Методы и системы очистки от газообразных примесей

Метод абсорбции заключается в разделении газовоздушной смеси на составные части путем поглощения одного или нескольких газовых компонентов поглотителем (абсорбентом) 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 более высокого контакта с газовой средой. В орошаемом скруббер-абсорбере насадка 1 размещается в плоскости вертикальной колонны 3. В качестве насадки используют кольца с перфорированными стенками, изготавливаемыми из металла, керамики, пластмассы и других материалов с максимальной коррозионной устойчивостью. Орошение колонн абсорбентом осуществляется из разбрызгивателей 2. Загрязненный газ поступает снизу и направляется вверх, подвергаясь непрерывной очистке.

Скорость абсорбции зависит главным образом от температуры и давления: чем выше давление и ниже температура, тем выше скорость абсорбции. 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 + Н₂О. (4.3)

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. Основной недостаток мокрых методов в том, что при их реализации понижается температура газов, что уменьшает их эффективность.

Метод адсорбции основан на физических свойствах некоторых пористых материалов селективно извлекать из газовоздушной смеси отдельные ее компоненты. Широко известный пример адсорбента с ультрамикроскопической структурой - активированный уголь. Метод адсорбции позволяет проводить очистку вредных выбросов при повышенных температурах.

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. Адсорбер 1 заполнен древесным активированным углем. Горячий газ через теплообменник 2, где подогревается воздух, подается в адсорбер. Адсорбент после насыщения подается в десорбер 5, где нагревателем 3 поддерживается температура 300...600°С. Регенерированный адсорбент поступает в бункер 4, откуда вновь может поступить в адсорбер 1 механическим путем.

При каталитическом методе токсичные компоненты газовоздушной смеси, взаимодействуя со специальным веществом - катализатором, превращаются в безвредные вещества. В качестве катализаторов используются металлы или их соединения (платина, оксиды меди и марганца и пр.). Катализатор, выполняемый в виде шаров, колец или спиральной проволоки, играет роль ускорителя химического процесса. Добавка благородных металлов в виде пленки на поверхности катализатора составляет сотые доли процента к его массе.

В качестве примера катализатора рассмотрим систему очистки выхлопных газов автомобиля - двухступенчатый каталитический нейтрализатор. Установка состоит из восстановительного 2 и окислительного 4 катализаторов. Отработавшие газы через патрубок 1 поступают к восстановительному катализатору, где нейтрализуется оксид азота, после восстановительного катализатора для создания окислительной среды к отработавшим газам подается воздух через патрубок 3. На окислительном катализаторе происходит нейтрализация оксида углерода и углеводородов. Показанный на рис. 4.16 катализатор снижает концентрацию оксида углерода в 10 раз, а углеводородов — в 8 раз.

Схема промышленной установки для каталитической установки очистки газов приведена на рис. 4.17.

Термический метод или высокотемпературное дожигание, который иногда называют термической нейтрализацией, требует поддержания высоких температур очищаемого газа и наличия достаточного количества кислорода. Схема промышленной установки для термической нейтрализации показана на рис. 4.18. 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.

Рнс.4.17. Схема установки каталитической очистки газов:

1 - подогреватель хвостовых газов; 2 - камера сгорания; 3 - реактор каталитической очистки; 4 — газотурбинный агрегат, 5 — котел-утилизатор; 6 — выбросная труба

Рис. 4.18. Схемы термических нейтрализаторов промышленных газовых отходов без теплообменника (а) и с теплообменником (б)