1.1. Адсорбционные методы

Адсорбционные методы - одни из самых распространенных средств защиты воздушного бассейна от загрязнений. Область применения современных адсорбентов в процессах очистки газов очень широка [7-10].

Основными промышленными адсорбентами являются активированные угли, сложные оксиды и импрегнированные сорбенты.

Активированный уголь (АУ) нейтрален как к полярным, так и к неполярным молекулам адсорбируемых соединений. Активированные угли обладают меньшей селективностью, чем другие адсорбенты и являются одними из немногих, пригодных для работы во влажных газовых потоках.

Оксидные адсорбенты (ОА) обладают более высокой селективностью по отношению к полярным молекулам в силу собственного неоднородного распределения электрического потенциала. Их недостаток - снижение эффективности в присутствии влаги. К классу ОА относят селикагели, синтетические цеолиты, оксид алюминия. Даже синтетические цеолиты, приготовленные с заданными размерами пор, не позволяют преодолеть предпочтительность адсорбции полярных молекул, Вследствие этого при наличии паров воды эти цеолиты не

поглощают те молекулы, размеры которых соответствуют их пористой структуре.

Импрегнированные адсорбенты(ИА) делят на три группы:

1. ИА с пропиткой, представляющий химический реагент, который позволяет превращать за счет химической реакции трудноадсорбируемое соединение в легкоадсорбируемое;

2. ИА, в которых пропитка играет роль катализатора разложения удаляемых примесей (эту роль могут играть введенные в АУ кислородсодержалдае соединения, окисляющие примеси в бескислородных или малокислородных газах). В качестве примера можно привести окисление NО в NО₂;

3. ИА с периодически действующей в качестве катализатора пропиткой (в этом случае активацию проводят, например, путем периодического повышения температуры после завершения цикла адсорбции примесей).

Адсорбция молекул газообразного вещества на поверхности твердого адсорбента сопровождается выделением тепла, количество которого зависит от природы образующихся связей между молекулами адсорбируемого вещества и адсорбента. Различают физическую и химическую адсорбцию (хемосорбцию). В последнем случае теплота адсорбции значительно выше, чем в первом, что создает дополнительные проблемы перегрева адсорбента в ходе очистки газов и усложняет аппаратурное оформление процесса.

Для десорбции примесей применяют нагревание адсорбента, вакуумирование, продувку инертным газом, вытеснение примесей более легко адсорбирующимся веществом, например водяным паром [10]. В последнее время особое внимание уделяется десорбции примесей путем вакуумирования. При вакуумировании системы и непрямом нагреве удается утилизировать выделяющиеся примеси.

Для проведения процессов адсорбции разработаны различные технологии [9-12, 15, 16]. Наибольшее распространение имеют адсорберы с неподвижным слоем гранулированного или сотового адсорбента. Процессы непрерывного осуществления адсорбции с регенерацией адсорбента в отдельных аппаратах позволяют создавать системы с движущимся зернистым слоем адсорбента, через который непрерывно фильтруется газовая смесь. Адсорберы могут быть одно - или многосекционными. В каждой из секций зернистый слой адсорбента находится в псевдоожиженном состоянии. Многосекционные аппараты в зависимости от размеров отверстий в опорных решетках могут быть реализованы в различном виде. В случае мелких отверстий в решетках перетекание адсорбента из одной секции в другую возможно только в фиксированных местах, и твердые частицы могут находиться на каждой ступени достаточно длительное время. При увеличении размеров отверстий в опорной решетке частицы адсорбента могут "проваливаться" на следующую ступень, и тем самым реализуется противоток газа и сорбента. Наиболее подробно теория адсорбции в кипящих слоях рассмотрена в работах.

Отдельно можно выделить адсорберы с «текущим»адсорбентом. В зависимости от мест ввода и вывода частиц возможна организация "течения" адсорбента по различным линиям движения. Достаточно распространены также адсорберы с движущимся плотным слоем адсорбента.

Активно развивающиеся работы по адсорбционному улавливанию оксидов азота из отходящих газов в целом носят пока исследовательский характер. В качестве адсорбентов используют активированный уголь, кокс, сложные сорбенты на основе щелочных (щелочноземельных) металлов на носителях - оксидах алюминия, кремния, магния, полимерные сорбенты на основе стирола, дивинилбензола и трибутилфосфата. Развитие сорбционных процессов улавливания НО_Хможет дать возможность получать концентрированные оксиды азота из дымовых и технологических газов с последующим получением полезных продуктов. Однако применительно к дымовым газам данные о промышленном применении сорбционных способов в настоящее время практически неизвестны.

Для денитрации отходящих газов производства азотной кислоты имеются сообщения, что метод очистки от NО_Хс применением молекулярных сит осуществлен в промышленном масштабе на азотно-кислотной установке производительностью 120 тНNО₃в сутки.

Американской фирмой «Юнион Карбайд»разработан процесс очистки отходящих газов от оксидов азота на молекулярных ситах, получивший название«Пуре Сив»[23]. Очищаемые отходящие газы содержат 3500 см³/м³NО_Х, 6000 см³/м³паров воды, 3 %О₂. Процесс каталитического окисленияNОвNO₂осуществляется на молекулярных ситах при 10 ата с последующей адсорбциейNО₂. Система состоит из двух слоев адсорбента: один - адсорбирует, другой - регенерируется. Процесс позволяет снизитьNО_Хв отходящих газах до концентрации 10 см³/м³и увеличить выходНNО₃на 2,5 %.

Адсорбционная способность молекулярных сит сохраняется достаточно долго, а как катализатор окисления они служат более двух лет.