Независимый аттестационно-методический центр НАМЦ «Экологическая безопасность» ИПК-РМЦПК Системы обеспечения экологической безопасности. Стратегия и техника защиты атмосферы. профессор кафедры ООС, д. т. н. Глушанкова И. С.
Цель – изучение основных методов очистки газовых выбросов Задачи: 1. Рассмотреть основные источники загрязнения атмосферы 2. Изучить методы очистки и обезвреживания отходящих газов.
Источники загрязнения атмосферного воздуха № Загрязняющее вещество Источник 1 Пыль Черная металлургия, ТЭЦ, коксохимическое производство, производство строительных материалов 2 Оксиды углерода (II, IV) Энергетика, отопление, металлургия, нефтеперерабатывающая промышленность, транспорт 3 Оксиды серы (IV) Энергетические и промышленные предприятия, производство серной кислоты, цветная металлургия 4 Оксиды азота (II, IV) Двигатели внутреннего сгорания, реактивные двигатели, котельные установки, домны, химическая промышленность (производство азотной кислоты, азотных удобрений) 5 Углеводороды Нефтеперерабатывающая промышленность, органический синтез, лакокрасочная и целлюлозно -бумажная промышленность, производство полимеров и синтетических волокон
Классификация источников загрязнения атмосферы 1. ü ü 2. ü ü ü 3. ü ü ü 4. ü 5 ü ü По назначению технологические (хвостовые газы улавливающих установок; продувочные газы из аппаратов); Вентиляционные. По месту расположения незатененные или высокие; затененные; наземные (технологическое оборудование). По режиму выбросов периодические; непрерывные; залповые. По агрегатному состоянию Твердые, жидкие и газообразные. По характеру организации и отвода организованные; неорганизованные
Основные способы предотвращения загрязнения атмосферы Совершенствование технологических процессов: • герметизация технологического оборудования; • применение пневмотранспорта; • использование систем очистки газовых выбросов Создание безотходных и малоотходных технологических процессов: внедрение замкнутых газообразных потоков. Разработка и внедрение эффективных систем очистки выбросов от пыли и газообразных примесей
Очистка от пыли и аэрозолей Физико-химические свойства пыли ü Дисперсный состав (0, 01 - 1000 мкм) ü Плотность частиц: истинная, кажущаяся, насыпная) ü Адгезионные свойства неслипающиеся (шлаковая, кварцевая), слабослипающиеся (коксовая, доменная, сланцевая и колошниковая золы и др), среднеслипающиеся (торфяная, сажа, мука, опилки) сильнослипающиеся (цементная, гипсовая, соли, асбест) ü Смачиваемость (гидрофильные и гидрофобные) ü Гигроскопичность ü Электрическая проводимость слоя пыли ü Электрическая заряженность частиц пыли ü Способность частиц к самовозгоранию
Очистка от пыли Методы очистки газовых выбросов от пыли Сухие методы • Пылеосадительные камеры • Пылеуловители • Циклоны • Фильтры Мокрые методы • Газопромыватели Электрические методы Сухие электрофильтры; мокрые электрофильтры
Сухие методы Гравитационное осаждение Пылеосадительные камеры Выходной патрубок Входной патрубок Накопительный бункер Разгрузочный люк анимация Принцип действия: Запыленный газ со скоростью 1 -4 м/с поступает во входной патрубок пылеосадительной камеры. Под действием силы тяжести крупные частицы осаждаются и поступают в накопительный бункер. Очищенный газовый поток выходит через выходной патрубок. Накопительный бункер освобождается с помощью разгрузочного люка. Достоинства и недостатки: Метод применим для очистки пыли с диаметром частиц более 50 -100 мкм. Эффективность: 40 -50% (диаметр частиц < 20 мкм) 80 -90% (диаметр частиц 50 мкм) Метод пригоден для предварительной грубой очистки газов от пыли.
Гравитационное осаждение Многополочная пылеосадительная Колокольный камера Говарда затвор Выходной патрубок Входной патрубок Полки Разгрузочный люк Для уменьшения высоты осаждения частиц в камерах установлены на расстоянии 40– 100 мм горизонтальные полки, разбивающих газовый поток на плоские струи. Производительность осадительных камер: П = S∙w. О, где S — площадь горизонтального сечения камеры, или общая площадь полок, м 2; w. O — скорость осаждения частиц, м/с.
Инерционные пылеуловители а - пылеуловитель с центральным подводом газа и расширяющимся конусом; б- пылеуловитель с боковым подводом газа ; в- пылеуловитель с отражательной перегородкой; г- пылеуловитель встраиваемый в газоход с плавным поворотом потока
Циклоны Входной патрубок Выходной патрубок Принцип действия: Газовый поток входит в циклон тангенциально, под действием центробежных сил частицы пыли отбрасываются к стенкам аппарата и по наклонной части поступают в бункер пыли. Очищенный газовый поток в центральной части циклона движется снизу вверх и удаляется через коаксиально расположенный выходной патрубок. Эффективность очистки газа от пыли зависит от геометрических размеров патрубка и аппарата; формы аппарата, свойств пыли, скорости потока газа и т. д. Оптимальная скорость потока - 20— 25 м/сек Выгрузка пыли анимация Оптимальное соотношение Н/D=2 -3 Достоинства и недостатки • Отсутствие движущихся частей в аппарате • Надежное функционирование при высоких температурах газового потока • Возможность улавливания абразивных пылей • Пыли улавливаются в сухом виде • Рост запыленности газа не приводит к снижению фракционной эффективности циклонов • Могут работать в наклонном положении за счет действия центробежных сил • Невозможность улавливания пылей с малыми размерами частиц
Батарейный циклон Для повышения эффективности и КПД при больших объемах очищаемого газа применяют несколько параллельно установленных циклонов – батарейные циклоны. Техническиехарактеристикициклонов ЦН и БЦ - 2 Допускаемая запыленность газа, г/м 3: слабослипающаяся пыль 1000 75 среднеслипающаяся пыль 250 35 Температура очищаемого газа, °С < 400 Максимальное разрежение, к. Па 5 15 Коэффициент гидравлического сопротивления 147 65 Степень улавливания ( d = 10 мкм), % не менее 65 85
Вихревые пылеуловители а) соплового типа; б) лопаточного типа; 1 -камера, 2 -выходной патрубок, 3 -сопла, 4 - лопаточный завихритель типа «розетка» , 5 -входной патрубок, 6 - подпорная шайба, 7 -пылевой бункер, 8 -кольцевой лопаточный завихритель.
Тканевые фильтры (волокнистые) Тканевые фильтры, чаще всего рукавные, применяются при температуре очищаемого газа не выше 60 -65°С. Степень очистки - 85 -99%. Гидравлическое сопротивление фильтра - 1000 Па; расход энергии ~ 1 к. Вт∙ч на 1000 м 3 очищаемого газа. Регенерация ткани: механическое встряхивание, продувка импульсами сжатого воздуха Фильтр рукавный с механической регенерацией рукавов ФРМ-С Фильтрация Регенерация 1 - входной патрубок, 2 - камера запыленного воздуха, 3 - фильтровальные рукава 4 - камера чистого воздуха 5 - выходной патрубок 6 - электро-механический вибратор 7 - крепежная рама 8 - виброизоляторы 9 - бункер 10 - шлюзовый питатель
Фильтры тонкой очистки Фильтрующие материалы Высокоэффективные фильтрующие материалы ФП (фильтры Петрянова) представляют собой равномерные слои электростатически заряженных ультратонких полимерных волокон, нанесенных на подложку из марли или нетканного материала. ФП получают методом электроформования. Требования к материалам: • высокая пылеемкость, • Термическая стойкость; • Химическая стойкость; Материалы одноразового действия, утилизируют захоронением, а в случае радиоактивных аэрозолей - методом остекловывания радиоактивных отходов. Марка Исходный фильтрующег полимер о материала Средний диаметр волокон, мкм Поверхностная плотность, г/м 2 Эффективность Сопротивление фильтрации по потоку воздуха, Па частицам 0, 34 мкм, % ФПП-15 -1, 5 перхлорвинил 2 30 ± 5 99 15± 3 РФМ-0, 3 сополимер стирола 30 ± 5 95 5± 2 5
Фильтры из зернистых материалов Подача воздуха для Встряхивающее регенерации устройство Отвод газов Зернистые фильтры: • Насыпные (зерна фильтрующего материала тесно не связаны друг с другом) • Жесткие (зерна спечены, склеены друг и другом) Регенерацию материала проводят в отдельном аппарате путем грохочения или промывки. Дутьевой вентилятор Если фильтрующая среда состоит из того же материала, что и пыль, то загрязненные гранулы выводят из системы и используют в технологическом процессе. Приямок для сбора пыли Подвод газов Вытяжной вентилятор Амортизаторы анимация
Мокрые методы очистки • полые скрубберы; • насадочные скрубберы; • тарельчатые скрубберы (пенные аппараты); • скрубберы с подвижной насадкой; • скрубберы ударно-инерционного действия (ротоклоны); • центробежные скрубберы; • механические (динамические) скрубберы; • скоростные скрубберы (скрубберы Вентури);
Скрубберы а) полочные; б) насадочные; в) пленочные; г) полые скрубберы 1 – газ на очистку; 2 – очищенный газ; 3 – сточная вода, 4 – вода;
Насадочные скрубберы Подача воды Выход очищенных газов Система форсунок Насадка Газ на очистку Решетка Отвод воды на очистку анимация Противоточный насадочный скруббер Принцип действия: Газовый поток поступает снизу и движется вверх, проходя через насадку. Вода подается через систему форсунок сверху. Очищенный газовый поток выходит через трубу, расположенную вверху колонны, а загрязненная вода поступает на очистку. Насадочные скрубберы поперечным орошением. с В них для обеспечения лучшего смачивания поверхности насадки, слой ее обычно наклонен на 7 -100 в направлении газового потока.
Насадочные скрубберы Скруббер с подвижной шаровой насадкой Подача воды Насадка: полиэтиленовые шары диаметром 34 -40 мм с насыпной плотностью 110 -120 кг/м 3. Высота слоя - 650 мм. Скорость газа на входе в слой - 6 -10 м/с; на выходе из слоя - 1 -2 м/с. Система форсунок Насадка Газ на очистку Решетки ограничители Решетка Эффективность насадочных скрубберов Степень улавливания частиц размером ≥ 2 мкм - 90%. Достоинства и недостатки Отвод воды на очистку анимация Используют для улавливания хорошо смачиваемой пыли при невысокой ее концентрации. Трудоемкость промывки насадки ограничивает область применения.
Центробежные скрубберы (гидроциклоны) Принцип действия: Выход очищенных газов Тангенциальный подвод газа на очистку Тангенциальные форсунки Подача воды Отвод воды на очистку Аппараты используют для очистки любых видов нецементирующейся пыли. Газовый поток поступает в скруббер тангенциально. Очистка газа происходит в водной пленке. Вода подается тангенциально через форсунки. Очищенный газ выходит, а вода с улавливаемыми частицами поступает на очистку. анимация
Скрубберы Вентури ü Работа скрубберов Вентури основана на дроблении воды за счет перепада скоростей потока в сопло Вентури, захвате каплями воды частиц пыли, последующей их коагуляции и осаждении в каплеуловителе инерционного типа. Отвод очищенных газов Каплеуловитель Труба Вентури ü Скрубберы Вентури могут работать с высокой эффективностью: 96 -98 % для пыли со средним размером частиц 1 -2 мкм и улавливать высокодисперсные частицы в широком диапазоне концентраций от 0, 05 до 100 г/м 3. ü При работе в режиме тонкой Отвод воды очистки от высокодисперсных пылей с частицами скорость газов в горловине должна пыли поддерживаться в пределах 100 -150 м/с, удельный расход воды — в пределах 0, 5 - 1, 2 дм 3/м 3. Поток газов Подача воды Анимация
Скруббер Вентури Цилиндрическая часть Подвод воды Конфузор Горловина 1 2 3 W м/с Диффузор 1 -стадия впрыска воды 2 -стадия диспергирования 3 -стадия коагуляции
Достоинства и недостатки методов мокрой очистки Достоинства ü сравнительно небольшая стоимость изготовления; ü высокая эффективность улавливания взвешенных частиц, например, скрубберы Вентури могут быть применены для очистки газов от частиц меньше 1 мкм; ü возможность использования при высокой температуре и повышенной влажности газов, для очистки самовозгорающейся пыли ü возможность одновременного осуществления очистки газов от взвешенных частиц (пылеулавливание), извлечения газообразных примесей (абсорбция) и охлаждения газов (контактный теплообмен). Недостатки ü Образование шламов и сточных вод
Устройство электрофильтра Для обеспечения непрерывной работы фильтр выполняется из парных блоков. Распределительные клапана обеспечивают подвод газового потока к одному из блоков, в то время как на другом происходит сброс частиц в приемный бункер. Изоляторы 4 Клапаны 3 2 1 5 анимация 1 - входной патрубок; 2 - коронирующий электрод (катод); 3 - осадительный электрод (корпус фильтра - анод); 4 - выходной патрубок; 5 - бункер; 6 - выпрямитель тока (напряжение 40 -70 к. В)
Устройство электрофильтра Принцип действия: Осадител ьный электрод Направле ние движения частицы Электрофильтр - аппарат для удаления из промышленных газов взвешенных жидких или твёрдых частиц путём ионизации частиц при прохождении газа через область коронного разряда и последующего осаждения на электродах. Если газ пропускать между двумя пластинами, заряженными разноименно, то воздушная среда между ними ионизируется. Ионы сталкиваются с частицами пыли и передают им электрические заряды, под действием которых частицы пыли движутся к электродам с противоположным знаком заряда и осаждаются на них. Улавливаются частицы размером 0, 01 -100 мкм. Эффективность очистки зависит от свойств пыли и газа, скорости потока, напряженности поля. анимация
Очистка от газообразных примесей Абсорбционные методы очистки Адсорбционные методы очистки Абсорберы: тарельчатые, насадочные, пленочные, распыливающие Адсорберы: С неподвижным, движущимся, и псевдоожиженным слоем Каталитические методы очистки Термические методы очистки Реакторы Печи, плазмохимические реакторы, горелки
Очистка газов методом абсорбции Абсорбция - поглощение газов или паров жидким поглотителем (абсорбентом). Физическая абсорбция - извлечение газов основано на различной растворимости газов в жидкостях. Зависимость растворимости газа в жидкости от давления определяется законом Генри: где Рг – парциальное давление газа в газовой фазе; хж – мольная доля газа в жидкости; Кг – константа Генри. Растворимость газа повышается при понижении температуры и повышении давления. Химическая абсорбция - процесс сопровождается химическим взаимодействием молекул газа с жидкостью. • Парциальное давление газа определяется по соотношению: • • • где Кх. р – константа химического равновесия реакции, п – общее число молей продуктов реакции на 1 моль прореагировавшего газа А; α – коэффициент, зависящий от мольного соотношения абсорбента и извлекаемого газа в реакции; В – доза абсорбента (моль), x – степень извлечения газа.
Выбор абсорбента для очистки • • Абсорбционная емкость, зависящая от растворимости извлекаемого компонента и (или) полноты протекания реакции. Селективность (S). Характеризуется отношением растворимостей извлекаемого газа (х1) и наиболее близкого к нему по растворимости компонента очищаемого газа (х2) при одинаковых условиях: Давление насыщенных паров абсорбента должно быть небольшим, для избежания потерь при очистке и, соответственно, температура кипения растворителя должна быть достаточно высокой. Возможность десорбции абсорбированного газа при нагревании или химическими методами. Вязкость влияет на скорость протекания массообменных процессов. Термохимическая устойчивость. В условиях циклических абсорбционных процессов продолжительность пребывания абсорбента в системе велика. Полный обмен растворителя происходит в течение 6 -18 месяцев. Стоимость.
Абсорбер Вход газов Кольцевая форсунка Циркуляционный контур Выход очищенных газов Подача абсорбента Отвод отра- ботанного раствора Технологически процесс абсорбции можно проводить по разомкнутому (одноразовое использование абсорбента) и замкнутому (многоразовое использование абсорбента) циклам. Регенерацию абсорбента осуществляют при нагревании, отдувкой паром или воздухом, снижением давления. Абсорберы: полые, насадочные, пенные, распылительные, скрубберы Вентури
Очистка газов от диоксида серы SO 2 ü Абсорбенты – растворы щелочей (карбонат или гидроксид кальция), суспензия карбоната кальция, гидроксид аммония, зола при сжигании углей ü SО 2 + Н 2 O → Н 2 SO 3; • Ca. CO 3 + H 2 SO 3 Ca. SO 3 + H 2 О + CO 2 , • Ca. SO 3 + H 2 SO 3 Ca(HSO 3)2 , • Ca(HSO 3)2 + 2 Ca. CO 3 Ca(HCO 3)2 + 2 Ca. SO 3 , • 2 Ca. SO 3 + O 2 2 Ca. SO 4 , • Ca. SO 4 + 2 H 2 O Ca. SO 4· 2 H 2 O . ü Использование гидроксида аммония: ü SO 2 + H 2 O + NH 4 OH → (NH 4)2 SO 3. + SO 2 + H 2 O → NH 4 HSO 3 – товарный продукт ü При нагревании: 2 NH 4 HSO 3 → (NH 4)2 SO 3 + SО 2+ Н 2 O. ü Недостаток метода - большой расход NН 3, сложность схем улавливания и регенерации полученных растворов. • Содовый метод Na 2 CO 3 + SO 2 Na 2 SO 3 + CO 2 Na 2 SO 3 + SO 2 + H 2 O 2 Na. HSO 3 + Zn. O Zn. SO 3 + Na. OH Регенерация: обжиг при 350 о. С Zn. SO 3 Zn. O + SO 2 • Магнезитовый метод Mg. O + H 2 O Mg(OH)2, Mg(OH)2 + 2 SO 2 Mg(НSO 3)2 Mg(HSO 3)2 + Mg(OH)2 2 Mg. SO 3 + 2 H 2 O Регенерация: Mg. SO 3 Mg. O + SO 2. Температура разложения 900 о. С
Очистка газов от сероводорода, сероуглерода и меркаптанов Фосфатный метод (40 -50% р-р фосфата калия) K 3 PO 4 + H 2 S KHS + K 2 HPO 4 Из раствора сероводород удаляют кипячением при 107 -115 о. С Вакуум-карбонатные методы Me 2 CО 3 + H 2 S Me. HCO 3 + Me. HS, Me 2 CO 3 + H 2 O + CO 2 2 Me. HCO 3, Me. HS + CO 2 + H 2 O Me. HCO 3 + H 2 S Раствор регенерируют нагреванием под вакуумом, охлаждают и снова направляют в процесс. Абсорбция этаноламинами: 2 (ОН-СН 2 -NН 2) + Н 2 S (ОН-СН 2 -NН 3)2 S
Очистка газов от сероводорода и меркаптанов Железо-содовый метод Fe. SO 4 + Na 2 CO 3 + H 2 O Fe(OH)2 + Na 2 SO 4 + CO 2 Fe(OH)2 +O 2 + 2 H 2 O 4 Fe(OH)3 H 2 S + Na 2 CO 3 Na. HS + Na. HCO 3 3 Na. HS + 2 Fe(OH)3 2 Fe. S + 3 Na. OH + 3 H 2 O 3 Na. HS + 2 Fe(OH)3 Fe 2 S 3 + 3 Na. OH + 3 H 2 O Регенерация раствора: 2 Fe 2 S 3 + 6 H 2 O + 3 O 2 4 Fe(OH)3 +6 S 4 Fe. S + 6 H 2 O +3 O 2 4 Fe(OH)3 +4 S Na. HCO 3 + Na. OH Na 2 CO 3 + H 2 O 2 Na. HCO 3 Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2 Очистка от меркаптанов: ü Na. OH + RSH Na. RS + H 2 O ü Каталитическая конверсия сероуглерода СS 2 + Н 2 О 2 Н 2 S + СО 2 Абсорбция СО 2 моноэтаноламином, абсорбция Н 2 S щелочами.
Очистка газов от СО • Медно - аммиачная очистка • Образуются комплексные соединения оксида углерода: [Cu(NH 3)m (H 2 O)n]+ + x NH 3 + y CO [Cu(NH 3)m +x (CO)y(H 2 O)n]+ • Абсорбционная способность раствора увеличивается с повышением концентрации меди (I), давления CO и уменьшения температуры абсорбции. • Регенерацию проводят нагреванием паром до температуры 80 С. Добавление к раствору метанола, этиленгликоля или глицерина увеличивает абсорбционную способность, понижает парциальное давление оксида и диоксида углерода над раствором и позволяет вести процесс очистки под меньшим давлением. • Абсорбция оксида углерода медь-алюминий хлоридными растворами • Cu. Cl + Al. Cl 3 + 2 C 6 H 5 CH 3 (Cu. Al. Cl 4 ) (C 6 H 5 CH 3)2 • (Cu. Al. Cl 4 ) (C 6 H 5 CH 3)2 + 2 CO (Cu. Al. Cl 4 )· 2 CO + 2 C 6 H 5 CH 3
Очистка газов от оксидов азота • Оксиды азота: N 2 O, N 2 O 3, NO 2, N 2 O 4 • NO окисляют до NO 2 окислителями : H 2 O 2, КВr. O 3, KMn. O 4, , K 2 Cr 2 O 7 • Абсорбция водой 3 NO 2 + H 2 O 2 HNO 3 + NO + Q NO + H 2 O 2 NO 2 + H 2 O; 3 NO 2 + H 2 O 2 HNO 3 + NO • Абсорбция щелочными реагентами 2 NO 2 + Na 2 CO 3 2 Na. NO 3 + CO 2 + Q 2 Na. OH + N 2 O 3 2 Na. NO 2 +H 2 O; Na 2 CO 3 +N 2 O 3 2 Na. NO 2 + CO 2 2 NH 4 OH + N 2 O 3 2 NH 4 NO 2 + H 2 O; NH 4 NO 2 N 2 + 2 H 2 O • Очистка от NO Fe. SO 4 + NO Fe(NO)SO 4; Fe. Cl 2 + NO Fe(NO)Cl 2 При 95 -100 о. С комплексные соединения разлагаются. Использование восстановителей: 2 Na 2 S 2 O 3 + 6 NO 3 N 2 + 2 Na 2 SO 4 + 2 SO 2 2 Na. HSO 3 + 2 NO N 2 + 2 Na. HSO 4 2(NH 2)2 CO + 6 NO 5 NH 3 +4 H 2 O + 2 CO 2 4 NH 4 ОН + 6 NO 5 N 2 + 10 H 2 O
Очистка газов от галогенов и их соединений ü Очистка от фторсодержащих соединений. ü Абсорбция водой H 2 O + HF H 3 O+ + HF 2 -; Si. F 4 + H 2 O 4 HF + Si. O 2, 4 HF + 2 Si. F 4 2 H 2 Si. F 6 3 Si. F 4 + 2 H 2 O 2 H 2 Si. F 6 + Si. O 2 В промышленных условиях обычно получают 10 -20 % кремнефтористоводородную кислоту. Степень очистки газов достигает 90 -95%. • Очистка с помощью карбоната аммония, карбоната натрия и фторида аммония 2 HF + (NH 4)2 CO 3 2 NH 4 F + CO 2 + H 2 O, HF + NH 4 F * HF, 2 NH 4 F + Na 2 CO 3 (NH 4)2 CO 3 + 2 Na. F – товарный продукт (NH 4)2 CO 3 +H 2 O 2 NH 4 OH + CO 2, NH 4 OH H 2 O + NH 3 ü Очистка от хлора и его соединений 2 Na. OH + Cl 2 Na. Cl + Na. OCl + H 2 O, Cl 2 + 2 Ca(OH)2 Ca. Cl 2 + Ca(OH)2 + 2 H 2 O,
Адсорбционные методы очистки газов Адсорбция – самопроизвольный процесс поглощения веществ из газовой фазы или воды (адсорбатов) твердым поглотителем (адсорбентом). Физическая адсорбция обусловлена силами межмолекулярного взаимодействия адсорбируемых молекул с поверхностью адсорбента. • Активированная адсорбция (хемосорбция) сопровождается образованием поверхностных соединений молекул поглощаемых веществ с адсорбентом. • Для очистки газов применяют пористые адсорбенты: силикагели, цеолиты, алюмогели, активные угли (АУ) различных марок. Поры сорбентов классифицированы на микропоры (r = 0, 6– 0, 7 нм), супермикропоры (r = 0, 7– 1, 6 нм), мезопоры (r > 1, 6 – 100– 200 нм) и макропоры (r > 200 нм). Характеристики промышленных адсорбентов: параметры пористой структуры (объемы микро-, мезо- и макропор, см 3/г), распределение объема пор по размерам, насыпная плотность, г/см 3, механическая прочность, диаметр зерен
Теоретические аспекты адсорбции газов Изотерма адсорбции газа А Р Формирование зоны массопереноса Адсорбционная емкость материала (А) – количество поглотившегося вещества единицей массы сорбента (моль/г, г/кг) - зависит от природы и пористой структуры сорбентов, физико -химических свойств извлекаемых веществ. Эффективность фильтра зависит от природы адсорбируемого вещества и адсорбента (адсорбционной статической емкости сорбента), диаметра зерна адсорбента, правильного выбора длины слоя фильтрующего материала и др.
Конструкция адсорберов а б в г а) с неподвижным слоем; б) с движущимся слоем; в) с псевдоожиженным слоем, г) рекуперационный аппарат 1– входящий газ; 2 – очищенный газ; 3 – адсорбент, загрузка адсорбента; 4 – острый водяной пар для регенерации адсорбента; 5 – продукты регенерации
Адсорбер Адсорбент Загрузка адсорбента Подача пара при регенерации Входной патрубок Выгрузка адсорбента Конденсат Активные угли (АУ) – пористые углеродные адсорбенты, представляющие собой разновидность микрокристаллического углерода, содержащие наряду с графитовыми кристаллитами аморфную часть. АУ по размеру частиц делят на порошкообразные, гранулированные и дробленые. По происхождению: АУ из растительного сырья (древесные, кокосовые, из косточки фруктовой), АУ из каменного и бурого угля, торфа, лигнина, АУ из отходов. Для очистки газов используются АУ марок АР. Характеристика пористой структуры: Суммарный объем пор (см 3/г) 0, 6 -0, 75; Объем микропор (см 3/г) – 0, 280, 34 Объем мезопор (см 3/г) - 0, 05 - 0, 09
Применение адсорбционных методов очистки газов Рекуперация летучих растворителей – улавливании летучих органических веществ и возврат их в производство. Соединения: этиловый, метиловый спирты, бензин, ацетон, бензол, толуол, бутилацетат, дихлорметан, этилацетат, этиловый и диметиловый эфиры, камфора и др. Сорбенты – активные угли марки АР Рекуперация обычно осуществляется по четырехфазному циклу: • Насыщение АУ поглощаемыми компонентами (30 -40 часов) при низкой температуре. • Десорбция острым паром (давление до 2 атм, температура – 100– 110 о. С). Пары направляют на конденсацию. • Сушка влажного угля. • Охлаждение АУ воздухом. Затем на подготовленном АУ проводят новый цикл. В зависимости от природы растворителя могут отсутствовать стадии сушки и охлаждения. Осушка газов. Сорбенты – силикагели, цеолиты. Извлечение токсичных газовых примесей. АУ: ароматические углеводороды, полициклические У/В, диоксины, цианиды, цианистая кислота, ОВ (зарин, зоман), хлорсодержащие органические соединения, RSH Цеолиты: СО, NO, SО 2 и др.
Регенерация адсорбента Поток дымовых газов Регенерация паром адсорбента Регенерация адсорбентаважнейшая стация процесса адсорбционной очистки. Адсорбированные вещества извлекают десорбцией насыщенным или перегретым водяным паром, либо нагретым инертным газом. Температура перегретого пара (при избыточном давлении 0, 3 -0, 6 МПа) - 200 -300 0 С, а Температура инертных газов 120 -140 0 С. Расход пара при отгонке легколетучих веществ - 2, 5 -3 кг/кг отгоняемого вещества, для высококипящих - в 5 -10 раз больше.
Каталитическая очистка газов Катализаторы • Каталитическая очистка газов заключается в конверсии загрязняющих газовых примесей в присутствии катализаторов. • Катализатор увеличивает скорость протекания химической реакции в результате изменения механизма протекания реакции. • Катализатор уменьшает энергию активации реакции • Требования к катализаторам: • Высокая активность • Теплопроводность • Стойкость к механическим и термическим нагрузкам • Низкая отравляемость • Селективность ИКТ-12 -40 (Z-2) алюмомарганцевый Очистка промышленных газовых выбросов от летучих органических соединений, каталитическое сжигание метана и других топлив. ИКТ-12 -6 Катализатор алюмомеднооксидный Очистка абгазов производства формальдегида от оксида углерода. Очистка промышленных газовых выбросов от примесей формальдегида, метанола и других органических соединений.
Каталитическая очистка газов от оксидов азота Метод основан на каталитическом восстановлении оксидов азота до инертного азота Катализаторы – металлы платиновой группы (палладий, рутений, платина, родий), менее эффективны, составы, включающие никель, хром, цинк, ванадий, церий и др. Восстановители – метан, природный или коксовый газ, оксид углерода, водород. NO + СH 4 2 N 2 + СO 2 2 NO 2 + СH 4 2 N 2 + СO 2 + 2 H 2 O 2 NO + 2 СO N 2 + СO 2 2 NO 2 + 4 СO N 2 + 4 СO 2 2 NO + Н 2 N 2 + 2 H 2 O 2 NO 2 + 4 Н 2 N 2 + 4 H 2 O Температура процесса – 350 -700 о. С. Реакции экзотермические, поэтому протекании процессов повышается. температура при
Каталитическая очистка газов Селективное каталитическое восстановление оксидов азота Восстановитель - аммиак. Катализатор – цеолиты. Давление 0, 35 МПа Очистка нитрозных газов при получении азотной кислоты 6 NO + 4 NН 3 5 N 2 + 6 H 2 O 8 NO + 2 NН 3 5 N 2 О + 3 H 2 O 6 NO 2 + 8 NН 3 7 N 2 + 12 H 2 O 5 NO 2 + 2 NН 3 7 NО + 3 H 2 O NН 3 + Н 2 О NН 4 ОН 2 NO 2 + NН 4 ОН NН 4 NО 2 + NН 4 NО 3 NН 4 NО 2 N 2 + 2 H 2 O Т=70 -80 о. С NН 4 NО 3 N 2 + 2 H 2 O + ½ О 2 Т=230 -240 о. С 4 NН 3 + 3 О 2 2 N 2 + 6 H 2 O Каталитическое окисление оксида углерода. Марганцевые , медно-хромовые катализаторы. Каталитическое окисление углеводородсодержащих газов. Гидрирование серосодержащих органических соединений. Катализатор – оксиды железа, кобальта, никеля, молибдена, меди, цинка.
Термические методы очистки газов Реакторы огневого обезвреживания с регенеративным теплообменником Отвод газов Газоход Горелка Процесс сжигания проводят в топочных устройствах, промышленных печах, в открытых факелах. Использование горючих газов в качестве топлива (теплотворная способность – 3, 35 -3, 77 МДж/м 3); Подача газов Клапан перепускной Регенераторы анимация
Контрольные вопросы 1. Под действием каких сил протекает очистка газовых выбросов от пыли в циклонах? 2. В каких аппаратах осуществляется очистка газовых выбросов от пыли в результате ее поглощения волокнистыми материалами? 3. Назовите устройство для очистки газовых выбросов от пыли с помощью жидкостей. Механизм очистки пылегазового потока в скруббере Вентури. 4. Объясните принцип действия электрофильтра. 5. Что является основным фактором, влияющим на эффективность очистки газовых выбросов методом физической абсорбции? 6. Какие реагенты используются в качестве абсорбента при очистке газовых выбросов от диоксида серы? 7. При каких условиях процесс физической абсорбции газов протекает более эффективно ? 8. Какие реагенты используют в качестве абсорбента при очистке газовых выбросов от оксидов азота (NOx)?
Контрольные вопросы 9. В каких аппаратах осуществляют процесс абсорбции? 10. Какие адсорбенты используются для очистки газов от ароматических углеводородов ? 11. Дайте определение термину рекуперация. 12. В чем заключается принцип действия катализатора? 13. На каких процессах основаны каталитические высокотемпературные методы очистки газов от оксидов азота? 14. Назовите условия каталитической очистки газовых выбросов от оксидов азота.
ПРИГЛАШАЕМ НА АТТЕСТАЦИЮ НАМЦ «ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ» БЛАГОДАРИМ ЗА ВНИМАНИЕ ПЕРМЬ 2008
Скачать презентацию Независимый аттестационно-методический центр НАМЦ Экологическая безопасность ИПК-РМЦПК Системы
Очистка газов_Глушанкова.ppt