Очистка газообразных промышленных выбросов

⇐ Предыдущая 6 7 8 91011 12 13 14 15 Следующая ⇒

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 экологическуюобстановку в местах расположения этих промышленных предприятий, а такжеухудшают санитарно-гигиенические условия труда. К агрессивным массовымвыбросам относятся окислы азота, сероводород, сернистый, углекислый имногие другие газы. Например, азотнокислотные, сернокислотные и другие заводы нашей страныежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов кубометров окисловазота, представляющих собой сильный и опасный яд. Из этих окислов азотаможно было бы выработать тысячи тонн азотной кислоты. Не менее важной задачей является очистка газов от двуокиси серы. Общееколичество серы, которое выбрасывается в нашей стране в атмосферу только ввиде сернистого газа, составляет около 16 млн. т. в год. Из этогоколичества серы можно выработать до 40 млн. т. серной кислоты. Значительное количество серы, главным образом, в виде сероводородасодержится в коксовом газе. Серосодержащий газ, используемый в металлургической промышленности дляобогрева мартеновских и нагревательных печей, вызывает угар металла иповышает содержание серы и стали, ухудшая ее качество. Потери металла приэтом исчисляются сотнями тысяч тонн в год. С дымовыми газами из заводских труб и энергетических установок ежегодновыбрасываются в атмосферу несколько миллиардов кубометров углекислого газа.Этот газ может быть использован для получения эффективных углеродсодержащихудобрений. Приведенные примеры показывают, какие огромные материальные ценностивыбрасываются в атмосферу с газообразными выбросами. Но более серьезный ущерб эти выбросы приносят тем, что они отравляютвоздушный бассейн в городах и на предприятиях: ядовитые газы губятрастительность, крайне вредно действуют на здоровье людей и животных,разрушают металлические сооружения и коррозируют оборудование. Хотя в последние годы отечественные промышленные предприятия работают нена полную мощность, но проблема борьбы с вредными выбросами стоит оченьостро. А учитывая общую экологическую обстановку на планете, необходимопринять самые срочные и самые радикальные меры по очистке выбросных газовот вредных примесей. ОЧИСТКА ПРОМЫШЛЕННЫХ ГАЗОВ ОТ ОКИСЛОВ АЗОТА Существующие методы очистки подразделяются на три группы: поглощениеокислов азота жидкими сорбентами, поглощение окислов азота твердымисорбентами и восстановление окислов азота до элементарного азота накатализаторе. Наиболее распространенным методом в нашей стране является очистка газовот окислов азота путем поглощения их растворами Na2CO3 и Са (ОН)2 ,сравнительно реже — NaOH и КОН. Метод щелочной очистки требует больших капитальных затрат иэксплуатационных расходов, но главный его недостаток в том, что степеньабсорбции окислов азота не превышает 60—75% и, таким образом, этот метод необеспечивает санитарной нормы очистки газов. Полученные в процессе очисткищелока нуждаются в дальнейшей многостадийной переработке для получения изних твердых солей. Метод поглощения окислов азота твердыми сорбентами — силикагелем,алюмогелем, активированным углем и другими твердыми поглотителями — ненашел промышленного применения из-за сложности, малой надежности идороговизны. Метод каталитического восстановления окислов азота начал применятьсятолько в последние годы и пока является наиболее совершенным методом.Главными его недостатками являются: большие капитальные затраты; громоздкость оборудования, изготовляемого издефицитной нержавеющей стали; необходимость применения дорогостоящегокатализатора; большие потери катализатора при регенерации; значительныерасходы газов восстановителей (Н2, СН4 или СО). В результате каталитическойочистки в атмосферу выбрасывается другой ядовитый газ — окись углерода вколичестве 0,10-0,15 %. Кроме того, каталитическая очистка непредусматривает утилизацию окислов азота и применима лишь в случае очисткислабо концентрированных газов, содержащих лишь до 0,5 % NO+NO2 и до 4-5 %кислорода. Основная трудность очистки выхлопных газов от окислов азота состоит втом, что в газах присутствуют окислы азота с различной степеньюокисленности: газы слабо окисленные (содержание окиси азота в газе более60% от общего количества NO+NO2 средне окисленные (содержание NO в пределах45-60%) высоко окисленные (окислы азота преимущественно в виде NO2 более 60-70 % от их общего количества). Наиболее трудно производить очистку слабоокисленных газов. Двуокись и высшие окислы азота сравнительно хорошопоглощаются водой и водными растворами некоторых солей, окись азота (NO)большинством из указанных растворов не поглощается. Для полного поглощенияокислов азота из газовых смесей необходимо предварительное окисление NO доNO2 не менее чем на 50—55%. Разработаны конструкции абсорбционных аппаратов, работающих при высокотурбулентном режиме, — это механические ротационные аппаратыгоризонтального и вертикального типов и полые распылительные абсорберы. Поглощение окислов азота жидкими сорбентами в механических абсорберах сбольшим числом оборотов. Влияние гидродинамических условий на скоростьабсорбции окислов азота определялись в механических абсорберах с большимчислом 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 нержавеющейстали. Внутри цилиндра на подшипниках Рис. 1. Общий вид горизонтального механического абсорбера. установлен вал 4 с закрепленными на нем перфорированными дисками 5. Валприводится в движение электродвигателем 2 через редуктор 3 иликлиноременную передачу. На 1/3 диаметра диски имеют радиальные разрезы, с помощью которыхформируются лопатки, отогнутые навстречу друг другу под углом 15—17°.Области между дисками в аппарате разделены полудисками, создающимизигзагообразное движение газа в аппарате. При вращении дисков лопатки захватывают жидкость, которая заполняетнижнюю часть аппарата и распыляет ее по всему объему аппарата, при этомобеспечивается интенсивное перемешивание газа с жидкостью и высокоразвитаяповерхность контакта фаз. Поглощение окислов азота раствором Са (ОН)2 протекает с образованиемнитрит-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 поуравнению N2О3 + Са (ОН)2 = Са (NО2)2 + Н2О. Механические абсорберы являются эффективными массообменными аппаратами,но применение их наиболее целесообразно при переработке сравнительнонебольших количеств газа. [pic] Рис. 2. Схема установки по очистке газов от окислов азота в равнопроточной полой башне. Очистка газов от окислов азота в равно проточной полой башне. Схемаустановки показана на рис. 2. Основным аппаратом является полый равнопроточный абсорбер, представляющий собой цилиндрическую башню, в верхнейчасти которой установлен центробежный объемный распылитель. Газ, содержащий окислы азота, из общего газопровода 1 по трубе 2 череззадвижку 3 поступает в аппарат барботажного типа 4, в котором регулируетсястепень окисленности окислов азота, а в случае необходимости и концентрациягаза. Из барботера газ через теплообменник 5 и измерительную диафрагму 10поступает в абсорбционную башню, в нижней части которой размещен экран изслоя колец Рашига 22. Благодаря экрану газ равномерно распределяется повсему сечению башни и движется противотоком навстречу диспергируемойжидкости. С целью создания равномерного движения газа по сечению в верхнейчасти башни устанавливается второй экран 18, пройдя через который газ черезвыхлопную трубу 16 выбрасывается в атмосферу. Поглотительная жидкостьпоступает из напорного бака 8 через вентиль 3 и ротаметр 13 в приемнуюкамеру распылительного устройства. Распыленная жидкость, благодаря наличиюв башне отражательных колец 20, равномерно распределяется по всему сечениюбашни. Через штуцер жидкость поступает в приемный сосуд 12, оборудованныйгидравлическим затвором, а оттуда забирается насосом 11 и снова подается внапорный бачок. Количество поступающего на абсорбцию нитрозного газарегулируется с помощью задвижки и измерительной диафрагмы. Температура газаменяется при прохождении через трубчатый теплообменник, в межтрубноепространство которого подается холодная вода или пар. Температура поглотительного раствора изменяется путем предварительногоподогрева или охлаждения его в приемном бачке. Средняя температура в зонереакции измеряется с помощью ртутного термометра 17. Установлено, что в полых распылительных абсорберах может быть достигнутавысокая 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 ваппаратах комбинированного типа. Разработана конструкция абсорбционного аппарата, в нижней части которогоустановлен механический разбрызгиватель, приводимый во вращениеэлектродвигателем через клиноременную передачу. Такие абсорберы успешноэксплуатируются на предприятиях, выбрасывающих газы с большим содержаниемокислов азота. Комбинированные аппараты, или вертикальные механические абсорберы, хорошозарекомендовали себя в эксплуатации. Некоторые из этих установок,предназначенные для санитарной очистки газов от окислов азота, включают двеступени абсорбции с одним или двумя различными поглотителями. На одной издействующих установок (рис. 3) в качестве поглотителя первой ступениприменяется раствор NаОН, а на второй ступени для доочистки газаиспользуется слабый водно-аммиачный раствор, содержащий до 1,5—2,0%аммиака. Газы, поступающие на очистку, проходят по газоходу через клапан 2 ипоступают в общий коллектор 3. Пройдя регулятор напора 4, газ черезмагистральный клапан 5 направляется по газоходу 7 в абсорбер первой ступени14. Если температура поступающего газа ниже 0° С, он дополнительнонагревается до 10, 30°С в теплообменнике 6, в межтрубное пространствокоторого подается пар. Регулятор напора 4 автоматически, независимо отдавления в общем коллекторе, обеспечивает определенный равномерный расходгаза в течение всего периода его подачи в абсорбер. Если газ имееттемпературу 250—350°С, он, как правило, содержит большое количество NО ипоэтому, кроме охлаждения, нуждается в доокислении. С этой целью газнаправляется через клапан 8 в теплообменник 9, где охлаждается дотемпературы 18—30°С и далее поступает в регулятор напора 10, после чегонаправляется в доокислитель 11. Сюда же высоконапорным вентилятором 12через клапан 13 подается воздух в количестве, необходимом для окисленияокиси азота. Объем доокисления рассчитан таким образом, что проходящийчерез него газ успевает окислиться не менее, чем на 50%, что необходимо дляполной очистки газов от окислов азота. Охлажденный и окисленный газ погазоходу 7 поступает на очистку в абсорбер первой ступени 14. Система очистки газов состоит из двух последовательно установленныхабсорберов 14 и 34, имеющих автономное орошение. Орошение абсорбера первой ступени производится 8—10%-ным водным растворомNаОН из бака 23, второй ступени — 3—4%-ным водным раствором NН4OН с помощьюцентробежных насосов 22. Приготовление рабочих растворов NаОН и NН4OНосуществляется в баках 23, 24 и 27. Уровень в баках приготовления автоматически поддерживается уравнемером30, поплавками 32 и регуляторами 28 и 29. Слив отработанной жидкостипроизводится через вентили 33; регулировка подачи жидкости на абсорберыосуществляется вентилями 31. Отделение капелек жидкости от очищенного газа происходит на колпачковойтарелке 35. Остановка системы производится автоматически, как только давление вовходных штуцерах понизится и сработает реле давления 1. Автоматическоеуправление второй системой, работающей на аммиачной воде, осуществляется поаналогичной схеме. При использовании более концентрированных растворовувеличиваются потери аммиака с отходящими газами. При работе установки уже после первого каскада щелочной очисткиконцентрация окислов азота в газе составляет 0,12—0,63%. Степень очисткигаза при этом равна 95—99%. После аммиачного каскада очистки окислы азота вотходящем газе не обнаруживаются. Успешная очистка газов от окислов азота до санитарных норм достигается ив случае, если орошение второго абсорбера производится раствором NаОН Очистка газов от слабоокисленных окислов азота. Наибольшую трудность впромышленных условиях представляет поглощение окислов азота с низкойстепенью окисленности. Из-за избыточного количества окиси азота в этихгазах необходимо подобрать такой поглотитель, который вступал бы вхимическое соединение с NО или окислял ее до высших окислов. К первойгруппе 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. Пределомхимической сорбции NО раствором FeSO4 является молярное отношение NО к Fе++равное 1:1. Присутствие в растворе FеSO4 серной и азотной кислот, солей илиорганических добавок снижает поглотительную способность раствора. При сравнительно низких концентрациях NО в газе, в интервале скоростейгаза от 0,1 до 1 м/сек, коэффициенты абсорбции NО увеличиваютсяпропорционально степени 0,8 линейной скорости газа. При абсорбции NО в условиях высокотурбулентного режима основнымифакторами, определяющими скорость процесса, являются: окружная скоростьдисков, объемная скорость газа и парциальное давление окиси азота в газе.Абсорбция NO растворами FeSO4 при интенсивном перемешивании газовой ижидкой фазы протекает со значительной скоростью, превышающей скоростьабсорбции окислов азота растворами щелочей при тех же условиях. Для очисткигаза от небольших концентраций окислов азота могут быть применены отбросныетравильные растворы металлообрабатывающих заводов с последующейрегенерацией раствора и получением окиси азота в концентрированном виде. Поглощение окиси азота растворами сульфита аммония. Процесс очистки газовот окислов азота (при малой степени окисленности) раствором сульфитааммония 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 сульфатаммония и закись азота (NH4)2SO3 + 2 NО ( (NН4)2SO4+ N2O. Таким образом, в результате очистки газа от окислов азота образуетсясульфат аммония и закись азота. Окисление и абсорбция окислов азота водными растворами окислителей. Воснове этого метода лежат процессы взаимодействия окиси азота с воднымирастворами 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 спродуктами распада окислителя, при этом в растворе образуютсясоответствующие соли азотной кислоты. Скорость окисления NО жидкими окислителями на один, два порядка больше,чем скорость окисления окиси азота кислородом в газовой фазе. Однако жидкиеокислители имеют относительно высокую стоимость и поэтому применение ихможет быть оправдано лишь в отдельных специфических условиях. Очистка газов от окислов азота водными растворами перекиси водорода. Применение для окисления окиси азота - слабого водного раствора перекисиводорода не загрязняет раствор побочными продуктами. Взаимодействиеперекиси водорода с окисью азота в общем виде может быть представленоуравнениями Н2O2 + NО ( NО2 + H2O 3NO2 +H2O ( 2HNO3 +NO. Образующаяся в процессе реакции азотная кислота может быть возвращена всистему 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 перманганатакалия. Реакция взаимодействия перманганата калия с окисью азота в общемвиде может быть выражена уравнением KMnО4 + NО + H2O ( КNО3 + МnО2 + H2O. Образующиеся при этом продукты реакции могут быть использованы какдобавка к удобрениям. Характерной особенностью процесса абсорбции окислов азота воднымирастворами КMnO4 является полное окисление и поглощение малых концентрацийNО (до 0,1—0,2%). Процесс необходимо вести в щелочной среде, так как при этом достигаетсяувеличение степени абсорбции окислов азота Поглощение высокоокисленных окислов азота. На многих предприятиях ватмосферу выбрасываются значительные количества NO2, N2O3 и паров азотнойкислоты. Высоко окисленные окислы азота и пары НNО3 хорошо поглощаютсяводными растворами щелочей в аппаратах любого типа с образованием ценныхнитрит-нитратных солей. В отдельных случаях и окислы азота при их небольшомсодержании могут поглощаться такими поглотителями (раствор мочевины и др.),которые обеспечивают разложение окислов азота на нейтральные продукты. При поглощении окислов азота раствором мочевины происходит восстановлениеих до N2 и H2O по уравнению N2O3 + (NH2)2CO = СО2 + 2Н2О + 2 N2. Поглощение окислов азота раствором мочевины производится в механическомабсорбере с большим числом оборотов. Адсорбция окислов азота твердыми сорбентами. Методы адсорбции окисловазота из газов твердыми сорбентами позволяют осуществить тонкую очисткугаза от окислов азота, а также получить концентрированные окислы азотапутем десорбции их из сорбента изолированным теплоносителем. До настоящего времени наиболее эффективным сорбентом являлсяактивированный уголь, однако в процессе адсорбции и особенно десорбции онбыстро окисляется, вследствие чего возникает опасность самовозгораниясорбента; кроме того, активированный уголь имеет низкую механическуюпрочность. Алюмогель имеет сравнительно небольшую адсорбционную емкость инедостаточную стойкость. В качестве твердых сорбентов исследованы активированный уголь,силикагель, алюмогель, алюмосиликат и синтетические цеолиты. Лучшим изиспытанных сорбентов являются синтетические цеолиты и алюмосиликат; первыетри сорбента непригодны для длительной адсорбции окислов азота.Синтетические цеолиты имеют сильно развитую поверхность и обладают хорошимисорбционными свойствами. Алюмосиликатный сорбент является эффективным поглотителем окислов азота ивысокостойким в процессе регенерации. Сочетание его высокой поглотительнойспособности с механической прочностью, твердостью и термостойкостьюопределяет целесообразность его применения для сорбции окислов азота. Крометого, алюмосиликатный сорбент каталитически ускоряет процесс окисления NO,что позволяет применять его для очистки среднеокисленных газов. Санитарная очистка газов от окислов азота и других примесейторфощелочными сорбентами с получением торфоазотных удобрений. С цельюулавливания окислов азота разработан метод адсорбции окислов азота из газаторфощелочными сорбентами в аппарате с кипящим слоем. Наиболее дешевым идоступным является сорбент, состоящий из торфа и извести (пушонки). Прибольших скоростях процесса степень улавливания окислов азота этим сорбентомдостигает 96—99%. Торф сам является хорошим сорбентом и довольно интенсивнопоглощает окислы азота; при этом, благодаря присутствию в газе кислорода иокислов азота, значительная часть углерода торфа окисляется до хорошоусвояемых растениями гуминовых кислот. Присутствие в торфе порошкообразногоСаО улучшает процесс поглощения окислов азота. Еще больший эффект дает применение торфа, предварительно обработанногоаммиаком или при добавке аммиака к торфу непосредственно в кипящем слое,что приводит к практически полному поглощению окислов азота из газа. Вместес тем торф способствует окислению нитритных солей до нитратных. Попутно с очисткой газов от окислов азота, двуокиси серы, тумана и брызгсерной кислоты получаются торфоазотные удобрения. Очистка выхлопных газов от окислов азота, сернистого газа, тумана и брызгсерной кислоты углещелочным сорбентом с получением углеазотных удобрений.Схема очистки выхлопных газов углещелочным сорбентом с одновременнымполучением углеазотных удобрений аналогична схеме очистки газов торфом, стой лишь разницей, что в качестве сорбента используется не торф, аокисленные и бурые угли. Степень очистки газа от окислов азота в реакционной зоне на угле втечение одного часа составляет 90—92%. Если это время увеличивали до 2 час,степень очистки газа снижалась до 70%. При этом степень очистки от SO2достигала 95, а от тумана и брызг серной кислоты — 100%. Очистка газов от окислов азота в производстве нитролигнина. Совместно савторами и работниками Андижанского гидролизного завода разработан методполучения нитролигнина с применением азотной кислоты концентрацией 50—55%.Одновременно решен вопрос улавливания и использования окислов азота. Так как окислы азота в газе содержатся преимущественно в виде NO, дляулавливания их требуется предварительное окисление окиси азота, чтоосуществляется в окислительной башне. После окислительной башни окислыазота выходят преимущественно в виде NO2 и полностью адсорбируются лигниномв адсорбере с кипящим слоем. В настоящее время в промышленности внедряется метод каталитическойочистки газа от окислов азота на паладиевом катализаторе. Однако этот методтребует больших капитальных затрат и эксплуатационных расходов. Врезультате очистки газов от окислов азота в воздух выбрасывается окисьуглерода. Капитальные затраты и эксплуатационные расходы по торфощелочному методуочистки хвостовых нитрозных газов от окислов азота значительно ниже, чемпри каталитической очистке, вследствие чего этот метод является сэкономической точки зрения наиболее выгодным. Каталитическое восстановление окислов азота. Тонкая очистка газов отокислов азота может быть достигнута методом каталитического восстановленияокислов азота. Восстановление начинается при 149° С в случае примененияводорода в качестве восстановителя и при 400° С — в случае применения вкачестве восстановителя метана. Восстановление окислов азота происходит припропускании смеси газов, содержащих окислы азота с газом - восстановителем,над слоем катализатора. Выделяющееся в процессе реакции тепло используетсялибо для получения пара, либо в газовой турбине. В качестве восстановительного агента используются водород, метан и газы:природный, отходящие нефтяные и коксовый. Для осуществления процессаиспользуются катализаторы различных типов. Восстановление окислов азота возможно и без катализаторов прииспользовании высокотемпературного восстановительного пламени, при этомгазы должны быть нагреты до температуры 950—1200° С. В качествевосстановителей могут быть использованы природный газ, водород и другиегорючие вещества. Бескатализаторный метод восстановления окислов азота имеет меньшиеперспективы для промышленного внедрения, вследствие большого расходагорючего газа-восстановителя. Восстановление окислов азота в потоке плазмы. Отличительная особенностьэтого метода в том, что нагрев газа производится в потокенизкотемпературной плазмы и добавки к газу - восстановителя производятся вколичестве, необходимом для реакции восстановления окислов азота. Этареакция протекает при 2100—2300° С Процесс разложения окислов азота протекает в плазмотроне, работающем напостоянном или переменном токе. Окисление окиси азота озоном. Реакция окисления окиси азота протекает сбольшой скоростью даже при незначительном содержании озона в газе. Основнаятрудность окисления и поглощения окислов азота по этому способу состоит всложности получения больших количеств озона. ОЧИСТКА ГАЗОВ ОТ ДВУОКИСИ СЕРЫ Среди газообразных веществ, загрязняющих атмосферный воздух, одно изглавных мест занимает сернистый ангидрид (двуокись серы). В обычныхусловиях это бесцветный газ с резким раздражающим запахом. Основным источником загрязнения атмосферного воздуха двуокисью серыявляются отходящие газы заводов цветной металлургии, выхлопные газысернокислотных заводов и дымовые газы теплоэнергетических установок,сжигающих высокосернистое топливо. Существующие методы очистки газов от SO2 можно разделить на три группы:методы, основанные на окислении и нейтрализации SO2 без последующего еевыделения; циклические и комбинированные методы. К первой группе относятся методы очистки газов от SO2 с переработкой ее всерную кислоту или сернистокислые соли. К циклическим относятся методы,позволяющие извлекать SO2 из разбавленных газов при низкой температуре ивыделять поглощенную SO2 при последующем нагреве поглотителя. Прииспользовании комбинированных методов поглощение двуокиси серы производитсяразличными основаниями с последующим действием на них сильных кислот, врезультате чего выделяется концентрированная двуокись серы исоответствующие соли. Выбор метода извлечения двуокиси серы зависит от концентрации SO2,температуры, влажности, наличия в газе других примесей, а также отспецифических местных условий. При выборе метода необходимо учитыватьмасштабы производства, наличие местного сырья для приготовленияпоглотительных растворов, возможность реализации получаемых при очисткепродуктов и т. д. Методы, основанные на окислении и нейтрализации SO2. В последние годыразработан и испытывается метод получения серной кислоты измалоконцентрированных газов. Этот метод позволяет достичь санитарной нормыочистки отходящих газов с одновременным получением ценного химическогопродукта. Отходящие газы предварительно очищают от пыли в электрофильтрах /(рис. 4) и от каталитических ядов (Аs2O3 и SeO2) в промывных башнях 2 и 3,орошаемых серной кислотой. [pic] Рис. 4. Схема получения серной кислоты из малоконцентрированных газов(схема СГ — слабые газы).Улавливание сернокислотного тумана, образовавшегося в промывных башнях,производится в волокнистых электрофильтрах 4. Очищенный от примесейсернистый газ с помощью газодувки 5 направляется в контактный аппарат 7.Однако перед этим он должен быть подогрет до 420—440°С. В существующихсернокислотных системах, работающих на концентрированных газах, подогревгаза осуществляется за счет тепла реакции окисления SO2 в SO3. Еслисодержание SO2 в газе низкое, тепло реакции окисления недостаточно иподогрев газа до температуры контактирования осуществляется путемдобавления к нему топочных газов, получаемых в результате сжиганиягазообразного или жидкого топлива в топке 6. В связи с этим в контактномотделении не устанавливаются теплообменники, а понижение температуры газамежду слоями контактной массы осуществляется путем добавления к газуатмосферного воздуха. Получаемая в контактном аппарате трехокись серыабсорбируется в башне 8. При больших количествах холодной воды целесообразно применять дляпоглощения SO2 из отходящих газов водный метод очистки. Благодаря низкомупарциальному давлению SO2 над водой можно достичь практически полногопоглощения двуокиси cеры водой. Однако на практике водная очистка газов отSO2 не нашла широкого применения из-за большого расхода воды изагрязненности сточных вод. При промывке сернистых газов водными растворами щелочей происходитпоглощение SO2 водой с образованием сернистой кислоты, котораянейтрализуется щелочью с образованием солей сернистой кислоты. Из щелочных методов наиболее перспективны те, которые обеспечиваютпростоту и надежность работы установки, а также получение товарныхпродуктов, используемых в народном хозяйстве. [pic] Рис. 5. Схема очистки выхлопных газов от SO2 известковым способом. Известковый метод. Принципиальная схема установки по очистке отходящихгазов от SO2 известковым способом представлена на рис. 5. По этому способуотходящие газы подвергаются предварительной очистке от механическихпримесей (пыли, сажи) в батарейных циклонах 1, после чего с помощьюгазодувки 2 направляются в скруббер 3, орошаемый известковым молоком. При взаимодействии известкового молока с SO2 протекают реакции SO2 + Н2O = Н2SO3; Са (ОН)2 + SO2 = CaSO3 + 2H2O. По мере циркуляции раствора в нем накапливается соль СаSО3. Когдаконцентрация ее в растворе достигнет 18—20%, раствор периодическизаменяется свежим. Образовавшийся сернистокислый кальций плохо растворим вводе (0,138 г/л), поэтому в системе орошения скрубберов последовательноустанавливается кристаллизатор 5, служащий для выделения кристалловсульфита кальция. Дальнейшее выделение CaSO3 происходит на вакуумфильтре 6.Шлам, состоящий из СаSО3 и CaSO4, образующийся за счет реакции 2СаSO3+O2=2СаSO4,выводится в отвал транспортером 7 и может быть использован для производствастроительных материалов. Известковый метод обеспечивает практически полнуюочистку газов от SO2, но требует значительного расхода извести. Содовый метод. Сущность этого метода заключается в промывке отходящихгазов водными растворами кальцинированной соды. При этом протекают реакции Na2CO3 + SO2 = Na2SO + СО2, Na2SO3 + SO2 + H2O = 2 NaHSO3. Процесс поглощения SO2 содовым раствором осуществляется в аппаратахнасадочного или барботажного типов. Газ проходит последовательно две башни,первая из которых орошается раствором NaHSO3, вторая — раствором Na2SO3.Содовый способ обеспечивает хорошую очистку отходящих газов от SO2 содновременным получением товарной соли NaHSO3 и Na2SO3. Однако он не нашелширокого применения ввиду ограниченного сбыта этих солей. Аммиачный метод. Процесс очистки выхлопных газов от SOg аммиачным методомзаключается в промывке газа аммиачной водой. При этом протекает реакция SO2 + 2NH3 + H2O = (NH4)2SO3; (NH4)2 SO3 + SO2 + H2O = 2 NH4 HSO3. В присутствии кислорода сульфиты окисляются до сульфатов (NH4)2SO3 + Ѕ O2 = (NH4)2SO4; (NH4)HSO3 + Ѕ O2 = NH4HSO4. Так как при взаимодействии сернистого газа с аммиачной водой получаютсяаммиачные соли, используемые как удобрение в сельском хозяйстве, аммиачныйметод очистки газов от SO2 перспективен. Циклические методы. В основе циклических методов лежит способностьдвуокиси серы поглощаться при низких температурах, а затем при повышениитемпературы выделяться в чистом виде. В некоторых случаях для абсорбции SO2используются твердые сорбенты. Циклические методы извлечения двуокиси серыявляются наиболее эффективными и нашли применение в промышленности. Принципиальная схема извлечения и концентрирования SO2 циклическимметодом показана на рис. 6. Охлажденный и очищенный от механическихпримесей газ поступает в абсорберы /, орошаемые поглотителем. Очищенный газвыбрасывается в атмосферу, а поглотительный раствор нагревается втеплообменнике 3[pic]Рис. 6. Схема очистки газов от двуокиси серы циклическим методом. и направляется в отгонную колонну 4, снабженную кипятильником 5. Смесьводяных паров с SO2 поступает в конденсатор 6, а затем в холодильную башню8, орошаемую циркуляционной холодной водой (насыщенной SO2). Водяные парыконденсируются, а чистая двуокись серы извлекается из системы. Растворохлаждают в холодильниках 7 и 9 и собирают в емкости 2. Водный метод. Недостаток этого способа в том, что на регенерацию водырасходуется большое количество электроэнергии. Ввиду малой растворимостиSO2 в воде поглотительная установка является громоздкой. Аммиачный метод. Капитальные затраты на сооружение очистных сооружениймогут быть снижены, если в качестве поглотителя использовать болееабсорбционноемкие поглотители (водный раствор аммиака и др.). Магнезитовый метод. Сущность процесса состоит в поглощении воднойсуспензии окиси магния MgO + SO2 == MgSO3. При нагреве сульфит магния разлагается на MgSO3 (t=0 MgO + SO2 с получением товарного SO2, а окись магния снованаправляется на поглощение. Как и в случае аммиачного способа часть (до10°/о) сульфита магния в растворе окисляется в сульфат 2MgSO3 + O2 = 2MgSO4.Эта часть раствора должна быть компенсирована свежим. В производственныхусловиях рабочий раствор, содержащий MgSO3 и MgSO4 в шламе, непрерывноциркулирует в системе. Магнезитовый способ прост и обеспечивает полную очистку газов от 50г. Приэтом расходуется незначительное количество сырья-магнезита. Однако из-забольших энергетических затрат и громоздкости технологического оборудованияон не получил широкого применения. Цинковый метод. Этот способ очистки газов от SО2 аналогиченмагнезитовому, но в качестве поглотителя используется суспензия окиси цинка Отличительной особенностью цинкового способа является то, что на очисткуможно подавать газы при высокой температуре (200—250°С). Газ должен бытьпредварительно очищен от пыли. Комбинированные методы. Комбинированные методы не позволяют возвращать всистему поглотительный раствор для повторного использования. Выделениедвуокиси серы здесь происходит с попутным получением других побочныхпродуктов. Аммиачно-сернокислотный метод. При поглощении двуокиси серы аммиачнойводой образуются сернистокислые соли, которые под действием серной кислотыразлагаются с получением 100%-ного SO2 и сульфата аммония 2NН4НSОз+ Н3SO4 = (NН4)2SO4 + 2SO2 + 2H2O; (NH4)2 SО3 + Н2SО4 = (NН4)2SO4 + SO2 + Н2O. Из перечисленных методов наиболее простыми и выгодными являются методыпрямой нейтрализации и окисления. На втором месте стоят комбинированныеметоды. Из циклических методов наиболее перспективными являются аммиачный иксилидиновый. Недостаток всех перечисленных методов — их громоздкость и большиекапитальные затраты. Стоимость очистки выхлопных газов с малойконцентрацией SO2 может быть значительно снижена, если применитьэффективное оборудование и получать продукт, пользующийся большим спросом внародном хозяйстве. Полые распылительные абсорберы при меньшей стоимости именьшем гидравлическом сопротивлении в 3—4 раза превосходят поэффективности аппараты насадочного типа; полые башни проще в изготовлении,имеют меньший вес и не засоряются в процессе эксплуатации. Применяемый дляпоглощения двуокиси серы водный раствор сульфита аммония отличается большойхимической емкостью. При очистке газов от SO2 указанным методом получаетсяценное удобрение для сельского хозяйства — сульфат аммония. ОЧИСТКА ГАЗОВ ОТ СЕРОВОДОРОДА Сероводород в большинстве случаев является ядом для катализаторов и живыхорганизмов. Тщательная очистка газов от сероводорода необходима впроизводстве синтетического аммиака, син-тетических спиртов, пригидрогенизации жиров, в производстве газов бытового и, применяемого вметаллургической промышленности и т. д. Современные методы очистки промышленных газов от сероводородаподразделяются, в соответствии с агрегатным состоянием поглотителя, насухие и мокрые способы. В качестве сухих поглотителей в промышленностиширокое распространение получили гидрат окиси железа и активированныйуголь, а в отдельных случаях марганцевые руды. Мокрые способы очистки газов от сероводорода (H2S) подразделяются наокислительные, круговые и комбинированные. При окислительных процессахприменяют поглотители, окисляющие сероводород до элементарной серы. Вкомбинированных процессах очистки в качестве поглотителя применяется обычнораствор аммиака, образующий вместе с сероводородом, при его каталитическомокислении, сульфат аммония. В круговых процессах применяют слабые щелочи, скоторыми сероводород связывается в сульфиды, а затем отгоняется отпоглотительного раствора в неизменном виде. Очистка газа от сероводорода гидратом окиси железа. Сущность этого методазаключается в том, что газ пропускают через твердую сыпучую массу,содержащую Fе(ОН)3. При этом сероводород вступает в реакцию с Fе(ОН)3,образуя Fе2S3 и FеS. Одновременно в газ подается небольшое количество воздуха с тем, чтобысодержание кислорода в нем не превышало 1%, который окисляет серу,содержащуюся в Fe2S3 и FеS и образует снова гидрат окиси железа. Очистка газа от сероводорода активированным углем состоит в том, что газпропускается через слои активированного угля с добавкой к газу кислорода инекоторого количества аммиака, служащего катализатором. При этом наповерхности угля протекает реакция между сероводородом и кислородом собразованием элементарной серы 2Н2S + О2 = 2S + 2 Н2О + 106 ккал.Степень очистки газа достигает 85—90%, что удовлетворяет требованиямпоследующих технологических стадий переработки газа. Мокрая очистка газа от сероводорода. В процессе мокрой очистки газпромывается соответствующим поглотителем, абсорбирующим сероводород. Вдальнейшем поглотитель подвергается регенерации с выделением элементарнойсеры или сероводорода. В зависимости от типа применяемых поглотителейразличают следующие методы мокрой очистки: железощелочной,мышьяковощелочной, никелевый, железоцианидный, этаноламиновый и ряд других.Мышьяковощелочной метод очистки газа от сероводорода применяется в двухвариантах: мышьяковосодовом и мышьяково-аммиачном Технологические схемы и аппаратура мышьяковосодового имышьяковоаммиачного способов одинаковы, поэтому одна и та же установкаможет работать без существенных изменений как по одному, так и по другомуспособу. Железоцианидные способы основаны на окислении Н2S суспензией комплексныхсоединений железоцианидов в аммиачном растворе. Технологическая схемапроцесса, аппаратура поглощения Н2S и регенерации раствора аналогичныпроцессам и аппаратам мышьяковощелочных способов очистки газов от Н2S вкоторых содержится NН3. Никелевый способ по технологической схеме и устройству аппаратуры близокк железощелочным методам. В качестве поглотителя применяется 2%-ный растворкальцинированной соды с добавкой NiSO4, который служит катализатором дляокисления сероводорода в элементарную серу. Никелевый способ применим для очистки газов, не содержащих HCN (нефтяные,генераторные и водяные газы), с которой NiSO4 дает устойчивые нерегенерируемые соединения. Степень извлечения сероводорода из газов этимспособом достигает-—95%, выход элементарной серы — 85%. Круговые способы очистки газа от Н2S. Отличительной особенностью круговыхспособов очистки газа от Н2S является выделение сероводорода из поглотителяв концентрированном виде с целью его дальнейшей переработки в серу илисерную кислоту. В качестве поглотителя чаще всего применяетсямоноэтаноламин, который кроме сероводорода поглощает также углекислый газ. Щелочные (карбонатные способы). Этот метод нашел применение в ряде странввиду сравнительной дешевизны процесса и низкой стоимости получаемой серы.При регенерации сероводород выделяется в виде концентрированного газа Этот концентрированный газ можно использовать для получения сернойкислоты путем сжигания сероводорода. Возможно также использование его дляполучения элементарной серы путем каталитического окисления. Поглотителемслужат разбавленные водные растворы Nа2СОз (30 г/л) или К2СОз. Усовершенствованием процесса явился вакуум-содовый метод стерморегенерацией поглотительного раствора. В последнее время применяетсявакуум-поташный метод, технологическая схема которого и аппаратурноеоформление аналогичны вакуум-содовому. По степени очистки газа и простоте лучшим является этаноламиновый способ,при котором достижима очистка газа до следов сероводорода. В условияхатмосферного давления мышьяково-со-довый способ (2 ступенчатый)обеспечивает степень очистки газа от H2S 92—98%; при содовом и поташномспособах степень очистки достигает 90%. Под давлением степень очистки впоследних двух способах повышается. Интенсификация очистки коксового газа от сероводорода мышьяковосодовымраствором в ротационных аппаратах. С целью интенсификации процессовабсорбции сероводорода и регенерации мышьяковосодовоге раствора этипроцессы исследовались в горизонтальных механических абсорберах с большимчислом оборотов. Опыты проводились на установке с использованиемпромышленного коксового газа, предназначенного для синтеза аммиака. Горизонтальный механический абсорбер (рис. 1) имел осевой вал сзакрепленными на нем 4 дисками с 12 отогнутыми лопатками на каждом диске.Вал абсорбера непосредственно соединен с валом мотора, число оборотовкоторого регулировалось с помощью реостата. Конструкция дисков играет важную роль в создании оптимальногогидродинамического режима. Лучшими оказались диски с лопатками,развернутыми навстречу друг другу; Диски перфорированы отверстиями диаметром 8 мм; общая площадь отверстий15—18% ко всей площади диска. Из сопоставления производительности реакционных объемов насадочных башени ротационных аппаратов при равных условиях можно заключить, что приочистке газов от H2S ротационные аппараты работают интенсивнее насадочныхбашен в 12— 15 раз. Очистка коксового газа от сероводорода раствором соды в равнопроточныхполых башнях. Исследования очистки коксового газа от сероводорода растворомсоды проведены на установке, смонтированной на Днепродзержинскомметаллургическом заводе (рис. 18). Коксовый газ, очищенный от сероводорода,предназначался для обогрева безокислительной опытной методической печи 17.Установка обеспечила длительную и непрерывную очистку газа от сероводорода. Основным аппаратом установки является полая равнопроточная распылительнаябашня 9 с объемным центробежным распылителем, приводимым во вращениеэлектродвигателем 12. [pic] Рис. 18. Очистка газа от сероводорода в полой башне. Газ на очистку поступал из газохода 3 через вентиль 2 в башню 9. Расходгаза контролировался диафрагмой /. Поглотительный раствор поступал в башнюиз банка 4 через вентиль 6 и ротаметр 5. Температура и давление в башнеконтролировалось термометром 11 и манометром 10. Очищенный газ отводилсячерез газоход 13 в смеситель 16, куда поступал также и воздух; далеегазовая смесь поступала в печь 17. Отработанный раствор из башни 9 поступалв сборник 8 и насосом 7 подавался на рециркуляцию. Поглощение сероводорода из газов раствором цианамида кальция с получениемтиомочевины. Донецким институтом ИРЕА совместно с Днепропетровским химико-технологическим институтом проведены исследования по очистке газов отсероводорода раствором СаСN2 с получением тиомочевины. Абсорбция газов раствором цианамида кальция протекает с большойскоростью. Степень поглощения сероводорода из коксового газа в механическомабсорбере достигала 98—99%. При этом в растворе образовывалась тиомочевина, которая отделялась отСа(Н8)г на фильтре и после кристаллизации представляла собой стандартныйпродукт. Очистка газов от сероводорода с получением сульфида аммония. Водныйраствор аммиака является хорошим поглотителем сероводорода. ВзаимодействиеNНз и Н2S протекает по уравнениям NН3 + Н2S = NH4HS; 2 NН3 + Н2S = (NН4)2S. Однако этот метод до сих пор не нашел практического применения вследствиесложности и дороговизны регенерации сульфидных соединений аммония свозвратом аммиака в процесс. Устранение дорогостоящей и сложной операции (регенерации раствора свозвратом аммиака в процесс) делает этот метод экономически рентабельным. Указанный метод обеспечивает полную очистку газа от сероводорода содновременным получением сульфида аммония. Очистка коксового газа от сероводорода и других примесей торфоаммиачнымпоглотителем. Основными недостатками существующих методов очистки коксовогогаза является многостадийность процесса, громоздкость аппаратуры, большиекапитальные и эксплуатационные затраты. С целью устранения этих недостатковисследован процесс очистки коксового газа с помощью торфощелочного сорбентав непрерывно действующем аппарате с кипящим слоем. Отличительнойособенностью этого метода является его непрерывность, одностадийность,компактность и попутное получение дешевых органоминеральных удобрений. ОЧИСТКА ГАЗОВ ОТ СО2 В настоящее время в промышленной практике применяются в основном триметода очистки газа от СО2: водная, щелочная (NаОН или Nа2СОз) имоноэтаноламиновая. Очистка газа водой осуществляется под давлением 12—30 атм и при этомстепень очистки не превышает 80%. Метод требует больших расходовэлектроэнергии. Очистка газа щелочью является дорогостоящей операцией ипоэтому применяется лишь для поглощения малых концентраций СО2. Наиболеесовершенной является моноэтаноламиновая очистка, которая находит все болееширокое применение. Исследовали следующие методы: поглощение СО2 водноаммиачным раствором содновременным полученим углеаммонийных солей; поглощение СО2 суспензиейСаSO4 в аммиачной воде с одновременным получением сульфата аммония;поглощение СО2 раствором гидросульфида кальция с выделением в газовую фазусероводорода; интенсификация процесса очистки газа от СО2 раствороммоноэтаноламина в ротационных аппаратах, совместное поглощение СO2, Н2 идругих кислых компонентов из коксового газа торфоаммиачным поглотителем ваппаратах с кипящим слоем. В первых двух случаях продукты очистки —углеаммонийные соли и сульфат аммония — являются удобрениями для сельскогохозяйства. Третий метод является одной из стадий процесса синтезатиомочевины. В последнем методе получается комбинированноеорганоминеральное удобрение. Комбинирование процесса очистки газов от СО2 с получением углеаммонийныхсолей. В настоящее время назрела необходимость в рационализации метода очисткисинтез-газа от СО2. Сущность предлагаемого метода заключается вкомбинировании процессов очистки азотоводородной смеси от СО2 с получениемуглеаммонийных солей. В этом случае поглощение СO2 из газа осуществляетсяводным раствором аммиака (или совместное поглощение NНз и СО2 водой) докомпрессии газа. По этому методу около 50% аммиака, производимого в системе, связывается суглекислотой, образуя углеаммонийные соли, а оставшиеся 50% NНзиспользуются в качестве жидкого удобрения (в виде чистого аммиака или еговодного раствора). Таким образом, получается короткая схема производствасвязанного азота. Еще более рационально совместить процесс синтеза аммиакас очисткой газа от СО2 и с производством мочевины. В этом случае всяпродукция может быть получена в виде мочевино-углеаммонийных удобрений. Поглощение СО2 водноаммиачной суспензией гипса с получением сульфатааммония. Одним из рациональных методов очистки азотоводородной смеси от СО2является совмещение этого процесса с конверсией СаSO4 в сульфат аммония.Перспективность этого метода в том, что наряду с улавливанием СО2 из газавырабатывается ценное удобрение без затрат на него дефицитной сернойкислоты. Так как конверсия гипса и абсорбция СО2 в обычных условиях протекаетмедленно, то для интенсификации этих процессов применены горизонтальныеаппараты ротационного типа, в которых обеспечивалось интенсивноеперемешивание газовой и жидкой фаз. По своей конструкции эти аппаратыаналогичны механическим абсорберам с большим числом оборотов. При осуществлении этого процесса в условиях высокотурбулентного режимапри 30—35° С и атмосферном давлении можно осуществить практически полноепоглощение СO2 из газа. Абсорбция СО2 раствором гидросульфида кальция в условияхвысокотурбулентного режима. В некоторых производствах (синтез тиомочевины идр.) в качестве побочного продукта (или отхода производства) получаетсягидросульфид кальция, который может быть использован, как эффективныйпоглотитель углекислого газа с одновременным выделением в газовую фазусероводорода Са (НS)2 + СО2 + Н2О = СаСОз + 2Н2S. Полученный таким образом сероводород может быть использован для получениятиомочевины, серной кислоты, элементарной серы и других ценных продуктов. Интенсификация абсорбции СО2 раствором моноэтаноламина в механическихабсорберах. Поглощение СО2 из газов моноэтаноламином нашло широкоеприменение в технике. Этим путем осуществляется получение чистого СО2, илиочистка технологических газов от СO2, или сочетание того и другого. С целью интенсификации процесса абсорбции СО2 раствором моноэтаноламинанасадочные аппараты заменялись горизонтальными механическими абсорберами сбольшим числом оборотов. В условиях высокотурбулентного режима, создаваемого в механическихабсорберах, скорость абсорбции CO2 раствором моноэтаноламина резковозрастает. Совмещение процесса очистки азотоводородной смеси от СО2 с получениемаммиачной селитры. Помимо непосредственного получения и примененияуглеаммонийных солей процесс очистки азотоводородной смеси от СО2 можетбыть совмещен с получением аммиачной селитры и чистого CO2. Образование аммиачной селитры протекает при взаимодействии углеаммонийныхсолей с азотной кислотой по уравнениям NH4НСО3 + НNОз = NH4NO3 + Н2О + СО2; (NH4)2 СОз + 2 HNO3 = 2 NH4 NO3 + 2H2O + СО2.Выделяющаяся по этой реакции углекислота может быть применена для синтезамочевины и других технологических целей, а аммиачная селитра — в видежидких удобрений, или в виде твердой соли после выпарки и грануляции. Помимо указанных здесь методов разработан способ комплексной очисткикоксового газа от H2S, СО2 и других кислых компонентов торфощелочнымпоглотителем в аппаратах с кипящим слоем. Этот процесс осуществляетсянепрерывно и одностадийно в одном аппарате. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Ганз С.Н., Кузнецов И.Е. Очистка промышленных газов. Киев, 19672. Очистка промышленных газов и вопросы воздухораспределения. Сборник статей. Л.,19693. Очистка промышленных выбросов и утилизация отходов. Сборник научных трудов. Л.,1985

смотреть на рефераты похожие на "Очистка газообразных промышленных выбросов"

⇐ Предыдущая 6 7 8 91011 12 13 14 15 Следующая ⇒

Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.su - 2024 год. Все права принадлежат их авторам!