Известковый метод очистки газов от SO2.Это один из наиболее простых в техническом отношении методов. Однако в процессе очистки образуются твердые отходы, которые не находят практического применения, сбрасываются в отвалы. Поэтому метод применим только при небольших содержаниях SO2 в очищаемом газе. Метод основан на необратимом химическом взаимодействии сернистого газа с известняком (известью или мелом), в результате чего образуется сульфит кальция, который на воздухе окисляется до сульфата кальция.
Аммиачный метод очистки газов от SO2имеет несколько вариантов, отличающихся условиями проведения процесса. Однако во всех вариантах этого метода первая стадия одинакова - это поглощение сернистого газа водным раствором сульфита аммония с образованием гидросульфита аммония. Далее варианты метода отличатся по направлениям переработки гидросульфита аммония. Наибольший интерес с точки зрения эколога представляют те методы, в которых происходит превращение SO2 в какой-либо продукт, используемый в других производствах или в сфере потребления. При таком подходе более интересен аммиачно-автоклавный метод. Здесь на второй стадии процесса гидросульфит амония разлагается в автоклаве при повышенных температурах и давлениях с получением в качестве товарных продуктов серы и сульфата аммония:2 NH4HSO3 + (NH4)2SO3 = 2(NH4)2SO4 + S + H2O
Поглощение SO2 углеродными пористыми сорбентамиявляется одним из наиболее перспективных методов. При контакте содержащего SO2 газа с пористым сорбентом вначале происходит сорбция SO2 и других компонент загрязненного газа на активной поверхности сорбента. Далее в результате взаимодействия сорбированных веществ между собой образуются вещества, представляющие собой товарные продукты.
От Азота
Адсорбционные методы. В случае небольших объемов газов нашли применение адсорбционные методы. Хорошим сорбентом оксидов азота служит активированный уголь, но его применение затрудняется из-за легкой окисляемости, что может привести к сильному разогреву и даже к возгоранию угля (при значительных концентрациях оксидов азота). Силикагель по адсорбционным свойствам несколько уступает углю, но он более прочен и не окисляется кислородом, а окисление NO в NO2 в его присутствии протекает даже быстрее. Однако широкому распространению этих методов препятствует то, что одновременно сорбируются и другие примеси, в результате снижается адсорбционная емкость сорбентов и осложняются процесс десорбции и использование ценных компонентов.
Каталитическое восстановление. Одним из основных, хорошо освоенных промышленных методов очистки отходящих газов от оксидов азота является их восстановление на катализаторе до молекулярного азота. При использование неселективного катализатора восстановитель расходуется не только на восстановление азота, но и вступает во взаимодействие с кислородом, обычно содержащимся в газовом потоке. В качестве восстановителя применяются водород, природный газ, оксид углерода и др. Катализаторами обычно служат элементы платиновой группы. Температура процесса колеблется от 400 до 800 оС.
Наиболее широкое распространение получило селективное каталитическое восстановление оксидов азота аммиаком
6NO + 4NH3 → 5N2 + 6Н2О,
6NO2 + 8NH3 → 7N2 + 12H2O.
В нашей стране для этих целей разработан специальный алюмо-ванадиевый катализатор (АВК-10). Процесс восстановления протекает при 200-360 оС, степень очистки составляет 96–98,5 %. Основным недостатком метода является необходимость точного дозирования аммиака, что при переменном составе отходящих газов (меняется концентрация оксидов азота) практически невозможно. При недостатке аммиака происходит проскок оксидов азота, а при избытке — проскок аммиака, и отходящие газы загрязняются токсичными соединениями. Со временем катализатор отравляется, что также сопряжено со значительными затруднениями.
Снижение выбросов оксидов азота в атмосферу путем регулирования процесса горения. Наряду с установкой газоочистного оборудования в конце технологического цикла сжигания топлива весьма эффективными являются ряд режимных и технологических мероприятий, позволяющих существенно снизить количество образующихся в процессе горения оксидов азота.
К этим мероприятиям относятся:
— сжигание с низким коэффициентом избытка воздуха (α);
— рециркуляция части дымовых газов в зону горения;
— сжигание топлива в две и три ступени;
— применение горелок, позволяющих понизить выход NOX;
— подача влаги в зону горения;
— интенсификация излучения в топочной камере;
— выбор профиля топочной камеры, которому отвечает наименьший выход NOх.
Следует отметить, что указанные мероприятия способны в той или иной мере подавить образование NOх из азота воздуха, но не могут предотвратить их образования из азота, имеющегося в составе топлива.
Образование NОx в процессе горения возможно в результате реакции между кислородом и азотом воздуха при высоких температурах, по радикальному механизму с участием углеводородных радикалов и из связанного азота, содержащегося в топливе (угле, мазуте).
Рециркуляция дымовых газов является одним из наиболее распространённых и хорошо изученных способов снижения выхода оксидов азота. При коэффициенте избытка воздуха 1,03 подача рециркулируемых газов в дутьевой воздух позволяет снизить количество выделяющегося NOX до 50 % от первоначального его значения, подача через кольцевой канал вокруг горелки — до 75 %, а через шлицы под горелками — до 85 %.
Двух- и многоступенчатое сжигание топлива является одним из перспективных методов регулирования топочного режима и одновременно методом радикального снижения количества образующихся оксидов азота. Суть метода заключается в том, что в первичную зону горения топлива подается меньше, чем это необходимо теоретически (α=0,7-0,95), в результате происходит снижение температуры в зоне факела, содержания атомарного и молекулярного кислорода в факеле и скорости образования оксидов азота. Температура в первичной зоне снижается настолько, что заключительный, происходящий при избытке кислорода этап горения протекает при более низкой температуре, вследствие чего во вторичной зоне горения оксиды азота практически не образуются.
При сжигание природного газа в две стадии удается добиться устойчивого снижения выхода оксидов азота в зависимости от мощности котла на 40-50 %, при сжигании мазута — на 20-50 %, а при сжигании угольной пыли — на 20-40 %.
Сочетание двухступенчатого режима сжигания топлива и рециркуляции топочных газов позволяет снизить количество образующихся NOX на 70-90 % при использовании газа и мазута и на 55-60 % при использовании угля.Хорошие перспективы уменьшения количества образующихся оксидов азота просматриваются при подаче водяного пара в зону реакции. В присутствии молекул воды в зоне горения не только замедляется процесс образования NOX) , но и снижается температура в ядре факела, что дополнительно уменьшает выход оксидов азота.
ОТ УГЛЕРОДА
Каталитическое окисление является наиболее рациональным методом обезвреживания отходящих газов промышленности от оксида углерода. Однако наряду с оксидом углерода в зависимости от условий конкретного производства в газах могут содержаться и другие токсичные компоненты: диоксид серы, оксиды азота, пары различных углеводородов. Кроме того, в них обычно присутствуют диоксид углерода, кислород, азот, пары воды и часто механические примеси в виде различных пылей. Некоторые из этих примесей могут быть ядами для катализаторов.[ ...]
Промышленный катализатор конверсии имеет форму таблеток размером 6,4x6,4 или 9,6x9,6 мм. Он содержит от 70 до 85 % Ре20з и 5-15 % промотора Сг203. Катализатор относительно устойчив в присутствии сернистых соединений при непродолжительном воздействии капельной влаги; он сохраняет активность вплоть до 600 °С. В случае высоких концентраций СО в исходном газе катализатор в контакторе располагают в несколько слоев, причем необходимо предусмотреть меры для отвода тепла между слоями. Схема процесса представлена на рис. 6.1.[ ...]
Каталитические гидрирование оксида и диоксида углеродов в метан обычно применяется для очистки небольших остаточных количеств этих соединений (не более 2 %) в газовых потоках после удаления основной массы их при помощи других методов. Метод используется особенно часто в тех случаях, когда присутствие метана не ухудшает условий дальнейшей переработки или использования газов. Типичным примером применения этого процесса может быть удаление оксидов углерода из водорода после конверсии СО и абсорбции С02 жидкостными процессами. Остаточное содержание оксидов углерода в очищенном газе составляет несколько десятитысячных долей процента. Одновременно происходит удаление свободного кислорода, если он присутствует в газе.[ ...]
ОТ СЕРОВОДОРОДА
Очистка газа от сероводорода и сероорганические соединений осуществляется в двух направлениях:
- санитарная очистка выхлопных производственных и вентиляционных газов;
- очистки природных, коксовых и других промышленных газов, которые используются как сырье для синтеза, а также газов, образующихся на разных ступенях технологических процессов химических и нефтехимических х производств В этом случае одновременно решаются две задачи С одной стороны, яд для каталитических процессов - сероводород - выводится из схемы и перерабатывается в товарные продукты: серы, сернистый и ангидрид, серную кислоту и т.п. С другой стороны, изъятие сероводорода и сирчаноорганичних соединений снижает или даже устраняет вероятность выброса в атмосферу диоксида серы, образующейся окислюваль них стадиях химического процессесу.
Все горючие газы с содержанием сероводорода должны очищаться В таких газов, кроме природного и коксового, относят все газы нефтепереработки (крекинга, реформинга, гидроочистки и др.), генераторный, сланцы евои перерабои.
При выборе метода очистки от сероводорода всегда необходимо наличие в газе второго \"кислого\" компонента - диоксида углерода СО технологически экономической точки зрения изымать диоксид углерода не всегда целями льно Но тогда поглотитель сероводорода должен обладать высокой способностью сорбции основного целевого компонента Н28 при наличии диоксида углеродасиду вуглецю.
Требования к степени очистки газа от сероводорода разные, в зависимости от назначения Для природного и других газов, предназначенных для транспортировки магистральными газопроводами и для бытовых нужд, пре чно допустимое содержание Н2В составляет 0,02 г/м3, в газе для производства обычного металлургической стали допускается 2-3 г/м3, а для химического синтеза - 1 до 60 г/м3 Предельно допустимая концентрация в рабочем й зоне составляет 10 г/м3, а при наличии углеводородов - 3 г/м3 Максимальная разовая и средняя разовая предельно допустимая концентрации в атмосферном воздухе составляют 0,008 г / м/м3.
Сероводород, изъят из газов, в зависимости от метода очистки выделяется в виде элементной серы или концентрированного газа, каталитически перерабатываются в серную кислоту и элементную серу
Рассмотрим основные методы очистки газов от сероводорода
Окислительные методы очистки газов от сероводорода
Большую группу методов очистки газов от примесей сероводорода составляют окислительные методы, с помощью которых улавливают его тем или иным абсорбентом (водные растворы Ка2С08, К2С08, гШ3 с определенным содержанием м арсенатов Ге (ОН) 2 и других веществ), а затем поглощен Н28 окисляют кислородом воздуха с получением элементной серы
Однако окисления Н28 в обычных условиях в чистом виде практически не происходит Поэтому основной задачей является подбор переносчиков кислорода, которые катализируют, ускоряют окисление Н2 затор или реагент, который применяется в виде растворенного основы или суспензии, должен практически полностью регенерироватьсяя.
Наиболее распространенными окислительными методами очистки газов от сероводорода являются: мышьяково-содовый, щелочно-гидрохиноновий, зализосодовий
Технологические схемы и аппаратура, применяемые для очистки газов от Н28, преимущественно однотипные Поэтому одна и та же установка без существенных конструктивных изменений может использоваться для любого окислительного процесса очистки газов от сероводородаю.
Основными элементами технологических схем этих очистных установок является скрубберы обычного типа, орошуються поглощенным раствором С скрубберов раствор, поглощающий Н28, вводится в регенераторы, куда подаеть ься сжатый воздух Элементная сера, выделяемая в процессе регенерации, образует пену, которая поднимается в верхнюю часть регенератора Отделенная от раствора Серкова пена подается на дальнейшее пер еробленнння.
Рассмотрим суть каждого из приведенных методов очистки газов от Н28
мышьяковой-содовый метод используется давно, однако и в наше время не утратил актуальности, в дальнейшем широко применяется в промышленности для очистки газов от Н28
В процессе очистки как поглотители используют нейтральные или слабощелочная растворы тиоарсенату натрия или аммония, то есть соли пятивалентного мышьяка Механизм реакций, происходящих на разных этапах п процесса, достаточно сложный, поскольку в растворе имеются различные соединения Основные реакции здесь сводятся к замещение одного атома кислорода в молекуле тиоарсенату атомом серы при абсорбции и обратного заг ния при регенерации [29]]:Абсорбцию и регенерацию Н28 проводят при температуре 40-45 ° С: абсорбцию - в скрубберах с хордовых насадкой, регенерацию в полостных скрубберах, заполненных раствором, через который продувается воздух Сера, выделяющееся при регенерации, флотуеться воздухом и стекает в виде пены в сборники Пена фильтруется на барабанных вакуум-фильтрах и в виде серной пасты поступает в Плавильщики д. я производства кусковой серы или используется для получения коллоидной серыки.
Опишем принцип работы установки очищаемых газ попадает в нижнюю часть скруббера 2, проходит через него противотоком в раствор и удаляется сверху Скрубберы - это обычные абсорберы, заполненные деревянная \"яной хордовых насадкой Отработанный раствор подогревают до 40 ° С в теплообменнике 2 и регенерируют в колонне С в прямотичному режиме с воздухом регенерированного воздух возвращается в абсорбер, а Серкова пена поступает в сборник 4, где уплотняется и с помощью мешалок поддерживается в состоянии суспензии После этого суспензия подается в вакуум-фильтра 5, где теплой водой отмывается от мышьяка серы ную пасту, содержащую 40% влаги, через бункере 6 направляют в аппарат для плавления серы 7, а промывные воды возвращают снова в процесс очисткиищення.
По щелочно-гидрохиноновим методом окисления сероводорода элементная сера начинается уже на стадии поглощения, причем передатчик кислорода сконцентрирован в самом реагенте Г291
Регенерацию раствора проводят кислородом воздуха:С помощью этого метода удается решить задачу обезвреживания вентиляционного воздуха, удаляемого в атмосферу из рабочих помещений предприятий по производству химического волокна Специфика газовых в выбросов в этой отрасли промышленности связана с необходимостью очистки очень больших объемов газа (до 1 млн м3 в час и более на одном предприятии) за относительно невысокой концентрации сероводорода (е д 0,1 до 1,5 г/м3) при наличии второго загрязнителя - сирковуглеводню, который должен изыматься и вернуться в процесс следующей ступени При этом должна обеспечиваться очень глубокое очищение: конечный содержание сероводорода не должно превышать 20 мг / мм3.
Зализосодовий процесс очистки осуществляется на предприятиях по производству химических волокон в аналогичных аппаратах
Он предусматривает применение суспензии гидрата окиси железа в растворе соды с 8,5-9,0 рН
Абсорбция сероводорода происходит в результате следующих реакций Регенерация поглощающей суспензии возникает вследствие таких реакций:Кроме окислительных методов очистки газов от Н28, в наше время часто применяют фосфатный метод, методы очистки гидратом железа, активированным углем, цеолитами и др.
ОТ ГАЛОГЕНОСОДЕРЖАЩИХ ГАЗОВ
Для очистки газов и жидкостей от хлорсодержащих примесей известен адсорбент, содержащий металлы VIII группы (железо, никель), металл IB группы (медь) на носителе оксиде или гидроксиде алюминия [Патент Франции 2776536, опубл. 01.10.1999].
Адсорбент готовят смешением соединений указанных металлов с гидроксидом алюминия с последующей формовкой и термообработкой (сушкой и прокаливанием).
Недостаток указанного адсорбента и способа его приготовления заключается в ограниченной области его применения. Достаточно хорошие результаты по хлороемкости получаются при наличии в очищаемом газе помимо хлороводорода существенных количеств влаги, которая способствует поглощению хлороводорода. Однако во многих случаях приходится очищать от хлороводорода глубоко осушенный газ. Так, водородсодержащий газ каталитического риформинга содержит лишь 10-30 ррm влаги.Известны способы приготовления адсорбентов, основанные на пропитке носителя активным компонентом, например применение щелочи, нанесенной на активированный уголь и натронной извести, которая представляет собой смесь NaOH и СаО, известняка, пропитанного водным раствором гидроксида натрия [Патент ФРГ 3708039, опубл. 06.10.1988] . Недостатки использования щелочи на носителях обусловлены относительно невысокой скоростью поглощения, спеканием адсорбента, вызывающим забивку адсорбера, высокой растворимостью активных компонентов в воде при очистке влажного газа.Наиболее близким по составу и способу приготовления заявляемому адсорбенту является адсорбент, содержащий оксид цинка, оксид алюминия и соединение щелочного металла, такое как карбонат или гидрокарбонат калия и/или натрия, натрий гидроксид. При этом отношение оксида алюминия к оксиду цинка, выраженное в числе атомов алюминия на один атом цинка, находится в пределах 0,05-0,60, а отношение атомов натрия или калия на один атом цинка составляет 0,05-0,50. Кроме соединений щелочных металлов может быть использован гидроксид аммония [Патент США 5378444, опубл. 03.01.1995 - прототип]. Адсорбент готовят смешением оксида цинка или соединения, которое разлагается с образованием оксида цинка, гидроксида или оксида алюминия и соединения щелочного металла; в смесь, если необходимо, добавляют воду для получения лепешки. Далее ее формуют в экструдере с получением экструдатов, либо лепешку сушат, измельчают в порошок и таблетируют с добавлением графита. Адсорбент можно формовать в виде шариков или частиц неправильной формы. Адсорбент подвергают термообработке: сушке и прокаливанию при температурах 110oС и 350oС.Указанный адсорбент применяют для очистки газов от галогенидов, таких как хлороводород, хлор, фтороводород, фтор, бромоводород, бром, дихлорсилан, тетрахлорид кремния, трихлорид фосфора, трихлорид бора, трифторид бора, тетрафторид кремния.
Присутствующие в отходящих технологических газах и вентиляционных выбросах большого числа производств токсичные пары органических веществ в большинстве случаев подвергают деструктивной каталитической очистке. Катализаторы для таких процессов приготовляют на основе меди, хрома, кобальта, марганца, никеля, платины, палладия и других металлов. В отдельных случаях используют некоторые природные материалы (бокситы, цеолиты).[ ...]
Обычно нанесенные на металлические носители катализаторы имеют некоторые преимущества перед другими типами катализаторов. Они отличаются большими значениями термостабильности и периода эксплуатации около 1 года и более, высокими износостойкостью и прочностными характеристиками, развитой поверхностью и пониженной насыпной плотностью, их регенерация не представляет существенных трудностей. Эти показатели цельнометаллических катализаторов (особенно содержащих платину) наряду с малым гидравлическим сопротивлением (до 196—245 Па) обусловливают широкую распространенность и перспективность их использования для обработки весьма значительных объемов газовых выбросов, содержащих пары растворителей, фенолов и других токсичных органических веществ.[ ...]
Более просты и дешевы в изготовлении катализаторы на основе из керамики. Они также характеризуются низким гидравлическим сопротивлением, обладают, как правило, меньшей насыпной плотностью, сохраняют активность при обезвреживании запыленных потоков, однако являются менее термостабиль-иыми, чем цельнометаллические катализаторы. Наиболее активны среди них катализаторы, включающие платину и палладий ..[ ...]
Насыпные катализаторы наиболее часто имеют в качестве носителя активный оксид алюминия. Значительная величина его поверхности обусловливает возможность приготовления весьма: высокоактивных (особенно при использовании платины) и термостойких катализаторов. Однако значительное гидравлическое сопротивление, невысокая механическая прочность и связанный, с ней относительно короткий период эксплуатации (иногда до. трех месяцев) представляют существенные недостатки этих катализаторов.[ ...]
Используемые в промышленной практике установки каталитической очистки газовых выбросов от паров органических веществ различаются конструкцией контактных аппаратов, способами повышения до необходимого уровня температуры поступающих в них газовых потоков, используемыми катализаторами, приемами рекуперации тепла, наличием рецикла обезвреженных газов.[ ...]
Типичной является схема установки каталитического обезвреживания отходящих газов в производстве клеенки, показанная на рис. 1-53. В газовых выбросах этих производств, поступающих из камер сушки клеенки, присутствует пары керосина (100—1000 мг/м3), уайт-спирита (до 200 мг/мь) и ряда органических соединений.[ ...]
Более простыми по технологической компоновке являются схемы каталитического обезвреживания с незамкнутым по соответствующим газовым потокам циклами
