Очистка газообразных промышленных выбросов

Очистка газообразных промышленных выбросов

Содержание

1. Введение ……………………………………………….……………………………………….. 2 стр

2. Очистка промышленных газов от окислов азота ………………………………………… 2 стр

3. Очистка газов от двуокиси серы ……………………………………………………………. 8 стр

4. Очистка газов от сероводорода ………………………………………………………………. 12 стр

5. Очистка газов от СО2 ………………………………………………………………………….. 15 стр

6. Список использованной литературы ………………………………………………………... 17 стр

ВВЕДЕНИЕ

Газообразные выбросы очень неблагоприятно влияют на экологическую

обстановку в местах расположения этих промышленных предприятий, а также

ухудшают санитарно-гигиенические условия труда. К агрессивным массовым

выбросам относятся окислы азота, сероводород, сернистый, углекислый и

многие другие газы.

Например, азотнокислотные, сернокислотные и другие заводы нашей страны

ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов кубометров окислов

азота, представляющих собой сильный и опасный яд. Из этих окислов азота

можно было бы выработать тысячи тонн азотной кислоты.

Не менее важной задачей является очистка газов от двуокиси серы. Общее

количество серы, которое выбрасывается в нашей стране в атмосферу только в

виде сернистого газа, составляет около 16 млн. т. в год. Из этого

количества серы можно выработать до 40 млн. т. серной кислоты.

Значительное количество серы, главным образом, в виде сероводорода

содержится в коксовом газе.

Серосодержащий газ, используемый в металлургической промышленности для

обогрева мартеновских и нагревательных печей, вызывает угар металла и

повышает содержание серы и стали, ухудшая ее качество. Потери металла при

этом исчисляются сотнями тысяч тонн в год.

С дымовыми газами из заводских труб и энергетических установок ежегодно

выбрасываются в атмосферу несколько миллиардов кубометров углекислого газа.

Этот газ может быть использован для получения эффективных углеродсодержащих

удобрений.

Приведенные примеры показывают, какие огромные материальные ценности

выбрасываются в атмосферу с газообразными выбросами.

Но более серьезный ущерб эти выбросы приносят тем, что они отравляют

воздушный бассейн в городах и на предприятиях: ядовитые газы губят

растительность, крайне вредно действуют на здоровье людей и животных,

разрушают металлические сооружения и коррозируют оборудование.

Хотя в последние годы отечественные промышленные предприятия работают не

на полную мощность, но проблема борьбы с вредными выбросами стоит очень

остро. А учитывая общую экологическую обстановку на планете, необходимо

принять самые срочные и самые радикальные меры по очистке выбросных газов

от вредных примесей.

ОЧИСТКА ПРОМЫШЛЕННЫХ ГАЗОВ ОТ ОКИСЛОВ АЗОТА

Существующие методы очистки подразделяются на три группы: поглощение

окислов азота жидкими сорбентами, поглощение окислов азота твердыми

сорбентами и восстановление окислов азота до элементарного азота на

катализаторе.

Наиболее распространенным методом в нашей стране является очистка газов

от окислов азота путем поглощения их растворами Na2CO3 и Са (ОН)2 ,

сравнительно реже — NaOH и КОН.

Метод щелочной очистки требует больших капитальных затрат и

эксплуатационных расходов, но главный его недостаток в том, что степень

абсорбции окислов азота не превышает 60—75% и, таким образом, этот метод не

обеспечивает санитарной нормы очистки газов. Полученные в процессе очистки

щелока нуждаются в дальнейшей многостадийной переработке для получения из

них твердых солей.

Метод поглощения окислов азота твердыми сорбентами — силикагелем,

алюмогелем, активированным углем и другими твердыми поглотителями — не

нашел промышленного применения из-за сложности, малой надежности и

дороговизны.

Метод каталитического восстановления окислов азота начал применяться

только в последние годы и пока является наиболее совершенным методом.

Главными его недостатками являются:

большие капитальные затраты; громоздкость оборудования, изготовляемого из

дефицитной нержавеющей стали; необходимость применения дорогостоящего

катализатора; большие потери катализатора при регенерации; значительные

расходы газов восстановителей (Н2, СН4 или СО). В результате каталитической

очистки в атмосферу выбрасывается другой ядовитый газ — окись углерода в

количестве 0,10-0,15 %. Кроме того, каталитическая очистка не

предусматривает утилизацию окислов азота и применима лишь в случае очистки

слабо концентрированных газов, содержащих лишь до 0,5 % NO+NO2 и до 4-5 %

кислорода.

Основная трудность очистки выхлопных газов от окислов азота состоит в

том, что в газах присутствуют окислы азота с различной степенью

окисленности: газы слабо окисленные (содержание окиси азота в газе более

60% от общего количества NO+NO2 средне окисленные (содержание NO в пределах

45-60%) высоко окисленные (окислы азота преимущественно в виде NO2 более 60-

70 % от их общего количества). Наиболее трудно производить очистку слабо

окисленных газов. Двуокись и высшие окислы азота сравнительно хорошо

поглощаются водой и водными растворами некоторых солей, окись азота (NO)

большинством из указанных растворов не поглощается. Для полного поглощения

окислов азота из газовых смесей необходимо предварительное окисление NO до

NO2 не менее чем на 50—55%.

Разработаны конструкции абсорбционных аппаратов, работающих при высоко

турбулентном режиме, — это механические ротационные аппараты

горизонтального и вертикального типов и полые распылительные абсорберы.

Поглощение окислов азота жидкими сорбентами в механических абсорберах с

большим числом оборотов. Влияние гидродинамических условий на скорость

абсорбции окислов азота определялись в механических абсорберах с большим

числом оборотов, а в качестве поглотителей испытывались растворы Са (ОН)2,

NH3, Na2CO3 и др.

Общий вид горизонтального механического абсорбера показан на рис. 1.

Аппарат представляет собой разъемный цилиндр 1, выполненный из нержавеющей

стали. Внутри цилиндра на подшипниках

Рис. 1. Общий вид горизонтального механического абсорбера.

установлен вал 4 с закрепленными на нем перфорированными дисками 5. Вал

приводится в движение электродвигателем 2 через редуктор 3 или

клиноременную передачу.

На 1/3 диаметра диски имеют радиальные разрезы, с помощью которых

формируются лопатки, отогнутые навстречу друг другу под углом 15—17°.

Области между дисками в аппарате разделены полудисками, создающими

зигзагообразное движение газа в аппарате.

При вращении дисков лопатки захватывают жидкость, которая заполняет

нижнюю часть аппарата и распыляет ее по всему объему аппарата, при этом

обеспечивается интенсивное перемешивание газа с жидкостью и высокоразвитая

поверхность контакта фаз.

Поглощение окислов азота раствором Са (ОН)2 протекает с образованием

нитрит-нитратных солей по уравнению

4 NО2 + 2 Са (ОН)2 == Са (NO3)2 + Са (NO2)2 + 2 Н2О.

В случае взаимодействия Са(ОН)2 с N2O3 образуется только Са(NО2)2 по

уравнению

N2О3 + Са (ОН)2 = Са (NО2)2 + Н2О.

Механические абсорберы являются эффективными массообменными аппаратами,

но применение их наиболее целесообразно при переработке сравнительно

небольших количеств газа.

[pic]

Рис. 2. Схема установки по очистке газов от окислов азота в равно

проточной полой башне.

Очистка газов от окислов азота в равно проточной полой башне. Схема

установки показана на рис. 2. Основным аппаратом является полый равно

проточный абсорбер, представляющий собой цилиндрическую башню, в верхней

части которой установлен центробежный объемный распылитель.

Газ, содержащий окислы азота, из общего газопровода 1 по трубе 2 через

задвижку 3 поступает в аппарат барботажного типа 4, в котором регулируется

степень окисленности окислов азота, а в случае необходимости и концентрация

газа.

Из барботера газ через теплообменник 5 и измерительную диафрагму 10

поступает в абсорбционную башню, в нижней части которой размещен экран из

слоя колец Рашига 22. Благодаря экрану газ равномерно распределяется по

всему сечению башни и движется противотоком навстречу диспергируемой

жидкости. С целью создания равномерного движения газа по сечению в верхней

части башни устанавливается второй экран 18, пройдя через который газ через

выхлопную трубу 16 выбрасывается в атмосферу. Поглотительная жидкость

поступает из напорного бака 8 через вентиль 3 и ротаметр 13 в приемную

камеру распылительного устройства. Распыленная жидкость, благодаря наличию

в башне отражательных колец 20, равномерно распределяется по всему сечению

башни. Через штуцер жидкость поступает в приемный сосуд 12, оборудованный

гидравлическим затвором, а оттуда забирается насосом 11 и снова подается в

напорный бачок. Количество поступающего на абсорбцию нитрозного газа

регулируется с помощью задвижки и измерительной диафрагмы. Температура газа

меняется при прохождении через трубчатый теплообменник, в межтрубное

пространство которого подается холодная вода или пар.

Температура поглотительного раствора изменяется путем предварительного

подогрева или охлаждения его в приемном бачке. Средняя температура в зоне

реакции измеряется с помощью ртутного термометра 17.

Установлено, что в полых распылительных абсорберах может быть достигнута

высокая степень абсорбции окислов азота до 86— 88% и более.

Очистка газов от окислов азота в аппаратах комбинированного типа.

[pic]

Рис. 3. Схема промышленной установки для очистки газов от окислов азота в

аппаратах комбинированного типа.

Разработана конструкция абсорбционного аппарата, в нижней части которого

установлен механический разбрызгиватель, приводимый во вращение

электродвигателем через клиноременную передачу. Такие абсорберы успешно

эксплуатируются на предприятиях, выбрасывающих газы с большим содержанием

окислов азота.

Комбинированные аппараты, или вертикальные механические абсорберы, хорошо

зарекомендовали себя в эксплуатации. Некоторые из этих установок,

предназначенные для санитарной очистки газов от окислов азота, включают две

ступени абсорбции с одним или двумя различными поглотителями. На одной из

действующих установок (рис. 3) в качестве поглотителя первой ступени

применяется раствор NаОН, а на второй ступени для доочистки газа

используется слабый водно-аммиачный раствор, содержащий до 1,5—2,0%

аммиака.

Газы, поступающие на очистку, проходят по газоходу через клапан 2 и

поступают в общий коллектор 3. Пройдя регулятор напора 4, газ через

магистральный клапан 5 направляется по газоходу 7 в абсорбер первой ступени

14. Если температура поступающего газа ниже 0° С, он дополнительно

нагревается до 10, 30°С в теплообменнике 6, в межтрубное пространство

которого подается пар. Регулятор напора 4 автоматически, независимо от

давления в общем коллекторе, обеспечивает определенный равномерный расход

газа в течение всего периода его подачи в абсорбер. Если газ имеет

температуру 250—350°С, он, как правило, содержит большое количество NО и

поэтому, кроме охлаждения, нуждается в доокислении. С этой целью газ

направляется через клапан 8 в теплообменник 9, где охлаждается до

температуры 18—30°С и далее поступает в регулятор напора 10, после чего

направляется в доокислитель 11. Сюда же высоконапорным вентилятором 12

через клапан 13 подается воздух в количестве, необходимом для окисления

окиси азота. Объем доокисления рассчитан таким образом, что проходящий

через него газ успевает окислиться не менее, чем на 50%, что необходимо для

полной очистки газов от окислов азота. Охлажденный и окисленный газ по

газоходу 7 поступает на очистку в абсорбер первой ступени 14.

Система очистки газов состоит из двух последовательно установленных

абсорберов 14 и 34, имеющих автономное орошение.

Орошение абсорбера первой ступени производится 8—10%-ным водным раствором

NаОН из бака 23, второй ступени — 3—4%-ным водным раствором NН4OН с помощью

центробежных насосов 22. Приготовление рабочих растворов NаОН и NН4OН

осуществляется в баках 23, 24 и 27.

Уровень в баках приготовления автоматически поддерживается уравнемером

30, поплавками 32 и регуляторами 28 и 29. Слив отработанной жидкости

производится через вентили 33; регулировка подачи жидкости на абсорберы

осуществляется вентилями 31.

Отделение капелек жидкости от очищенного газа происходит на колпачковой

тарелке 35.

Остановка системы производится автоматически, как только давление во

входных штуцерах понизится и сработает реле давления 1. Автоматическое

управление второй системой, работающей на аммиачной воде, осуществляется по

аналогичной схеме. При использовании более концентрированных растворов

увеличиваются потери аммиака с отходящими газами.

При работе установки уже после первого каскада щелочной очистки

концентрация окислов азота в газе составляет 0,12—0,63%. Степень очистки

газа при этом равна 95—99%. После аммиачного каскада очистки окислы азота в

отходящем газе не обнаруживаются.

Успешная очистка газов от окислов азота до санитарных норм достигается и

в случае, если орошение второго абсорбера производится раствором NаОН

Очистка газов от слабоокисленных окислов азота. Наибольшую трудность в

промышленных условиях представляет поглощение окислов азота с низкой

степенью окисленности. Из-за избыточного количества окиси азота в этих

газах необходимо подобрать такой поглотитель, который вступал бы в

химическое соединение с NО или окислял ее до высших окислов. К первой

группе относятся растворы солей кобальта, никеля, меди, марганца,

двухвалентного железа, сульфиты натрия и аммония, ко второй — окислители,

растворы перекиси водорода, марганцевокислого калия и др.

Поглощение окиси азота растворами сернокислой закиси железа. Пределом

химической сорбции NО раствором FeSO4 является молярное отношение NО к Fе++

равное 1:1. Присутствие в растворе FеSO4 серной и азотной кислот, солей или

органических добавок снижает поглотительную способность раствора.

При сравнительно низких концентрациях NО в газе, в интервале скоростей

газа от 0,1 до 1 м/сек, коэффициенты абсорбции NО увеличиваются

пропорционально степени 0,8 линейной скорости газа.

При абсорбции NО в условиях высокотурбулентного режима основными

факторами, определяющими скорость процесса, являются: окружная скорость

дисков, объемная скорость газа и парциальное давление окиси азота в газе.

Абсорбция NO растворами FeSO4 при интенсивном перемешивании газовой и

жидкой фазы протекает со значительной скоростью, превышающей скорость

абсорбции окислов азота растворами щелочей при тех же условиях. Для очистки

газа от небольших концентраций окислов азота могут быть применены отбросные

травильные растворы металлообрабатывающих заводов с последующей

регенерацией раствора и получением окиси азота в концентрированном виде.

Поглощение окиси азота растворами сульфита аммония. Процесс очистки газов

от окислов азота (при малой степени окисленности) раствором сульфита

аммония основан на реакциях

(NH4)2 SO3 + 2 NО ( (NH4)2 SO3* 2 NО;

( NH4)2SO3 +NO2 ( (NН4)2 SO4 + NО.

При поглощении NО раствором сульфита аммония получается комплексная соль,

стойкая лишь в щелочной среде. В кислой среде соль распадается на сульфат

аммония и закись азота

(NH4)2SO3 + 2 NО ( (NН4)2SO4+ N2O.

Таким образом, в результате очистки газа от окислов азота образуется

сульфат аммония и закись азота.

Окисление и абсорбция окислов азота водными растворами окислителей. В

основе этого метода лежат процессы взаимодействия окиси азота с водными

растворами H2O2, КMnО4, КСlO3, КСlO, NаСlO, NаС1O2, Nа2O2, РbО2, Na2S2O3,

К1, K2Cr2O7, (NH4)2S2O8, К2S2O3 и др.

Образующаяся в процессе окисления NО азотная кислота вступает в реакцию с

продуктами распада окислителя, при этом в растворе образуются

соответствующие соли азотной кислоты.

Скорость окисления NО жидкими окислителями на один, два порядка больше,

чем скорость окисления окиси азота кислородом в газовой фазе. Однако жидкие

окислители имеют относительно высокую стоимость и поэтому применение их

может быть оправдано лишь в отдельных специфических условиях.

Очистка газов от окислов азота водными растворами перекиси водорода.

Применение для окисления окиси азота - слабого водного раствора перекиси

водорода не загрязняет раствор побочными продуктами. Взаимодействие

перекиси водорода с окисью азота в общем виде может быть представлено

уравнениями

Н2O2 + NО ( NО2 + H2O

3NO2 +H2O ( 2HNO3 +NO.

Образующаяся в процессе реакции азотная кислота может быть возвращена в

систему или использована для других целей.

Очистка слабоокисленных выхлопных газов от окислов азота растворами 3—5%-

ной перекиси водорода может успешно заменить щелочной метод.

Абсорбция слабоокисленных окислов азота водными растворами перманганата

калия. Реакция взаимодействия перманганата калия с окисью азота в общем

виде может быть выражена уравнением

KMnО4 + NО + H2O ( КNО3 + МnО2 + H2O.

Образующиеся при этом продукты реакции могут быть использованы как

добавка к удобрениям.

Характерной особенностью процесса абсорбции окислов азота водными

растворами КMnO4 является полное окисление и поглощение малых концентраций

NО (до 0,1—0,2%).

Процесс необходимо вести в щелочной среде, так как при этом достигается

увеличение степени абсорбции окислов азота

Поглощение высокоокисленных окислов азота. На многих предприятиях в

атмосферу выбрасываются значительные количества NO2, N2O3 и паров азотной

кислоты. Высоко окисленные окислы азота и пары НNО3 хорошо поглощаются

водными растворами щелочей в аппаратах любого типа с образованием ценных

нитрит-нитратных солей. В отдельных случаях и окислы азота при их небольшом

содержании могут поглощаться такими поглотителями (раствор мочевины и др.),

которые обеспечивают разложение окислов азота на нейтральные продукты.

При поглощении окислов азота раствором мочевины происходит восстановление

их до N2 и H2O по уравнению

N2O3 + (NH2)2CO = СО2 + 2Н2О + 2 N2.

Поглощение окислов азота раствором мочевины производится в механическом

абсорбере с большим числом оборотов.

Адсорбция окислов азота твердыми сорбентами. Методы адсорбции окислов

азота из газов твердыми сорбентами позволяют осуществить тонкую очистку

газа от окислов азота, а также получить концентрированные окислы азота

путем десорбции их из сорбента изолированным теплоносителем.

До настоящего времени наиболее эффективным сорбентом являлся

активированный уголь, однако в процессе адсорбции и особенно десорбции он

быстро окисляется, вследствие чего возникает опасность самовозгорания

сорбента; кроме того, активированный уголь имеет низкую механическую

прочность. Алюмогель имеет сравнительно небольшую адсорбционную емкость и

недостаточную стойкость.

В качестве твердых сорбентов исследованы активированный уголь,

силикагель, алюмогель, алюмосиликат и синтетические цеолиты. Лучшим из

испытанных сорбентов являются синтетические цеолиты и алюмосиликат; первые

три сорбента непригодны для длительной адсорбции окислов азота.

Синтетические цеолиты имеют сильно развитую поверхность и обладают хорошими

сорбционными свойствами.

Алюмосиликатный сорбент является эффективным поглотителем окислов азота и

высокостойким в процессе регенерации. Сочетание его высокой поглотительной

способности с механической прочностью, твердостью и термостойкостью

определяет целесообразность его применения для сорбции окислов азота. Кроме

того, алюмосиликатный сорбент каталитически ускоряет процесс окисления NO,

что позволяет применять его для очистки среднеокисленных газов.

Санитарная очистка газов от окислов азота и других примесей

торфощелочными сорбентами с получением торфоазотных удобрений. С целью

улавливания окислов азота разработан метод адсорбции окислов азота из газа

торфощелочными сорбентами в аппарате с кипящим слоем. Наиболее дешевым и

доступным является сорбент, состоящий из торфа и извести (пушонки). При

больших скоростях процесса степень улавливания окислов азота этим сорбентом

достигает 96—99%. Торф сам является хорошим сорбентом и довольно интенсивно

поглощает окислы азота; при этом, благодаря присутствию в газе кислорода и

окислов азота, значительная часть углерода торфа окисляется до хорошо

усвояемых растениями гуминовых кислот. Присутствие в торфе порошкообразного

СаО улучшает процесс поглощения окислов азота.

Еще больший эффект дает применение торфа, предварительно обработанного

аммиаком или при добавке аммиака к торфу непосредственно в кипящем слое,

что приводит к практически полному поглощению окислов азота из газа. Вместе

с тем торф способствует окислению нитритных солей до нитратных.

Попутно с очисткой газов от окислов азота, двуокиси серы, тумана и брызг

серной кислоты получаются торфоазотные удобрения.

Очистка выхлопных газов от окислов азота, сернистого газа, тумана и брызг

серной кислоты углещелочным сорбентом с получением углеазотных удобрений.

Схема очистки выхлопных газов углещелочным сорбентом с одновременным

получением углеазотных удобрений аналогична схеме очистки газов торфом, с

той лишь разницей, что в качестве сорбента используется не торф, а

окисленные и бурые угли.

Степень очистки газа от окислов азота в реакционной зоне на угле в

течение одного часа составляет 90—92%. Если это время увеличивали до 2 час,

степень очистки газа снижалась до 70%. При этом степень очистки от SO2

достигала 95, а от тумана и брызг серной кислоты — 100%.

Очистка газов от окислов азота в производстве нитролигнина. Совместно с

Страницы: 1, 2