2.2 Методы очистки и обезвреживания отходящих газов

Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха являются промышленные предприятия, транспорт, тепловые электростанции, животноводческие комплексы.

Каждый из этих источников связан с выделением большого количества специфических, токсичых веществ, иногда не поддающихся сразу идентификации, хотя номенклатура много тонаных загрязнений сравнительно мала.

Например, предприятия горной металлургии выбрасывают газы содержащие пыль, оксиды серы и металлов. На 1 т. выплавленного чугуна выбрасывается 4,5 кг пыли, 2,7 кг , 0,1 – 0,5 кг Mn, а также соединения As, P, Sb, Pb, Hg, редких металлов, смолистых веществ. Обогатительные фабрики выбрасывают пыль и диоксид серы. Мартеновские цеха выделяют большое количество пыли. На 1 т мартеновской стали выделяется 3000 – 4000 газов с концентрацией пыли 0,5 , 60 кг СО и 3 кг . Из тонны пыли поступающей в атмосферу при плавке медных руд можно улавливать до 100кг меди и немногим меньшим свинца и цинка. Как правило выбросы металлургических предприятий характеризуются высокой температурой, достигающей 800 С и более.

Предприятия химической и электронной промышленности выбрасывают пыль содержащие органические и неорганические вещества и газы и другие.

Воздушные выбросы нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности содержат углеводороды, сероводород и дурнопахнущие газы. Заводы промышленности строительных материалов выбрасывают в воздух пыль, фториды, диоксиды серы и азота. Выхлопные газы автомобилей содержат примерно 200 веществ, в том числе канцерогены, углеводороды и тетраэтилсвинец. Тепловые электростанции выделяют в атмосферу газы содержащие оксиды серы и азота, углеводороды, золу и металлы. С отходящими газами в атмосферу поступают твердые, жидкие, паро – и газообразные неорганические и органические вещества.

Отходящие газы промышленности - это двухфазные системы. Сплошная среда – газы, а дисперсная – твердые частицы или капельки жидкости. Такие аэродисперсные системы называют аэрозолями, которые разделяют на пыли, дымы и туманы. Пыли содержат твердые частицы размером от 5 до 50 мкм, дымы от 0,1 до 5 мкм, а туманы состоят из капелек жидкости размером от 0,3 до 5 мкм и образуются в результате конденсации паров при распылении жидкости в газе.

Для снижения загрязнения атмосферы от промышленных выбросов совершенствуют технологические процессы, осуществляют герметизацию технологического оборудования, применяют пневмотранспорт, строят различные очистные сооружения.

Рассмотрим классификацию методов и аппаратов для обезвреживания газовых выбросов от различных примесей. Как каждая классификация данная классификация является приближенной. Под очисткой газа понимают отделение от газа или превращение в безвредное состояние загрязняющих веществ, поступающих из промышленных источников.

Различают организованные и неорганизованные выбросы газов. Организованный выброс – это выброс газа, прошедшего очистку через воздуховоды предприятия, а неорганизованный выброс – это выброс в атмосферу газа не прошедшего очистку через неплотности воздуховода.

Газообразные отходы очищают:

1. от пыли

2. от туманов и брызг

3. от газовых примесей

4. от парообразных примесей

Рассмотрим основные методы очистки и применение оборудования.

Сухие методы очистки.

Оборудование: пылеосадительные камеры, пылеуловители инерционные, динамические и вихревые; циклоны; фильтры волокнистые, тканевые, зернистые и механические.

Мокрые методы очистки.

Оборудование: газопромыватели – полые, насадочные, тарельчатые, ударно – инерционного действия, центробежные, механические и скоростные.

Электрические методы очистки.

Оборудование: сухие электрофильтры, мокрые электрофильтры, фильтры, туманоуловители, сеточные брызгоуловители.

Абсорбционные методы очистки.

Оборудование: абсорберы тарельчатые, насадочные, распыливающие.

Адсорбционные методы очистки.

Оборудование: адсорберы с неподвижным, движущимся и псевдоожиженным слоем.

Термические методы очистки.

Оборудование: печи, горелки.

Для обезвреживания аэрозолей (пылей, туманов) используют сухие, мокрые, и электрические методы. Аппараты отличаются друг от друга как по конструкции, так и по принципу осаждения взвешенных частиц. Например, в основе сухих аппаратов лежат гравитационные, инерционные и центробежные механизмы осаждения и фильтрации. В мокрых пылеуловителях осуществляется контакт запыленных газов с жидкостью. При этом осаждение происходит на поверхности газовых пузырей, на капле или на пленке жидкости. В электрофильтрах отделение заряженных частиц происходит на осадительных электродах. Выбор метода и аппарата для улавливания пыли в первую очередь зависит от их дисперсионного состава (табл.2)

Таблица 2. Применяемые аппараты и размеры улавливаемых частиц

Размер частиц, мкм	Аппараты
40 – 1000	Пылеосадительные камеры
20 – 1000	Циклоны диаметром 1 – 2 м
5 – 1000	Циклоны диаметром 1 м
20 – 100	Скрубберы
0,9 – 100	Тканевые фильтры
0,05 – 100	Волокнистые фильтры
0,01 – 10	Электрофильтры

Для обезвреживания отходящих газов от газообразных и парообразных токсичных веществ применяют следующие методы абсорбции (физической и хемосорбции), адсорбции каталитические, термические, конденсации и компремирования.

Абсорбционные методы очистки подразделяются по следующим принципам:

1. по абсорбируемому компоненту

2. по типу применяемого абсорбента

3. по характеру процесса – с циркуляцией и без циркуляции газа

4. по использованию абсорбента – с регенерацией и возвращением и возвращением его в технологический цикл и без регенерации

5. по использованию улавливаемых компонентов с регенерацией и без регенерации

6. по типу рекуперируемого продукта

7. по организации процесса – периодические и непрерывные

8. по конструктивным типам абсорбционной аппаратуры.

Для физической абсорбции, как правило, применяют воду, органические растворители, не вступающее в реакцию с газом. При хемосорбции используют водные растворы солей, щелочей, органические вещества и водные суспензии различных веществ. Выбор метода очистки зависит от многих факторов: концентрация извлекаемого компонента; объем, температура газа; содержание примесей; наличие хемосорбентов; возможность использования продуктов рекуперации; требуемая степень очистки. Выбор метода и аппарата проводят на основе результатов и требуемой степени очистки технико – экономических расчетов. Адсорбционные методы очистки используют для удаления газообразных и парообразных примесей. Методы основаны на поглощении вредных примесей пористыми телами – адсорбентами. Процесс проводят в периодических и непрерывных адсорберах. Достоинство метода – высокая степень очистки, а недостаток – невозможность очистки запыленных газов.

Каталитические методы основаны на химических превращениях токсичных компонентов в нетоксичные на поверхности твердых катализаторов. Очистке подвергаются газы не содержащие пыли и катализаторные яды. Эти методы используются для очистки газов от оксидов азота, серы, углерода и от органических примесей.

В основе метода конденсации лежит явление уменьшения давления насыщенного пара растворителя при понижении температуры. Смесь паров растворителя с воздухом предварительно охлаждают в теплообменнике, а затем конденсируют.

Достоинством метода является простота аппаратурного оформления и эксплуатации рекуперационной установки. Однако, проведение процесса очистки паровоздушных смесей сильно осложнено, так как в ряде случаев содержание паров летучих растворителей превышает нижний предел их взрываемости. К недостаткам метода относятся высокие расходы холодильного агента, электроэнергии и низкий процент конденсации паров (70 – 90 %). Метод конденсации рентабелен лишь при содержании паров растворителя более 100 г/м?, что существенно ограничивает область применения таких установок.

В основе метод компримирования лежат на те же явления, что и в методе конденсации, но он более сложен в аппаратном оформлении, так как в схеме улавливания паров растворителя необходим компримирующий агрегат. Кроме того в этом методе присутствуют все недостатки присущие методу конденсации.

Термические методы (методы прямого сжигания) применяют для обезвреживания газов от легковоспламеняющихся или легковоспламеняемых токсичных и дурнопахнущих газов. Сжигание производят в топках печей или факельных установках. Преимуществом является простота аппаратуры, универсальность использования. Недостаток – дополнительный расход топлива при сжигании низко концентрированных газов, а также необходимость дополнительной адсорбционной или абсорбционной очистки газов после сжигания. К сожалению необходимо отметить, что сложный химический состав выбросов, а также высокие концентрации токсичных компонентов заранее предопределяет многоступенчатые схемы очистки, представляющие комбинацию различных методов, которая должна быть представлена определенной технологической схемой процесса очистки.