Защита атмосферы от промышленных загрязнений Очистка отходящих газов

Загрязнения могут поступать: 1. непрерывно 2. залпами 3. мгновенно С отходящими газами в атмосферу поступают: 1.Твердые 2.Жидкие (паро и газообразные) 3.Смешанные А) органические Б) неорганические вещества

Отходящие газы – двухфазные аэродисперсные системы - аэрозоли Сплошная фаза – газы (воздух) Дисперсная фаза – твердые частицы или капельки жидкости: Пыли – твердые частицы 5-50 мкм Дымы – 0,1- 5 мкм Туманы – капельки жидкости 0,3-5 мкм

Аэрозоли делятся По организации контроля: Организованные (очищенные и неочищенные) Неорганизованные (неочищенные) из неплотностей, щелей По температуре: Нагретые (выше температуры окружающего воздуха) холодные

Очистка - Отделение от газа или превращение в безвредное состояние загрязняющего вещества, поступающего от промышленного источника Выбор метода зависит от дисперсного состава и свойств дисперсной фазы

Размер частиц (мкм) пылеосоадительные камеры циклоны диаметром 1-2 м циклоны диаметром 1 м скубберы 0,9-100 тканевые фильтры 0, волокнистые фильтры 0, электрофильтры

Методы очистки Механи- ческие циклоныфильтры Физико- Хими- ческие Адсорб- ция Конденс- ация Комприми- рование Химичес- кие Адсорб- ция, Хемос- орбция Католи- ти- ческие Терми- ческие

1 блок – очистка от пылей Выбор устройства зависит от таких свойств как: Плотность частиц Дисперсность Адгезивные свойства (слипаемость) Абразивность Смачиваемость Электропроводность

Для очистки используются Инерционные пылеуловители Жалюзные пылеуловители Циклоны (наиболее распространены)

1.1. Достоинства циклонов 1.Отсутствие движущихся частиц в аппарате 2.Надежность работы вплоть до 500 гр. С 3.Возможность улавливать абразивные частицы при условии внутреннего защитного покрытия циклона 4.Улавливание пыли в сухом виде 5.Успешная работа при высоком давлении газов 6.Простота изготовления

недостатки Плохое улавливание частиц меньше 5 мкм Невозможность очистки от адгезивных частиц При увеличении потока нельзя увеличивать диаметр, надо создавать батарею циклонов

1.2. очистка газов на фильтрах Фильтрация через пористую перегородку, где пыль задерживается: Гибкие пористые перегородки Полужесткие (волокна, стружка, сетки) Жесткие (зернисттые, пористая керамика)

В процессе ионизации молекул газов электрическим разрядом происходит заряд содержащихся в них частиц. Ионы абсорбируются на поверхности пылинок, а затем под действием электрического поля они перемещаются к осадительным электродам и осаждаются 1.3. очистка в электрофильтрах

Улавливание туманов Туманы образуются вследствие термической конденсации паров или в результате химического взаимодействия веществ, находящихся в аэродинамической системе Т. образуются при производстве кислот, концентрировании кислот, солей, при испарении масел

Улавливание туманов Применяют волокнистые и сетчатые фильтры Мокрые электрофильтры На поверхности волокна происходит коалесценция уловленных частиц и образование пленки жидкости, которая движется внутри слоя волокон и затем распадается на отдельные капли, которые удаляются из фильтра

Улавливание туманов Высокая эффективность (в т.ч тонкодисперсные туманы) Надежность Простота монтажа и обслуживания Быстрое зарастание при высоких концентрациях кислот или при образовании нерастворимых солей (соли жесткости воды) + газы СО, СО2, SO2, HF

Любой из процессов может идти с рекуперацией Рекуперация пылей и возможные пути использования 1.Использование в качестве целевых продуктов (пр-во сажи) 2.Возврат в производство 3.Переработка в другом производстве 4.Утилизация в строительных целях 5.Переработка с извлечением пенных компонентов 6.В с\х

2. Физико-химические 2.1. адсорбция – поглощение газа или жидкости поверхностным слоем тврдого тела или жидкости Могут использоваться для очистки газов с невысоким содержанием газообразных и парообразных примесей Но позволяют проводить очистку при повышенных температурах

2.1. адсорбция Целевой компонент, находящийся в подвергаемой очистке газовой фазе называют адсорбтивом Его же в адсорбированном состоянии – адсорбатом Поглотитель - сорбент

Сорбенты Пористые материалы, которые имеют большую поверхность удельную до нескольких сотен м куб./г Суммарный объем микропор в единице массы сорбента определяют скорость и интенсивность очистки – АДСОРБЦИОННУЮ СПОСОБНОСТЬ Процесс идет с выделением тепла М.б. природными или синтертическими

Поглотительная способность определяется Концентрацией адсорбата в массовой или объемной единице адсорбента ОПРЕДЕЛЯЮТСЯ Природой поверхности Характером пористости Температурой процесса Свойствами адсорбтива, его концентрацией

Сорбенты – 1. АКТИВНЫЕ УГЛИ ДОСТОИНСТВА Гидрофобность След. рекуперация легко Гранулы 1-6 мм Дешево Невысокая температура Стационарный слой Большой объем для свалки Пожароопасность (темп отходящих газов на газовых ТЭЦ гр.С На мазутных – гр.С

Сорбенты – 2. селикагели SiO2*nН2О – гидратированные аморфные кремнеземы, превращения происходят по механизму поликонденсации ДОСТОИНСТВА Образуют жесткий кремниево-кислородный каркас Мелкопрристые - для легкоконденсируемых паров и газов крупнопрристые - для паров органических соединений Дороже

Сорбенты – 3. алюмогели Al2O3*nН2О – получают прокаливанием Al(OH)3 ДОСТОИНСТВА Гранулы 3-7 мм для полярных органических соединений и осушки газов Дороже

4. цеолиты алюмосиликаты, содержащие оксиды щелочных и щелочно-земельных металлов ДОСТОИНСТВА Хар-ся регулярной структурой пор, размеры соизмеримы с молекулой – молекулярные сита Получают искусственно или добывают из природных месторождений для полярных органических соединений и осушки газов С максимальной эффективностью адсорбируют H2S, CS2, CO2, NH3, ацетиленовые у/в, этан, этилен, пропилен Сохраняют активность при высоких температурой Возможно эффективно при извлечении кислых компонентов (SO2, NO2, галогенов)

Десорбция необходимость периодической регенерации – цикличность процессов Ее возможность + для метода

1. Термическая А. потоком водяного пара Б. горячего воздуха В. инертного газа Г. проводя нагрев через стенку грС активных углей, селикагелей, алюмогелей гр.С - цеолитов

2. Вытеснительная (холодная) Основана на различии сорбируемости вытесняемого вещества и вытесняющено (десорбента) Для десорбции органических веществ – СО2, аммиак, воду Особенно перспективно для цеолитов

3. Десорбция снижением давления Можно снизить давление Можно проводить адсорбцию при повышенном давлении, а потом довести до нормального РАЗРЕЖЕНИЕ

4. Вакуумная десорбция Высокие энергозатраты Необходимость обеспечения герметичности установок Принцип основан на разнице давления А и Д Основан на применении короткоцикловой безнагревной Д для осушки воздуха и др. газов Является необходимой ступенью, предшествующей их очистке от вредных примесей

Адсорбция NOx Он достаточно инертен, является несолеобразующим соединением Можно угли, но процесс идет с выделением тепла Хемосорбция исмп. разл. тверд. в-ва: -Улавливание смесью торфа и извести -Торф обработанный аммиаком, что способствует окислению нитритов до нитратов. В итоге готовое орг удобрение и Д. не нужна

От NOx 1.Рециркуляция газов (в 2-3 раза можно сократить выброс) – газ подается в горелку в смеси со всем воздухом со скоростью равной скорости воздуха. Это хорошо при сжигании газа и мазута, для угля – меньше эффект. Используют на МоГЭС, но отключают, т.к. это снижает мощность 2.Снижение избытка воздуха во всех видах топлива. Предел применимости в появлении продуктов неполного сгорания СО+увеличесние интенсивности шлакования поверхности нагрева+рост топочной коррозии

3. Двухступенчатое сжигание: -Часть необходимого воздуха в топочные горелки -Ост воздух подается через специальные сопла выше работающих горелок При сжигании газа это снижает в 2 раза выброс, мазута – на 30-40% В отечественной практике для мазута широко не используется

4. Рассредоточение зоны горения в объеме топки и повышение скорости охлаждения факела (больше число мелких горелок в несколько ярусов по высоте). При сжигании угля эффекта нет 5. Снижение подогрева воздуха для газа. Для мазута и угля плохо, т.к. они требуют больше тепла 6. Уменьшение нагрузки котлоагрегата – чрезвычайная мера в тяжелых метеоусловиях. При снижении нагрузки на 25% на газе выброс NOx снижается на 50%, на мазуте и угле на 20-30%

7. Рациональная организация факельного процесса горения для угля – эффект двухступенчатого горения в факеле, газы рециркуляции вводятся в рассечку между двумя потоками воздуха. Для мазута эффект в 2-3 раза, Для угля – 2 р. 8. Химические методы – присадки, которые приводят к разложению. Промышленные установки для очистки дымовых газов от NOx пока нигде в мире не применяются

Адсорбция SO2 Почти невозможна, поэтому твердые хемосорбенты вводятся в пылевидной форме в топку или газоходы ТЭЦ (известняк, доломит) ПОЭТОМУ: Проще всего их удалять на НПЗ и использовать малосернистые мазуты Газификация сернистого мазута – предотвращение загрязнения Мокрая очистка (известковое молоко) Сухой известковый способ – пропустить через Са СО3 (30% эффективность очистки) Можно доломит, сланцы (50-60% эффективность очистки)

Адсорбция паров летучих растворителей Их рекуперация имеет как экол. Так и экономическое значение, т.к. потери с выбросами сост тыс. т /год Активные угли, т.к. гидрофобны Главное – непрерывность, поэтому мин. 2 рекуперационные колонны (обычно 3-6) В мировой практике 2 направления совершенствования: - аппаратурное оформление рекуперационных установок - углеродные поглотители паров летучих растворителей

2.2. конденсация Хорошо подходит для летучих растворителей Смесь паров растворителей с воздухом предварительно охлаждают в теплообменнике, а затем конденсируют Простота аппаратурного оформления Но – содержание паров растворителей в этих смесях превышают порог их взрываемости +высокие расходы холодильного агрегата и электроэнергии +низкий % конденсации паров (выход) растворителей (обычно 70-90%) Метод может быть рентабельным при концентрации растворителей более 100 г/куб.м

2.3. компримирование Тоже, что конденсация, но применительно к парам растворителей, находящихся под повышенным давлением. Более сложен в аппаратурном оформлении, т.к. необходим компримирующий агрегат + все те же недостатки, которые свойственны методу конденсации

3. Химические методы 3.1. АБСОРБЦИЯ – в широком смысле поглощение одного вещества всем объемом другого вещества. А – жидкостью газа называется экстракцией

В качестве абсорбента м.б. вода 1. SO2+H2O = H+ + HSO4- 2. Абсорбция сероводорода фосфатным методом раствором 40-50% фосфата калия K3PO4+H2S=KHS+K2HPO4 3. От NOx: -Водой -Перекисью водорода -Растворами щелочей и солей

4. От фторсодержащих примесей водой H2O+2F=H3O+ + HF2- 5. От хлора растворами щелочей, в результате образуются соли. В качестве абсорбента м.б. вода

3. Химические 3.2. каталитические методы основаны на химических превращениях токсичных компонентов в нетоксичные на поверхности катализаторов. Очистке подвергаются газы, не содержащие пыли и каталитических ядов. Чистят от NOx, SO2, углерода, орг. примесей

4. Термические методы От легко окисляемых, токсичных и дурно пахнущих примесей Основан на сжиганием горючих примесей в топках печей или факельных горелках Состав отходящих газов сложен и нужны многоступенчатые системы очистки ПреимуществаНедостатки - простота аппаратурного - доп. расход топлива оформления - необх доп адсорбции -универсальность использования