Газовых потоков




Скачать 430.32 Kb.
НазваниеГазовых потоков
страница1/5
Дата публикации20.03.2013
Размер430.32 Kb.
ТипДокументы
uchebilka.ru > Химия > Документы
  1   2   3   4   5
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ

ГАЗОВЫХ ПОТОКОВ
Из большого числа потенциально опасных веществ только несколько находятся в атмосфере в таких количествах, чтобы непосредственно вызывать беспокойство. К разряду наиболее опасных отнесены пыль, окись углерода, окислы азота, окислы серы, несгоревшие углеводороды, фотохимические окислители, асбест, бериллий, ртуть. Отходящие газы промышленных и энергетических предприятий загрязнены в основном содержащимися в них зольными частицами, окислами азота и серы. В результате фотохимических реакций, протекающих в атмосфере с участием этих компонентов, образуются смог и туманы, выпадают кислотные дожди.
^ ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ОТРАБОТАННЫХ ГАЗОВ. АБСОРБЦИОННЫЕ МЕТОДЫ
Химические методы очистки отработанных газов. Абсорбционные методы применяются для улавливания кислотных компонентов из газовых выбросов (NOх, SO2, H2S), что позволяет в ряде случаев получать полезные продукты кислоты и соли. Общим недостатком абсорбционных методов является образование жидких стоков и громоздкость аппаратурного оформления.

Абсорбция – это процесс растворения газообразного компонента в жидком растворителе. На практике абсорбция сопровождается быстрой химической реакцией в жидкой фазе. В качестве растворителя может применяться вода или малолетучие органические жидкости. Жидкость используется для абсорбции только один раз или проводят ее регенерацию, выделяя загрязнитель в чистом виде.

В зависимости от способа создания поверхности соприкосновения фаз различают поверхностные, барботажные и распыливающие абсорбционные аппараты. Наибольшее распространение получили насадочные (поверхностные) и барботажные тарельчатые абсорберы [5,8]. Удаляемый компонент должен хорошо растворяться в абсорбционной среде и часто химически взаимодействовать с водой, как например, при очистке газов от NO2, NH3 и др. Для абсорбции газов с меньшей растворимостью (SO2, H2S) используют щелочные растворы на основе NaON или Ca(OH)2.

Наибольшее распространение при очистке дымовых газов ТЭС получили абсорбционные методы, в которых применяется кальциевый сорбент. При использовании мокрого известкового (известнякового) процесса образуется шлам, состоящий из сульфидов и сульфатов кальция, которые могут быть стабилизированы, например, путем прокаливания, в форме гипса. Дымовые газы, очищенные от золы, поступают в тарельчатый абсорбер, орошаемой водой, который содержит мелкоразмолотый известняк и продукты нейтрализации. Очищенные газы проходят брызгоуловитель и после подогрева (для предотвращения конденсации) выбрасываются в дымовую трубу. Закисленная жидкость после абсорбции SO2 поступает в емкость, куда добавляют свежую известняковую суспензию. После накопления в орошающей жидкости 10-15% от массы солей кальция часть суспензии выводят в специальные емкости и далее образовавшийся шлам удаляют из системы. Для производства гипса схему дополняют линией окисления сульфита кальция в сульфат и выделения солей. В услових промышленной эксплуатации достигается стабильная очистка газов от SO2 с эффективностью 90%.

^ Адсорбционые методы [1,15,17] широко используются в промышленности для очистки отходящих газов от растворителей, в том числе хлорорганических. Ведутся активные работы по адсорбционному извлечению из газов окислов серы и азота, однако промышленного распространения они пока не получили. Основной недостаток адсорбционного метода заключается в большой энергоемкости стадий десорбции и разделения, что значительно осложняет его применение для очистки многокомпонентных смесей.

Основными промышленными адсорбентами служат активированные угли, сложные окислы и интегрированные сорбенты. Несмотря на то, что активированный уголь менее селективен, чем другие адсорбенты, он является одним из немногих используемых для работы, в том числе, для газовых реагентов.

В зависимости от способа адсорбционной очистки уловленные компоненты разделяются путем десорбции повторным использованием и не утилизируются, а термически или каталитически дожигаются и захораниваются вместе с адсорбентом. Для десорбции примесей используют нагревание адсорбента, вакуумирование, продувку инертным газом, вытеснение примесей более легко адсорбирующимся веществом, например водяным паром. Разрабатываются вакуумные способы десорбции примесей.

Для проведения адсорбции разработана разнообразная аппаратура [1,5,8]. Наиболее распространены адсорберы с неподвижным слоем гранулированного или сотового адсорбента. Непрерывность процессов адсорбации и регенерации адсорбента обеспечивается применением аппаратов с кипящим слоем.

^ Конденсационные методы [1,17] применяются для удаления примесей из газов путем их охлаждения до температуры, меньшей точки росы удаляемых веществ. Этот метод наиболее эффективен и чаще всего используется для очистки (утилизации) от углеводородов и других органических соединений, имеющих достаточно высокие температуры кипения при обычных условиях и присутствующих в газовой фазе в значительных количествах. Удаление таких загрязнителей реализуется в конденсаторах с водяным и воздушным охлаждением. Для более летучих загрязнителей используют двухстадийную конденсацию – водяное охлаждение на первой стадии и низкотемпературное захолаживание на второй. Охлаждение до низких температур только в целях удаления загрязнителей нецелесообразно, так как не удается провести очистку достаточно полно. В большинстве случаев конденсацию целесообразно рассматривать как предварительную стадию, служащую для выделения ценных растворителей и уменьшения количества загрязнителей при последующей обработке газов каким-либо другим методом, например каталитическим.

^ Мембранные методы [16,17] относительно новы. Их промышленное применение сдерживается пока малой удельной производительностью мембран, низкой степенью очистки, необходимостью создавать большое избыточное давление, значительными габаритами оборудования, высокими капитальными и эксплуатационными затратами.

Процессы мембранного разделения включают перенос исходной смеси в мембране, проникновение компонентов смеси в мембрану, перенос их через мембрану и последующий отвод разделенных продуктов. На практике применяют металлические мембраны на основе палладия и его сплавов, серебра, рутения, а также синтетические мембраны и мембраны на основе керамики. Синтетические мембраны создают из полимеров на основе стирола, акрилонитрила, изопрена, силикона и других элементарных составляющих.

Мембранные методы используют при производстве чистого водорода, извлечении гелия из природного газа, очистке газовых выбросов атомных электростанций. Разработаны композиционные мембраны, проницаемость которых для растворителей в 60-160 раз больше, чем для азота. Это позволяет обеспечить высокую эффективность мембранных и различных комбинированных способов очистки газов. Так, например, применяют последовательно мембранное разделение и адсорбционное улавливание.

^ Термическое дожигание [1,5,17] широко применяется для очистки отходящих газов от токсичных горючих соединений. Разработанные в последние годы установки дожигания отличаются компактностью и низкими энергозатратами. Применение термических методов эффективно для дожигания многокомпонентных и запыленных отходящих газов.

Дожигание представляет собой способ очистки газов путем термического окисления различных вредных веществ, главным образом органических, в практически безвредные или менее вредные, преимущественно в СО2 и Н2О. Обычные температуры дожигания для большинства соединений лежат в интервале 750…1200С Применение термических методов дожигания позволяет достичь 99% очистки газов.

Рассматривая возможность и целесообразность термического обезвреживания, необходимо учитывать характер образующихся продуктов горения. Продукты сжигания газов, содержащих соединения серы, галогенов, фосфора, могут превосходить по токсичности исходный газовый выброс. В этом случае необходима дополнительная очистка. Термическое дожигание весьма эффективно при обезвреживании газов, содержащих токсичные вещества в виде твердых включений органического происхождения (сажа, частицы углерода, древесная пыль и т.д.). Важнейшими факторами, определяющими целесообразность термического дожига, являються затраты энергии для обеспечения высоких температур в зоне реакции, калорийность обезвреживаемых примесей, возможность предварительного подогрева очищаемых газов. Повышение концентрации дожигаемых примесей ведет к значительному снижению расхода топлива. В отдельных случаях процесс протекает в автотермическом режиме, т.е. рабочий режим поддерживается только за счет тепла реакции глубокого окисления вредных примесей и предварительного подогрева исходной смеси отходящими очищенными газами..

Существует несколько различных систем термического дожига, отличающихся друг от друга температурой процесса, гидродинамическими условиями в зоне реакции и временем пребывания газов в реакционной зоне. Различают камерные печи, печи с циклонным движением газов, регенеративные установки термического обезвреживания, аппараты со струйным смещением, системы очистки в технологических аппаратах (например, в котлах). Одним из наиболее экономичных и перспективных методов считается термическая очистка с использованием регенеративных теплообменников. Эти аппараты состоят из камеры сгорания и двух или более слоев регенеративной насадки. Периодическое изменение направления движения обезвреживаемых газов через слой насадки либо вращение слоев при неизменном направлении движения газов обеспечивает регенерацию тепла горячих очищенных газов и нагрев исходного очищаемого газа.

Последние годы характеризуются активным развитием термических методов обезвреживания на основе регенеративного принципа теплообмена. Термическое дожигание находит применение в различных отраслях промышленности: металлургической, химической, угольной. Принципиальную трудность при использовании термического дожигания создает образование вторичных загрязнителей, таких как окислы азота, хлор, SO2 и др. Для снижения концентрации NOх используют двухступенчатое сжигание. На первой стадии, когда процесс идет при недостатке кислорода, сохраняется большое остаточное содержание СО, а на второй – происходит глубокое окисление всех горючих примесей. Снижению эмиссии окислов азота способствует также рециркуляция газов и уменьшение их предварительного подогрева.

^ Каталитические методы [5,12-14,17] универсальны. С их помощью можно освобождать газы от окислов серы, азота, сероводорода, различных органических соединений, моноокисла углерода и других токсичных примесей. Они дают возможность перерабатывать многокомпонентные газы с малыми начальными концентрациями вредных примесей, добиваться высоких степеней очистки, вести процесс непрерывно, избегать в большинстве случаев образования вторичных загрязнителей. Применение каталитических методов чаще всего ограничивается трудностью поиска и приготовления пригодных для продолжительной эксплуатации и достаточно дешевых катализаторов. Гетерогенно-каталитическое превращение газообразных примесей осуществляют в реакторе, загруженном твердым катализатором в виде пористых гранул, колец, шариков или блоков со структурой, близкой к сотовой. Химическое превращение происходит на развитой внутренней поверхности катализаторов, достигающей 103 м2/г.

В качестве эффективных катализаторов, применяемых на практике, служат самые различные вещества – от минералов, которые используются почти без всякой предварительной обработки, и простых металлов до сложных соединений заданного состава и строения. Обычно каталитическую активность проявляют твердые вещества с ионными или металлическими связями, обладающие сильными межатомными полями. Одно из основных требований, предъявляемых к катализатору – устойчивость его структуры в условиях реакции.

Наибольшее распостранение получили каталитические методы обезвреживания отходящих газов в неподвижном слое катализатора. Можно выделить два принципиально различных метода осуществления газоочистки – в стационарном и искусственно создаваемом нестационарном режиме.

В случае организации стационарной схемы газоочистки приемлемые для практики скорости химических реакций достигаются на большинстве дешевых промышленных катализаторов при 200…600С, После предварительной очистки от пыли (до 20 мг/м3) и различных каталитических ядов (As,Cl2 и др.) газы обычно имеют значительно более низкую температуру. Подогрев газов до необходимых температур осуществляется за счет ввода горячих дымовых газов или с помощью электроподогревателя. После прохождения слоя катализатора очищенные газы выбрасываются в атмосферу, что требует значительных энергозатрат. Добиться снижения энергозатрат можно, если тепло отходящих газов использовать для нагревания газов, поступающих на газоочистку. Для нагрева служат обычно рекуперативные трубчатые теплообменники.

При протекании обратимых экзотермических реакций для достижения глубокой очистки необходим промежуточный отвод тепла, что значительно осложняет технологическую схему. Переработка газа описанным способом затруднена, если газ подается с переменной нагрузкой и концентрация примесей в нем не постоянна. Наличие внешнего теплообменника повышает параметрическую чувствительность системы и увеличивает опасность перегревов и спекания катализатора даже при небольшом увеличении концентрации примесей и (или) уменьшения расхода газа. Такие аппараты могут эффективно работать только при постоянных концентрациях (расходах) или при использовании совершенных систем автоматического управления процессом.

Эти трудности удается преодолеть, проводя газоочистку в нестационарном режиме. Принципиальная схема нестационарного метода (реверс-процесса) заключается в следующем. Слой катализатора предварительно нагревают до температуры, при которой каталитический процесс протекает с высокой скоростью. Затем в аппарат подают очищаемый газ с низкой температурой, при которой скорость химического превращения пренебрежимо мала. От прямого контакта с твердым материалом газ нагревается и в слое катализатора начинают с заметной скоростью идти каталитические реакции. Слой твердого материала (катализатора), отдавая тепло газу, постепенно охлаждается до температуры, равной температуре газа на входе. Поскольку в ходе реакций выделяется тепло, температура в слое может превышать температуру начального разогрева. В реакторе формируется тепловая волна, которая перемещается в направлении фильтрации реакционной смеси, т.е. в направлении выхода из слоя. Периодическое переключение направления подачи газа на противоположное позволяет удерживать тепловую волну в пределах слоя сколь угодно долго.

Из всех возможных способов очистки отходящих газов от оксидов азота в настоящее время наиболее широко распространены каталитические методы, так как они требуют относительно низких капитальных и эксплуатационных затрат, позволяют применять сравнительно простые конструкции и в то же время обладают высокой эффективностью. Из каталитических методов, не вышедших пока за пределы лабораторий, весьма интересен способ прямого разложения NO на молекулярный азот и кислород. Однако данный способ не применим к кислородосодержащим газам. Изучение каталитической активности окислов металлов в реакции разложения NO на азот и кислород показало, что во всех случаях реакция замедляется кислородом.

Промышленно освоенные каталитические методы восстановления NO условно можно разделить на две основные группы: 1) высокотемпературное восстановление, которое протекает только в бескислородной среде при использовании в качестве восстановителя горючих газов; 2) селективное каталитическое восстановление (СКВ), особенностью которого является взаимодействие используемого восстановителя с окислами азота в присутствии кислорода.

Для высокотемпературного восстановления окислов азота применяют водород, окись углерода, пары керосина, нефтяной и природный газы. Окислы азота восстанавливаются до азота, другими продуктами реакции могут быть вода и двуокись углерода. В качестве катализаторов высокотемпературного восстановления используют металлы на носителях. Чаще всего активными компонентами служат Pt,Pd, медно-хромовые сплавы. Температура процесса обычно составляет 300…500С. Восстановление протекает только в бескислородной атмосфере, поэтому первой стадией является «выжигание» кислорода. Поскольку содержание окислов азота в большинстве случаев не превышает 0,2% по объему, расход горючих газов практически определяется лишь содержанием кислорода в дымовых газах. Недостатками рассматриваемого метода являются высокая начальная температура реакции, значительный расход восстановителя на удаление кислорода, затраты на утилизацию тепла отходящих газов и необходимость поддержания определенного температурного режима процесса, возможность присутствия оксидов углерода в отходящих газах вследствие использования восстановительной атмосферы.

Селективное каталитическое восстановление NOx аммиаком с образованием азота и воды в настоящее время рассматривается как один из наиболее перспективных аналитических процессов очистки дымовых газов. Это связано с тем, что в отличие от других восстановителей (метан, водород, окись углерода, углеводороды) аммиак. Метод СКВ в идеальном случае позволяет уменьшить выбросы NOx более, чем на 90%, однако на практике из-за ограничений, накладываемых объемом каталитического реактора и допустимым проскоком аммиака, обычно достигается степень очистки 65…80%.

Взаимодействие между аммиаком и окислом азота в отсутствие кислорода описывается уравнением
4NH3 + 6NO  5N2 + 6H2O.
При наличии кислорода восстановление окисла азота ускоряется и соответствующая реакция записывается в виде
О2 + 4NH3 + 4NO  4N2 + 6H2O. (1)
Имеются данные, что скорость реакции взаимодействия диокисида азота с аммиаком не зависит от концентрации кислорода, а само взаимодействие описывается уравнением
3NО2 + 4NН3  3,5N2 + 6H2O.
В эквимолярной системе NO  NO2 окислы азота восстанавливаются с помощью реакции
NO2 + NO + 2NH3  2N2 + 3H2O, (2)
которая является самой быстрой из протекающих в системе NOx  O2-NH3 реакций.

В процессе СКВ основной считается реакция (1), поскольку в составе дымовых газов преобладает NO (90…95%). В соответствии со стехиометрией реакций (1) и (2) мольное соотношение NOx и NH3 должно быть близко к единице. Для уменьшения выбросов NOx на 60…85% молярное отношение NH3 / NOx должно составлять 0,6…0,9, при этом остаточное содержание аммиака в дымовых газах менее 1-51/млн. Температура, необходимая для восстановления NOx, зависит от типа катализатора и обычно составляет 300…400С. Активность катализаторов в реакциях восстановления аммиаком убывает в ряду Pt>MnO2>V2O5>CuO>Fe2O3>Cr2O3>CoO3.

Удельная стоимость очистки дымовых газов с использованием метода селективного каталитического восстановления мало зависит от мощности установок и для энергоблоков 150…700 МВт колеблется от 106 до 222 евро на 1 кВт. При этом стоимость самого катализатора составляет 40% от общей стоимости установки. Благоприятные условия эксплуатации катализатора создаются, конечно, при размещении систем СКВ после устройств для пыле- и сероочистки дымовых газов. В этом случае можно применять значительно меньше катализатора, а срок его службы увеличивается до 5 лет против 1-3 лет при работе на запыленных газах. Однако значительные эксплуатационные и капитальные затраты на подогрев газов после сероочистки до 300…500С сдерживают пока широкое промышленное применение таких способов.

^ Некаталитические химические методы [17] – это такие процессы очистки, при которых устранение нежелательных примесей в газах происходит в результате осуществления практически необратимой химической реакции, роль которой является определяющей по сравнению с другими процессами. С этой точки зрения, методы очистки отходящих газов от SO2 с использованием извести или известняка, например, чаще всего относят к абсорбционным, так как определяющей операцией в данном случае является процесс в абсорбционном скруббере. Химические методы очистки основаны прежде всего на химическом преобразовании токсичных соединений в безвредные (менее токсичные) или на активизации химических реакций. Целесообразно отнести к ним и радиационно-химические методы, которые будут подробно рассмотрены в следующем разделе. В ряде случаев для активизации химических реакций полезно вводить в очищаемые газы озон. Ниже приведем примеры использования химических методов очистки в промышленности.

Очистка газов от NOx заключается в восстановлении примесей до N2 и Н2О. Гомогенное восстановление NOx аммиаком протекает в основном при 900…1000С. При более высоких температурах существенно возрастает скорость окисления аммиака в окислы азота, что снижает степень очистки. В настоящее время средняя степень очистки газов от NOx по данному методу не превышает 60…70%. Главными путями увеличения эффективности процесса являются совершенствование систем смешивания небольших количеств аммиака с горячими (900…1000С) дымовыми газами, что позволяет поднять степень очистки до 80…90%, и поиск новых восстановителей, позволяющих расширить температурный интервал осуществления процесса. Так, предложено использовать для восстановления мочевину и вести процесс при 600…1100С

Озонные методы применяют для обезвреживания дымовых газов от SO2 (NOx) и дезодорации газовых выбросов промышленных предприятий. Введение озона ускоряет реакции окисления NO до NO2 и SO2 до SO3. После образования SO2 и NO2 в дымовые газы вводят аммиак и выделяют смесь образовавшихся комплексных удобрений (сульфата и нитрата аммония). Время контакта газа с озоном, необходимое для очистки от SO2 (80…90%) и NOx (70…80%), составляет 0,4…0,9 с. Энергозатраты на очистку газов озонным методом оценивают в 4…4,5% от эквивалентной мощности энергоблока, что является, по-видимому, основной причиной, сдерживающей промышленное применение данного метода.

В последнее время появились сведения о том, что возможна очистка под воздействием лазерного облучения газов (см. ссылку [257] работы [17]). Длину волны при этом выбирают так, чтобы в результате преимущественного поглощения излучения окислами серы и азота происходила их диссоциация с выделением элементарной серы и N2.

^ Биохимические методы [17] основаны на способности микроорганизмов разрушать и преобразовывать различные соединения. Разложение веществ происходит под действием ферментов, вырабатываемых микроорганизмами в среде очищаемых газов. При частом изменении состава микроорганизмы не успевают адаптироваться для выработки новых ферментов и степень разрушения вредных примесей становится неполной. Поэтому биохимическик системы более всего пригодны для очистки газов постоянного состава. Биохимические установки просты в обслуживании и аппаратурном оформлении и предназначены в первую очередь для очистки слабоконцентрированных газовых выбросов органических соединений. К недостаткам биохимических методов следует отнести, во-первых, низкую скорость биохимических реакций, что увеличивает габариты оборудования, во-вторых, специфичность (высокую избирательность) штаммов микроорганизмов, что затрудняет переработку многокомпонентных смесей, в-третьих, трудность переработки смесей переменного состава.


  1   2   3   4   5

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Газовых потоков iconМетод балансных уравнений в теории газовых лазеров
В данной работе на конкретном примере He-Ne лазера будет показано, что всеже можно трансформировать балансный метод на теорию газовых...

Газовых потоков iconМетод формализации информационных потоков на основе принципа формирования...
Предложены результаты исследований в процессе моделирования ин-формационных потоков, содержащих картографические изображения. Разработан...

Газовых потоков iconМетодика расчета выбросов загрязняющих веществ в атмосферу на объектах...
Веществ в атмосфе­ру для объектов газотранспортной системы магистральных газопроводов: подземных хранилищ газа (пхг), компрессорных...

Газовых потоков iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua
...

Газовых потоков iconаправления миграционных потоков
Направления миграционных потоков сравнительно устойчивы, причем зачастую они пересекаются. Решающее значение имеют экономические...

Газовых потоков iconИнститут проблем регистрации информации нан украины
Описан метод перенаправления информационных потоков по дугам сети, имеющим резервы по пропускной способности. Приведен алгоритм сведения...

Газовых потоков iconНаоп 23 13-70 Правила разработки газовых и газоконденсатных месторождений
Правила разработки газовых и газокон-денсатных месторождений подготовлены Всесоюзным научно-исследовательским институтом газовой...

Газовых потоков iconИх поготовила кафедра турбиностроения
Каплан Марлен Павлович, выпускник кафедры турбиностроения хмми (ныне нту «хпи») 1948 года. Руководитель тепловых расчетов отдела...

Газовых потоков iconБизнес-план ЧП «бок» как основа денежных потоков по инвестиционной деятельности
Структура денежных потоков предприятия. Денежные потоки по инвестиционной деятельности 7

Газовых потоков iconСтруктуры двухфазных потоков в подъемных трубах эрлифтов
Разработаны карты режимов и получены количественные значения критериев и параметров для определения границ существования структур...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
uchebilka.ru
Главная страница


<