Методы и способы очистки газовых выбросов

Дисперсные и газовые загрязнители нередко являются следствием одних производственных процессов, вместе перемещаются в коммуникациях, тесно взаимодействуют в очистных аппаратах и атмосфере, совместно наносят ущерб окружающей среде и человеку. Поэтому необходимо учитывать весь комплекс присутствующих в технологическом выбросе загрязнителей. Нельзя принимать за средство очистки запыленных газов пылеосадительное устройство, выбрасывающее в атмосферу вредные газообразные вещества. Недопустимы и такие средства, в которых обезвреживание исходных газовых загрязнителей сопровождается образованием и выбросом ядовитых туманов и дымов других веществ.

Судя по составам реальных отбросных газов и масштабам загрязнения окружающей среды, разрабатывать устройства пылеочистки без учета газообразных загрязнителей возможно только для вентиляционных выбросов механических цехов. Выбросы практически всех других производств требуют удаления и дисперсных и газовых загрязнителей, причем иногда это можно сделать в одном очистном устройстве.

Для обезвреживания выбросов по принципу удаления токсичных примесей наряду с физическими удачно используются и химические процессы. Посредством последних можно изменять в широких пределах физические свойства примесей (например, превращая исходные газообразные загрязнители в соединения с высокой температурой кипения) с целью облегчения их дальнейшего улавливания.

Для реализации второго принципа обезвреживания - превращения загрязнителей в безвредные вещества необходимо сочетание химических и физических процессов. С этой целью чаще всего используются процессы термической деструкции и термического окисления. Они применимы для загрязнителей всех агрегатных состояний, но ограничены составом обрабатываемого вещества. Термической обработке с целью обезвреживания могут быть подвергнуты лишь вещества, молекулы которых состоят из атомов углерода, водорода и кислорода. В противном случае установки термообезвреживания переходят в разряд источников загрязнения атмосферы, и нередко - крайне опасных.

Классификация средств обезвреживания газообразных загрязнителей заключается в разделении по применяемым процессам. В основном для газоочистки используются средства химической технологии. Поэтому классификация средств обезвреживания выбросов практически совпадает с классификацией процессов и аппаратов химической промышленности, вырабатывающих вредные выбросы как отходы основного производства (рис. 2.11, правая часть).

С целью улавливания газообразных примесей применяют процессы сорбции (абсорбции и адсорбции), хемосорбции, конденсации, а превращают загрязнители в безвредные соединения посредством термохимических (термическая деструкция, термическое и термокаталитическое окисление) и химических процессов. Для очистки выбросов от газообразных загрязнителей чаще всего применяют методы абсорбции, адсорбции, конденсации и термообезвреживания.

Абсорбционный метод основан на поглощении газов или паров жидкими поглотителями. Абсорбция - это один из видов сорбционных процессов, который заключается в выделении одного из компонентов газообразных веществ из газовой смеси путем поглощения его жидкостью (абсорбентом). Абсорбент должен быть высокоселективным по отношению к отделяемому компоненту и инертным по отношению к остальным составляющим газовой смеси.

При изменении условий процесса, например, при снижении давления или повышения температуры процесс становится обратимым и происходит выделение газового компонента из раствора, т. е. происходит десорбция, что позволяет организовать циклический процесс «абсорбция - десорбция» и регенерировать поглотитель для повторного использования в процессе.

В качестве абсорбента чаще всего используются вода или органические жидкости, кипящие при высокой температуре. В аппаратах с органическими абсорбентами можно обрабатывать выбросы, не содержащие твердых примесей, которые практически не поддаются отделению от поглотительной жидкости.

Абсорбцию широко применяют для очистки выбросов от сероводорода, других сернистых соединений, паров соляной, серной кислот, цианистых соединений, органических веществ (фенола, формальдегида и др.). Считают, что применять абсорбцию целесообразно, если концентрация данного компонента в газовом потоке составляет свыше 1 %.

Абсорбционной обработке могут быть подвергнуты выбросы, загрязнители которых хорошо растворяются в абсорбенте. Если при этом концентрация загрязнителя в выбросах превышает (1...2) 10'3 кг/м3, то технически возможно достичь степени очистки более 90 %.

Для некоторых газовых загрязнителей можно успешно применить химическую абсорбцию (хемосорбцию) - процесс, в котором подлежащий удалению загрязнитель вступает в химическую реакцию с поглотителем и образует нейтральное или легко удаляемое из процесса соединение. Такие процессы специфичны и разрабатываются конкретно для каждого вида выбросов и набора загрязнителей.

Адсорбционный метод основан на поглощении примесей твердыми пористыми телами. Адсорбция применительно к газоочистке - это поглощение газового компонента поверхностью твердого тела (адсорбента).

При физической адсорбции адсорбированное на твердой поверхности вещество можно полностью удалить при обратном процессе - десорбции путем изменения условий процесса, например, при повышении температуры или понижении давления, т. е. в этом случае адсорбент можно использовать повторно в циклическом процессе.

Адсорбция на настоящее время остается самым универсальным средством очистки выбросов от газообразных загрязнителей, а наиболее универсальным адсорбентом - активированный уголь. Посредством адсорбции принципиально возможно извлечь из выбросов любой загрязнитель в широком диапазоне концентраций. Однако высококонцентрированные загрязнители (ориентировочно с концентрациями более 510'3 кг/м3) удобнее подвергать предварительной обработке (конденсацией, абсорбцией) для снижения их концентраций. Необходима также предварительная обработка (осушка) сильно увлажненных газов.

В основе конденсационного метода лежит процесс перехода вещества из газообразного состояния в твердое или жидкое путем уменьшения давления насыщенного пара растворителя при понижении температуры.

Конденсация применяется для удаления некоторых выбросов, образующихся в технологических процессах. В этом случае значительная часть пара удаляется за счет охлаждения до температуры ниже точки росы. Если загрязнители имеют невысокое давление насыщенных паров, то может быть приемлемой конденсация посредством повышения давления и понижения температуры выбросов.

Пары загрязнителей легкокипящих веществ могут быть подвергнуты обработке химическими реагентами таким образом, чтобы продукты реакции имели низкие давления насыщенных паров. При этом способы химической обработки необходимо подбирать так, чтобы была возможна утилизация улавливаемого продукта.

Представляются перспективными способы обработки отбросных газов, основанные на переводе парообразных загрязнителей в конденсированное состояние и последующей фильтрации образовавшегося аэрозоля.

Если температура кипения загрязнителей при атмосферном давлении невысока (ориентировочно ниже 100 °С), то глубокая очистка посредством охлаждения и повышения давления потребует чрезмерно высоких расходов энергии, и конденсационную очистку можно использовать только как предварительную.

Методы термообезвреживания. Процессы окисления или восстановления при нормальных условиях могут протекать недостаточно быстро. По этой причине часто используют повышенные температуры и давление или катализаторы. Различают две разновидности термообезвреживания газовых выбросов: каталитическое обезвреживание и термоокисление (сжигание).

Каталитический метод очистки основан на химических превращениях токсичных примесей в нетоксичные на поверхности твердых катализаторов. В результате реакций находящиеся в газе примеси превращаются в другие соединения, представляющие меньшую опасность, или легко отделяются от газа.

Каталитическое окисление используют для удаления диоксида серы из дымовых газов, а каталитическое восстановление - для обезвреживания газов от оксидов азота. Способы каталитической очистки широко применяют для удаления из газовых выбросов органических примесей.

Особенность процессов каталитической очистки газов состоит в том, что они протекают при малых концентрациях удаляемых примесей. Основным достоинством метода является высокая степень очистки. Благодаря применению катализаторов можно достичь высокой степени счистки газа, достигающей в ряде случаев 99,9 %.

Катализаторы обеспечивают быстрое и полное протекание реакции горения даже при относительно низких температурах. В качестве эффективных катализаторов применяют дорогостоящие вещества — платину, палладий, рутений; используют и более дешевые — никель, хром, медь, но они менее эффективны.

Термоокисление основано на сжигании горючих вредных примесей. Его применяют для обезвреживания газовых выбросов, содержащих органические вещества, которые могут быть сожжены с образованием диоксида углерода, воды и других нетоксичных соединений. Полное сгорание таких выбросов происходит при температуре выше 800 °С.

Термообезвреживание довольно часто рассматривается в качестве универсального средства очистки выбросов, каковым оно на самом деле не является. В термоокислительных процессах необратимо теряется качество воздуха, использованного для горения, а продукты окисления, выбрасываемые в атмосферу, содержат некоторое количество новых токсичных веществ - оксида углерода СО и оксидов азота N0 . Вообще область применения термообезвреживания ограничена только соединениями, в молекулах которых нет других элементов, кроме углерода С, водорода Н и кислорода О. Получить нетоксичные продукты реакции любых других соединений с кислородом принципиально невозможно.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >