Адсорбционные методы защиты атмосферы

Адсорбционную очистку газов проводят в аппаратах адсорберах с неподвижным, движущимся и псевдосжиженным слоем сорбента в установках периодического и непрерывного действия. Наиболее часто этот метод применяют при регенерации органических растворителей.

Существуют следующие виды сорбентов:

а) неполярные твердые вещества, на поверхности которых происходит в основном физическая адсорбция;

б) полярные твердые вещества, на поверхности которых происходит химическая адсорбция без изменения структуры молекул газа и поверхности адсорбента;

в) вещества, на поверхности которых протекает чисто химическая адсорбция, при чем десорбция молекул газа возможна только в результате химической или каталитической реакции.

Из неполярных адсорбентов самый распространенный - активированный уголь, а также часто используют синтетические минеральные силикогели и алюмогели. В качестве полярных адсорбентов применяют хемосорбенты на основе оксидов железа, меди и цинка, которые обеспечивают проектную степень очистки даже от технологических газов.

Например, при адсорбции газов, содержащих SO2, применяют как активированные угли, так и полукоксы, активированный силикогель, карбонат кальция, активированный MnO2.

Адсорбционные методы с использованием активных углей и цеолитов Наиболее часто применяют для улавливания органических соединений. Обе группы методов могут быть циклическими и нециклическими. В первых отработанный жидкий или твердый сорбент регенерируют нагреванием, понижением давления, продувкой инертным газом или воздухом, отпаркой водяным паром, а также хим. способами; продукты десорбции перерабатывают или выбрасывают. Если восстановить поглотительную способность сорбента полностью не удается, нерегенерируемые соед. выводят из системы и добавляют соответствующее количество свежего сорбента. В нециклич. методах отработанный сорбент целиком заменяют.

Очистка от SO2. Применяется в основном для выделения примесей из дымовых газов, образующихся при сжигании сернистых топлив, и отходящих газов переработки серосодержащего сырья. Наиб. распространены абсорбц. методы (сост = 0,01-0,03%). Основное количество поглощенного SO2 связывается в сульфиты или гидросульфиты, а часть, вследствие присут. в очищаемых газах О2, окисляется в сульфаты. Последние регенерируют с выделением абсорбента и SO2 либо выделяют как побочные продукты.

В аммиачных методах SO2 абсорбируют при 35-55°С водным раствором сульфит-гидросульфита аммония (NH4)2SO3*NH4HSO3 с образованием NH4HSO3. В аммиачно-циклическом методе в результате отпарки абсорбента при 85-90°С под вакуумом (40-50 кПа) NH4HSO3 разлагается с выделением SO2, который может быть переработан в S или H2SO4. В аммиачно-гидросульфатном методе при взаимодействии так называемого отработанного раствора (полученного в результате поглощения SO2 водным раствором NH3) с рециркулирующим NH4HSO4 выделяются SO2 и (NH4)2SO4, который при 350-400°С разлагается на NH4HSO4 и NH3, возвращаемые в цикл; сульфат, образовавшийся при абсорбции, регенерируют добавкой S.

Магнезитовый метод предусматривает поглощение SO2 водной суспензией MgO при 45-65 °С с образованием кристаллогидратов MgSO3 и небольшого количества MgSO4. Их обжигают при 900-1000 °С с образованием MgO и газов, содержащих 10-12% SO2, которые используют для получения H2SO4. По содово-циклическому методу SO2 абсорбируют водным раствором Na2SO3 при 45-65 °С с образованием NaHSO3. Отработанный раствор отпаривают при 100°С с выделением кристаллов Na2SO3 и SO2. Образовавшийся Na2SO4 выделяют предварит, упаркой отработанного раствора.

Известняковый (известковый) метод основан на поглощении SO2 суспензией СаСО3 или Са(ОН)2 с образованием CaSO3*0,5H2O и CaSO4*2H2O, которые идут в отвал либо м. б. переработаны в товарный гипс. В варианте с осуществлением процесса по типу распылительной сушки при температуре газа более 150°С влага суспензии испаряется, и сухой продукт реакции улавливается в рукавном фильтре или электрофильтре.

В аммиачно-кислотном методе отработанный р-р разлагается H2SO4, HNO3 или Н3РО4 с образованием SO2 и соотв. (NH4)2SO4, NH4NO3 или (NH4)3PO4. Очистка по содовому методу проводится водным р-ром Na2CO3 при 35-40 °С с образованием Na2SO3 и NaHSO3, используемых как товарные продукты. В кислотно-каталитич. методе SO2 поглощается разб. H2SO4 в присут. МnО2 или FeSO4; продукт очистки - 10-12%-ная H2SO4, к-рая при смешении с известью (известняком) перерабатывается в гипс.

Адсорбц. методы очистки с применением главным образом активных углей основаны на окислении SO2 в SO3 с послед. образованием H2SO4. Уголь регенерируют отмывкой водой с получением 10-12%-ной H2SO4. По др. методу регенерация осуществляется нагреванием угля до 600 °С твердым теплоносителем (песком) с разложением H2SO4; при этом часть угля расходуется на восстановление SO3 в SO2, а из газов, содержащих 30% SO2 (остальное - СО2 и Н2О), в присут. СН4 получается S.

Очистка от H2S. Преимущественно подвергают горючие газы (природные, нефтепереработки, генераторный, коксовый, которые содержат также СО2 и сераорг. соединения) и отходящие газы (напр., вентиляционный воздух в производстве вискозы, содержащий H2S, хвостовые газы в производстве S, в состав которых наряду с H2S входит SO2).

Очищаемый газ проходит адсорбер со скоростью 0,05–0,3 м/с. После очистки адсорбер переключается на регенерацию. Адсорбционная установка, состоящая из нескольких реакторов, работает в целом непрерывно, так как одновременно одни реакторы находятся на стадии очистки, а другие — на стадиях регенерации, охлаждения и др. (рис. 3).

Регенерацию проводят нагреванием, например выжиганием органических веществ, пропусканием острого или перегретого пара, воздуха, инертного газа (азота). Иногда адсорбент, потерявший активность (экранированный пылью, смолой), полностью заменяют.

Рис. 3. Схема адсорбционной газоочистной установки:

1 — фильтр; 2, 3 — адсорберы; 4 — конденсатор; 5 — сепаратор; І — очищаемый газ; ІІ — очищенный газ; ІІІ — водяной пар; IV — неконденсируе.уые пары; V — сконденсированный адсорбтив в хранилище; VI — водный конденсат

Общие достоинства адсорбционных методов очистки газов:

1) глубокая очистка газов от токсичных примесей;

2) сравнительная легкость регенерации этих примесей с превращением их в товарный продукт или возвратом в производство; таким образом осуществляется принцип безотходной технологии.

Адсорбционный метод особенно рационален для удаления токсических примесей (органических соединений, паров ртути и др.), содержащихся в малых концентрациях, т. е. как завершающий этап санитарной очистки отходящих газов.

Недостатки большинства адсорбционных установок — периодичность процесса и связанная с этим малая интенсивность реакторов, высокая стоимость периодической регенерации адсорбентов. Применение непрерывных способов очистки в движущемся и кипящем слое адсорбента частично устраняет эти недостатки, но требует высокопрочных промышленных сорбентов, разработка которых для большинства процессов еще не завершена.

 Скачать реферат