Физико-химические методы очистки газов

Аппараты для физико-химической очистки газов на­зывают абсорберами; они представляют собой скрубберы, в которые подается не вода, а жидкий реагент. В отли­чие от обычных скрубберов в абсорберах имеется насад­ка для увеличения площади контакта жидкости и газов. В них происходит механическая и главным образом хи­мическая очистка газов от таких вредных выбросов, как оксиды азота, серы, угля, от сероуглерода и меркаптанов. (Схему и метод расчета абсорбера — пенного улавливате­ля — см. в гл. 2.)

Очистка газов от оксидов азота происходит следую­щим образом: оксиды азота (N0) сначала абсорбируются водой в соответствии с реакциями

3N0₂ + Н₂0 = 2HN0₃ + NO

2N0₂ + N₂C0₃ = NaN0₃ + С0₂

FeS0₄ + NO = Fe(NO)S0₄

После улавливания N0_X загрязненная вода проходит очистку, например с помощью метода нейтрализации.

В промышленности наибольшее применение нашли методы очистки газов от оксидов серы с помощью извести (СаС0₃) и известняка (CaS0₃). Простейшая схема очист­ки от S0₂ показана на рис. 1.8.

В результате превращений в ходе химических реакций после реакции с водой, известью или известняком оксид серы превращается в нейтральный в экологическом от­ношении гипс (CaS0₄ • 2Н₂0), который используют в строительстве.

При очистке газов от сероводорода применяют раз­личные абсорбенты типа Fe₂C0₃. При этом следует иметь

CaCOJCaSOJ

Шлам

Рис. 1.8. Схема известкового (известнякового) метода очистки газов от SO,

в виду, что очистка газов от H₂S (и сероуглерода CS₂) связана с интенсивной коррозией металла труб и аппа­ратов.

Очистку газов от соединений фтора и хлора проводят с помощью солей аммония и растворов щелочей.

Адсорбционная очистка газов протекает при их контак­те с твердыми веществами (адсорбентами). Расход газов при этом не должен быть большим; процесс очистки в от­личие от абсорбции может проводиться при повышенных температурах. Основными адсорбентами являются алю-могель, цеолиты и иониты. Наиболее эффективны мето­ды адсорбционной очистки газов от растворителей, фено­ла и этанола, от NO_x, S0₂, фтора, хлора, сероводорода, ртути (с использованием марганцовой руды).

Каталитическую очистку проводят в специальных ре­акторах, в которые вводят катализаторы, чтобы ускорить процесс увеличения глубины очистки газов. Напомним: катализаторы ускоряют ход химической реакции, но не вступают в нее; они имеют свойство загрязняться и «от­равляться» (чаще всего серой) и поэтому нуждаются в ре­генерации (восстановлении). Отходы регенерации катали­заторов, как правило, ядовиты, и их требуется извлекать и захоранивать. На рис. 1.9 показана схема каталитической очистки газов от N0_X, конструкция аппарата для которой была разработана автором настоящего учебника (автор­ское свидетельство № 1663364).

Для очистки газов от оксидов серы применяют, как правило, ванадиевый катализатор. Каталитическая очист­ка эффективна при удалении из газов органических ве­ществ и оксида углерода.

Для высокотемпературного обезвреживания легко-окисляемых, токсичных и дурно пахнущих газов приме­няют печи различных конструкций. В печах происходит сжигание вредных веществ в атмосфере кислорода. Ха­рактерным примером очистки газов этим методом яв­ляется применение факела на нефтеперерабатывающих заводах. Некоторые защитники природы считают факелы

чуть ли не основными загрязнителями, образующимися в процессе нефтепереработки, в то время как факел здесь является очистным сооружением: со всех производств нефтеперерабатывающего завода отработавшие газы с различным содержанием горючих веществ собирают в од­ну магистраль, подают в трубу и на высоте 100 м сжигают. Выброс этих отходов производства без сжигания недопус­тим, так как они не только ядовиты, но и взрывоопасны. (Автор предлагал установить на МНПЗ вокруг этого фа­кела котел-утилизатор, однако по ряду причин, в том числе субъективных, это не удалось.) Преимущество ме­тода сжигания вредных веществ — полная очистка газов от таких примесей с выделением оксида углерода и пара; недостаток — дополнительный расход топлива.

Очищенные газы

Бодана орошение

Вода на орошение

Аппарат с активной насадкой

Бодана охлаждение

Рис. 1.9. Схема каталитической очистки газов от NO_v

Выбор метода очистки зависит от многих факторов: объема, расхода и температуры загрязненных газов, ха­рактера загрязнения, начальной и конечной (требуемой) концентрации вредных веществ, содержания примесей, возможности вторичного использования отходов, нали­чия химических веществ, необходимых для проведения процесса очистки. Каждый раз следует проводить техни­ко-экономический расчет и выбирать вариант с наимень­шими затратами.

Пылеосадительные камеры применяют для улавлива­ния крупной пыли; циклоны — при концентрации пыли выше 2 г/м³ и незначительной глубине очистки; скруб­беры мокрой очистки — при охлаждении газа и когда требуется высокая эффективность улавливания мелких частиц (если газы пожароопасны, нужно улавливать и твердые частицы, и газообразные вредные примеси); тка­ные фильтры применяют для высокой степени очистки, при необходимости доиспользования пыли и низкой тем­пературе; электрофильтры — при больших расходах газа и высокой температуре, а также при необходимости ис­пользовать ценные качества пылевыноса.