7. Рекуперация пылей

В зависимости от способа улавливания (сухие и мокрые), приро- ды, количества, свойств, концентрации компонента, его токсичности, стоимости, возможности последующей переработки существуют мето- ды рекуперации, ликвидации и изоляции промышленных пылей.

Возможные пути использования пылей:

• использование в качестве целевых продуктов;

• возврат в производство, в технологии которого образуется дан- ный вид пыли;

• переработка пыли в другом производстве с получением товар- ных продуктов;

• утилизация в строительных целях;

• сельскохозяйственное использование.

Первый способ относится к производствам, где целевой продукт получают в виде тонкодисперсного материала (производство сажи).

В целом ряде производств, сопровождающихся пылеобразовани- ем продуктов на отдельных стадиях, используют различные рекупера- ционные схемы. Так, при производстве аммиачной селитры на стадиях охлаждения высушенного продукта и сушки готового продукта обра- зуются пылевоздушные смеси с большим содержанием этих веществ. Для их улавливания и очистки воздуха перед его выбросом в атмосфе- ру используют аппараты мокрого поглощения, орошаемые водными

растворами извлекаемых компонентов, циркулирующими в системе очистки до достижения определенной концентрации, после чего обра- зующиеся рассолы возвращают в тот или иной аппарат технологиче- ской схемы.

Примером утилизации пыли, уловленной в одном производстве в качестве сырья для другого производства является огарковая пыль, улавливаемая в процессе очистки обжигового газа при производстве серной кислоты из колчедана, которую используют после соответст- вующей обработки в шахте для выплавки чугуна.

Глава 4. Основные методы очистки отходящих газов от газообразных компонентов

1. Абсорбционные методы

4.1.1.Физико-химические закономерности процессов абсорбционной очистки отходящих газов

Абсорбционная очистка (АО) отходящих газов применяется как для извлечения ценных компонентов из газового потока и возврата их снова в технологический процесс для повторного использования, так и для удаления из газового потока токсичных веществ с целью санитар- ной очистки газов. Обычно рационально использовать абсорбционную очистку тогда, когда концентрация целевого компонента в газовом по- токе достаточно велика: свыше 1 % об.

Абсорбция - процесс избирательного поглощения одного или не- скольких компонентов из газовых смесей жидкими поглотителями. Га- зовую фазу, в которой находится компонент, подлежащий удалению, называют газом-носителем, поглощаемый компонент - абсорбтивом, а жидкий поглотитель - абсорбентом.

В зависимости от физико-химической основы процесса различа- ют физическую и химическую абсорбцию (хемсорбцию, т.е. абсорб- цию, сопровождающуюся химической реакцией газа с абсорбентом).

Физическая абсорбция

Для физической абсорбции обычно применяют воду, органиче- ские растворители - неэлектролиты, не реагирующие с растворимым газом, и их водные растворы. К методам физической абсорбции можно отнести водную очистку от диоксида углерода, очистку от диоксида углерода метанолом при низких температурах, очистку от оксида угле- рода и метана жидким азотом.

Современная теория растворов в общем случае не позволяет предсказать растворимость газа по свойствам чистых компонентов, но дает возможность сделать качественные или полуколичественные оценки. Это относится в первую очередь к термодинамике разбавлен- ных растворов, наиболее распространенных в практике абсорбции.

Теория растворов дает следующие основные закономерности для расчета растворимости газов при физической абсорбции по минималь- ному количеству экспериментальных данных.

Зависимость растворимости газа от давления при небольших кон- центрациях газа в растворе (точнее бесконечно разбавленные раство- ры) и небольших давлениях описываются законом Генри:

К_r = Р_i/x_i.

о

Влияние давления при давлениях, отличных от нуля, на раство- римость газа при малой концентрации его в жидкости описывается уравнением Кричевского-Казарновского:

lnf₂/x₂ = lnk_2,r+ V₂ (Р - Р₁ )/R Т,

где f₂ - летучесть газа над раствором; V₂ - парциальный мольный объем газа в

о

бесконечно разбавленном растворе; Р₁ - давление насыщенного пара чистого растворителя.

Большая часть процессов очистки практически ведется при дав- лениях, не превышающих 30 кгс/cм² (2,94 МПа). Превышение давления сверх этого значения приводит к отклонениям от закона Генри на 10- 30 %.

При значительной растворимости газа, а также при наличии в растворе других примесей - растворенных газов, воды, солей - необхо- димо учитывать влияние изменения состава раствора на раствори- мость. В общем случае зависимость растворимости газа от его концен- трации в растворе (x₂ мала, но не равна нулю) и от концентрации третьего компонента в разбавленном растворе при малом давлении P₂ описывается уравнением Сеченова:

lnК_ф = P₂ /x₂ + ax₂ + bx₃ + ..,

где К_ф = P₂ /x₂ ( при x₂0) - коэффициент физической растворимости.

Зависимость растворимости газа от температуры приближенно описывается термодинамическим уравнением:

lnK₂,г = А - Н/RT,

где Н - теплота растворения газа (изменение энтальпии раствора при раство- рении газа по сравнению с энтальпией исходных компонентов).

Если раствор нагревается при смешении газа с жидкостью, то

Н  0. В ограниченном интервале температур теплота растворения постоянна. В широком интервале температур необходим учет зависи- мости Н от температуры в соответствии с законом Кирхгофа. Поэто- му более общим уравнением является следующее:

lnК_г = А + (С_р/R)lnT - Н/RT,

где С_р - разность теплоемкостей раствора и исходных компонентов.

В большинстве случаев растворимость хорошо растворимых га- зов уменьшается при увеличении температуры (в достаточно широком интервале температур может проходить через минимум). Раствори- мость мало растворимых газов, (например, водорода) во многих случа- ях возрастает при увеличении температуры.

Поскольку при физической абсорбции не происходит сильного взаимодействия молекул газа с молекулами растворителя, теплота рас- творения невелика (не более 4000 ккал/моль или 17 кДж/моль). В этом случае растворимость мало зависит от температуры, поэтому десорб- цию необходимо проводить в основном путем снижения давления, а не повышения температуры. В промышленности регенерация абсорбента осуществляется, как правило, снижением давления до атмосферного или остаточного 0,2 - 0,3 атм, или за счет отдувки газом.

В процессе абсорбции количество абсорбента L зависит от равно- весной растворимости в условиях низа абсорбера:

L = G₂/(X_2,H _H,а - X_2,p),

где G₂ - количество извлекаемого компонента; X_2,H - растворимость извлекае- мого компонента в нижней части абсорбера; X_2,p - количество компонента в регенерированном растворе; _H,а - степень приближения к равновесию в ниж- ней части абсорбера.

В большинстве процессов физической абсорбции К_ф мало зависит от состава раствора и давления, поэтому К_ф=К_г

L/G= К_г/P_Hа,

т.е. количество расходуемого физического абсорбента не зависит от количества извлекаемого газа и определяется величинами коэффици- ента Генри и давления абсорбции. Поэтому расход энергии на единицу извлекаемого компонента тем меньше, чем больше его концентрация в смеси. В этом заключается преимущество физической абсорбции. Принципиальным недостатком этого метода является невозможность тонкой очистки газа вследствие относительно большого давления из- влекаемой примеси над регенерированным раствором.