. Часто при цьому способи хімічної обробки вдається підібрати так, щоб була можлива утилізація вловлюваного продукту.