Методическое пособие 748

Конструкцию электрофильтров определяют условия работы: состав и свойства очищаемого воздуха (газа), концентрация и свойства твердых частиц, аэродинамические характеристики очищаемого воздуха.

Время пребывания газа в активной зоне данного фильтра не менее 8 с, скорость движения газа от 1,2 до 1,5 м/с, степень улавливания от 99 до 99,8 %. При этом концентрация примесей должна составлять не более 50 г/м3.

Для очистки воздуха от туманов масел и кислот успешно применяют электрические туманоуловители.

Рис. 37. Электрический туманоуловитель: 1 – корпус; 2 – туманоуловитель; 3 – клеммы; 4 – выпрямитель; 5 – каплеуловитель; 6 – воронки для отвода жидкости; 7 – сетка; 8 – распределительная решетка

Пример такого туманоуловителя приведен на рисунке 37. В корпусе 1 устанавливается электрический туманоуловитель 2. Подвод электричества осуществляется от источника 4 через высоковольтные изоляторы с клеммами 3. Подвод загрязненного воздуха производится через входной патрубок и распределительную решетку 8 с сеткой 7 (для удаления крупных частиц) и направляется непосредственно в туманоуловитель. Затем поступает в каплеуловитель 5, что является заключительным этапом очистки и далее идет на

50

выход из аппарата. Уловленная жидкость собирается в воронках 6. Отвод последней осуществляется через гидрозатворы. Пропускная способность по воздуху составляет от 5 000 до 30 000 м3/ч. Подобные устройства предназначены для работы при использовании в системах с температурой газов до 70 – 80 оС.

Электрические туманоуловители имеют ряд ограничений по условиям эксплуатации.

Температура газового потока должна быть на 20 – 25 оС ниже температуры вспышки улавливаемой жидкости, а возможная максимальная концентрация горючей жидкости в аэрозольной смеси – не менее чем на 1 порядок меньше нижнего концентрационного предела воспламенения данной смеси. Выполнение данных условий исключает возможность воспламенения фильтрата в электрофильтре.

2.3. Выбор технологии газоочистки

Современные технические средства обработки газовых выбросов, рассмотренные выше, не обеспечивают 100 % очистки, а в большинстве случаев даже достижения ПДК. Отработанные газы вносят в атмосферу определенную долю отходов производства.

При проектировании газоочистных систем в обязательном порядке подлежат учету все выбросы и загрязнители, содержащиеся в газе или воздухе. При анализе их состава определяют вредные компоненты, способные нанести ущерб, а также нейтральные или инертные по отношению к окружающей среде.

Нейтральными или инертными выбросами в атмосферу можно считать азот N2 и кислород О2, водяные пары Н2О. К условно нейтральным с определенными допущениями можно отнести углекислый газ СО2 и ряд нетоксичных соединений.

Таким образом, стандартный промышленный выброс, близкий к допустимому может содержать N2, O2, СО2, Н2О.

51

Все остальные компоненты требуют глубокой переработки до нейтральных или удаления.

При проектировании подобных систем все вредные компоненты оцениваются исходя из агрегатного состояния, физико-химических и санитарно-гигиенических свойств, степень опасности воздействия на микроорганизмы и пр.

Вслучае газообразных загрязнителей в обязательном порядке подлежат оценке данные о температурах кипения, разрушения, теплоте фазового перехода, характеристиках растворения и пр. Если примеси или сама газовая смесь является горючей, то оцениваются температуры воспламенения и вспышки, критическое содержание взрывчатого (горючего вещества) в объеме очищаемого газа.

Многофазные выбросы проходят очистку, состоящую из четырех этапов, включающую в себя: предварительную очистку от жидкой составляющей (аэрозоля), тонкую очистку от жидкой составляющей, предварительную очистку газа, окончательную очистку газа. В зависимости от состава загрязнителей вышеуказанные этапы могут объединяться и комбинироваться. Так, например, если газообразный загрязнитель хорошо растворяется в жидкости, целесообразна обработка газа влажными способами очистки, которая скорее приведет к одновременному снижению концентраций гомогенных и дисперсных загрязнителей.

Внастоящее время в промышленности применяют следующие методы очистки газов: абсорбции, адсорбции, конденсации, термообезвреживания.

Конденсационная очистка является перспективным способом обработки загрязненных газов и представляет собой перевод парообразных загрязнителей в конденсированное состояние с последующей фильтрацией образовавшегося аэрозоля. При невысоком давлении насыщенных паров конденсация проводится за счет повышения давления и/или снижения температуры выбросов. Если температура кипения загрязнителей при атмосферном давлении невысока (100 °С и

52

ниже), то очистка посредством охлаждения и повышения давления крайне энергозатратна. Поэтому в данном случае конденсационную очистку можно использовать только как предварительную.

Если загрязняющее вещество имеет хорошую растворимость в абсорбенте (с возможностью дальнейшего выделения и переработки загрязнителя), то будем применять абсорбционную очистку.

Если концентрация загрязнителя в выбросах превышает (1 – 2)·10-3 кг/м3, то технически возможно достичь степени очистки более 90 %.

Вкачестве абсорбента используются вода или органические жидкости, кипящие при высокой температуре. Если газ загрязнен дополнительно и твердыми частицами, то в случае применения органических абсорбентов необходимо провести предварительную очистку от этих частиц. Это связано с тем, что в определенных случаях частицы могут смешаться с поглотительной жидкостью, но при этом обратный процесс выделения твердых частиц может оказаться невозможен.

Вслучае, если абсорбентом выступает вода, процесс предварительной и абсорбционной очистки объединяется в одном аппарате. Следует отметить, что первый и второй случаи характерны, если твердые частицы смачиваемы.

Впротивоположность, можно говорить о случаях, когда в результате взаимодействия абсорбента и загрязнителя с учетом твердых частиц, в итоге образуются нейтральные или легкоудаляемые из процесса соединения.

Процессы абсорбции разрабатываются конкретно для каждого вида выбросов и набора загрязнителей.

Адсорбция является на сегодняшний день одним из широко применяемым способом очистки воздуха от газообразных загрязнителей. Адсорбцией возможно извлечь из

воздуха различные рода загрязнители в широком диапазоне концентраций. При высоких концентрациях свыше 5·10-3 кг/м3

53

для повышения эффективности процесса загрязненный газ подвергают предварительной обработке абсорбцией или конденсацией, что в целом повышает эффективность очистки. Наиболее простым и распространенным адсорбентом является активированный уголь, позволяющий уловить широкую линейку загрязняющих веществ.

При высоком содержании водяного пара и аэрозолей в газах требуется осушка.

Термообеззараживание применяют для обработки больших объемов газа с невысокими концентрациями 50 мг/м3 и выше органических загрязнителей. Предварительная очистка может быть произведена за счет адсорбции.

Теплота от сгорания загрязнителей утилизируется, что положительно сказывается не только на экологической безопасности объекта и окружающей среде, но и на энергетическом балансе предприятия.

В дальнейших разделах рассмотрим более подробно способы газоочистки.

2.4. Классификация способов газоочистки

Очистка газов от примесей перед выбросами в атмосферу состоит из двух процессов:

-очистка от аэрозолей – извлечение содержащихся в выбросах взвешенных твердых и жидких частиц;

-физико-химическая очистка – извлечение или обезвреживание тех или иных газо– и парообразующих примесей.

В основном для очистки газов от примесей используются химические средства. Удаление из технологических и дымовых выбросов содержащихся в них газообразных компонентов (сернистого ангидрида, сероводорода, хлора, хлористого водорода и др.) проводится химической очисткой газов методами абсорбции, адсорбции и хемосорбции.

На сегодняшний день существуют следующие методы очистки атмосферного воздуха от газов:

54

-метод абсорбции;

-метод хемосорбции;

-метод адсорбции;

-метод термической нейтрализации.

Метод абсорбции заключается в поглощении отдельных компонентов газовой смеси абсорбентом (поглотителем). Поглотителем, как правило, выступает жидкость. При этом, удаляемый газ, должен хорошо растворяться в жидкости для достижения максимального эффекта, как указано выше. В качестве такой жидкости может выступать как вода (удаление аммиака, хлористого и фтористого водорода), так и серная или азотная кислота (удаление паров воды) и пр.

При абсорбции происходит конвективная диффузия паро- и газообразных компонентов очищаемого газа в абсорбент. Для повышения эффективности работы абсорберов требуется эффективное смешивание абсорбента с загрязнителем. Такое смешивание может быть реализовано на основе различного рода механического перемешивания или распыливания абсорбента в насадочных колоннах, скрубберах, барботажнопенных аппаратах и т.д.

В ходе работы абсорбент насыщается загрязняющими веществами и необходима его регенерация. Регенерацию абсорбента осуществляют снижением давления примеси и/или повышением температуры. Способ регенерации определяется в каждом случае индивидуально. Ниже будет приведен пример регенерации раствора моноэтаноламина в установке для получения углекислоты.

Хемосорбция основана на поглощении газов и паров твердыми или жидкими поглотителями. Результатом очистки является образование малолетучих и практически нерастворимых соединений. Данный способ получил широкое применение при очистке газов от загрязнений с низкими концентрациями, а также если необходимо обезвредить загрязнитель. Примерами может служить очистка дымовых газов от оксида азота при пропускании последнего через

55

обезвреживания угарного газа, летучих углеводородов, паров растворителей, автомобильных газов. Агрегатное состояние загрязнителя не имеет значения. При этом загрязнитель должен иметь в своем составе молекулы углерода, водорода и кислорода. Наличие иных молекул существенно снижает эффективность подобного способа очистки. В определенных случаях при подобной обработке вместо очистки могут формироваться новые загрязняющие вещества. Для каталитического дожигания требуется определенная температура и скорость движения газов. Например, оксид углерода дожигается при температуре от 316 до 343 ○С, пропан

– от 293 до 332 ○С, толуол – от 200 до 250 ○С, ацетилен – от 207 до 241 ○С, альдегиды – от 173 до 234 ○С и т. д.

Термическое окисление применяется, если сжигаемые газы изначально разогреты до высокой температуры, при этом концентрация кислорода минимальна или концентрация горючих веществ недостаточна для поддержания пламени. В первом случае процесс термического окисления проводят в камере с подачей свежего воздуха (дожигание СО, СmHn), а во втором – при подаче дополнительного объема природного газа, что приводит к доокислению.

Прямое сжигание используется в тех случаях, когда очищаемые газы обладают энергией горения для факельного сжигания горючих отходов. При этом выброс загрязняющих веществ минимален.

2.5. Абсорбционная очистка газов

Абсорбция - поглощение газов или паров из газовых или парогазовых смесей жидкими поглотителями, называемыми абсорбентами. Возможность осуществления процесса абсорбции основывается на растворимости газов в жидкостях. Процесс абсорбции является избирательным и обратимым, что дает возможность применять его не только с целью получения растворов газов в жидкостях, но также и для разделения газовых или паровых смесей.

57

Таблица 1 Абсорбенты, применяемые для очистки отходящих газов

В качестве примера на рис. 38 приведена схема абсорбционной установки для получения углекислоты и/или сухого льда.

59