книги / Экология производства химических продуктов из углеводородов нефти и газа

Рис. 5. Инерционные пылеуловители с различными способами подачи и рас­ пределения газового потока:

зоходов. Вследствие этого скорость газового потока резко сни­ жается и частицы пыли под действием силы тяжести оседают. Преимущества пылеосадительных камер — малое гидравличес­ кое сопротивление, простота конструкции и малая стоимость; недостатки — громоздкость, небольшой коэффициент улавлива­ ния (не выше 40—45%). Этот коэффициент можно довести до 80—85%, если в камерах установить горизонтальные полки (рис. 4), увеличивающие длительность пребывания газа в ка­ мере. Однако такие камеры громоздки, очистка их затруднена, и поэтому пылеосадительные многополочные камеры не нашли широкого применения.

Инерционные пылеуловители. В этих аппаратах резко изме­ няется направление газового потока, частицы пыли по инерции сохраняют направление своего движения, ударяются о поверх­ ность и осаждаются в бункере. Наиболее простые пылеулови­ тели (рис. 5 ) способны задерживать только крупные частицы пыли размером более 25—30 мкм. Поэтому их используют для предварительной очистки газов.

Более мелкие частицы (от 30—50 мкм) можно выделить из газового потока под действием инерционных сил при измене­ нии направления движения газового потока с помощью жалю­ зийных пластин. Жалюзийный пылеуловитель (рис. 6) состоит

Рис. 6. Жалюзийный пылеуло­ витель:

Рис. 7. Циклон:

/ — запыленный газ; // — очищенный газ; I I I — пыль

из двух основных частей: жалюзиинои решетки и выносного пылеуловителя (обычно циклона). При прохождении че­ рез жалюзийную решетку газовый поток разделяется на два: поток, очищенный от пыли (80—90“% всего количества га­ за), и поток, в котором сосредоточена основная масса пыли, улавливаемая за­ тем в циклоне.

Центробежные обеспыливающие уст­ ройства (циклоны). Широко применяют для очистки различных газов от пыли, в частности, в процес­

сах каталитического крекинга и дегидрирования бутана в ки­ пящем слое катализатора. Частицы пыли выделяются в цикло­

альный ввод). Под действием центробежной силы в процессе вращения газового потока в корпусе аппарата частицы пыли отбрасываются к стенкам циклона и по ним опускаются в ко­ ническую часть. Эффективность очистки зависит от скорости газового потока (при прочих равных условиях): чем выше ско­ рость газа, тем выше ее эффективность, тем меньше габариты аппарата.

В промышленности используют циклоны, рассчитанные на скорость газового потока от 5 до 20 м/с (обычно 15 м/с). Так как в процессе работы установки скорость газового потока мо­ жет изменяться, то в последнее время широко применяют ба­ тареи циклонов (мультициклоны), в которых газовый поток распределяется по нескольким параллельно работающим цик­ лонам и в зависимости от расхода газа действует то или иное число циклонов.

КПД циклонов зависит от концентрации пыли и размеров ее частиц и резко снижается при уменьшении этих показате­ лей. Средняя эффективность обеспыливания газов в циклонах составляет 98% при размере частиц пыли 30—40 мкм, 80% — при 10 мкм, 60% — при 4—5 мкм.

траты энергии на вращение и большой абразивный износ час­ тей аппарата пылью. Поэтому наиболее уязвимые части цикло­ на покрывают синтетическими материалами или высокопроч­ ными сплавами.

Рис. 8. Промывная башня:

1 — распределитель воды; 2 — корпус; 3 — насадка; 4 — опорная пластина; / — запы­

ленный газ; // — очищенный газ; /// — во­ на; I V — шлам

ч

Рис. 9. Скруббер Вентури:

орошаемая водой или другой жидкостью. Газ подают в ниж­ нюю часть аппарата, после очистки его выводят сверху. Недо­ статок— частая забивка насадки при очистке газов.

Скоростные газопромыватели. В этих аппаратах под влия­ нием движущегося с большой скоростью газового потока ка­ пельки жидкости раздробляются, распыляются. В результате этого увеличивается поверхность их соприкосновения. Образо­ вание капель небольшого размера, высокая турбулизация по­ тока способствуют улавливанию частиц субмикронных раз­ меров.

Наиболее распространенный аппарат этого типа — скруббер Вентури (рис. 9). Он состоит из двух усеченных конусов: конфузора и диффузора. Наиболее узкая часть трубы Вентури на­ зывается горловиной. В конфузор на некотором расстоянии от горловины с помощью форсунок подают жидкость, где она под

Рис. 10. Скоростные газопромыватели:

действием движущегося с большой скоростью газового потока раздробляется. В результате возникает хороший контакт газа

сжидкостью, что приводит к улавливанию частичек пыли.

Взависимости от способа подвода орошающей жидкости

различают аппараты с центральным подводом жидкости в конфузор, периферийным орошением (в конфузоре и в горловине), пленочным орошением, бесфорсуночным и форсуночным ороше­ нием (рис. 10).

Барботажные и пенные аппараты. В барботажных аппара­ тах очищаемые газы в виде пузырьков проходят через слой жидкости. Вследствие большой поверхности контакта с жид­ костью эффективность очистки газов от твердых частиц высо­ кая. Однако сложность изготовления этих аппаратов ограничи­ вает их применение в промышленности.

В пенных аппаратах очищаемый газ движется через слой пены, которая формируется на решетке, куда подают жидкость, при продувке ее снизу воздухом или при ударе воздушного по­ тока о поверхность жидкости. Эти аппараты просты по кон­ струкции и достаточно эффективны. Они представляют собой вертикальный аппарат круглого или прямоугольного сечения, внутри которого расположены перфорированные либо щелевые решетки. Очищаемый газ поступает к решеткам вниз, интен­ сивно перемешивается с жидкостью в слое пены, в результате чего он смачивается и пыль выделяется (рис. И).

Эффективность мокрых пылеуловителей зависит в основном от смачиваемости пыли. При улавливании плохо смачивающей­ ся пыли в жидкость вводят поверхностно-активные вещества. Для частиц размером 5 мкм эффективность достигает 92—95%, а в пенных аппаратах даже 99%. Недостатки мокрых пыле­ уловителей— большой расход воды при отсутствии ее цирку­ ляции, необходимость иметь отстойники и периодически их очи-

щать в случае циркуляции, возможность щелочной или кислот­ ной коррозии; значительное ухудшение рассеивания газов по­ сле увлажнения через дымовые трубы.

1.5.3. Фильтры

Фильтрация через пористые материалы — один из наиболее со­ вершенных методов очистки газов от твердых частиц. Газовый поток проходит через пористый материал различной плотности и толщины, в котором задерживается основная масса пыли. Для очистки газов применяют два вида промышленных фильт­ ров: тканевые и зернистые.

Тканевые фильтры. В зависимости от формы фильтрующей поверхности различают рукавные и рамочные фильтры. Наи­ более распространены рукавные фильтры (рис. 12), состоящие из ряда тканевых рукавов, подвешенных в металлической ка­ мере.

Запыленный газ поступает в нижнюю часть аппарата и про­ ходит через тканевые рукава. На поверхности ткани и в ее порах осаждается пыль. В качестве фильтрующих тканей ис­ пользуют синтетические ткани, которые менее влагоемки по сравнению с натуральными, не гниют, стойки при температуре выше 150 °С, термопластичны. От осевших частиц их очищают встряхиванием или'обратной продувкой либо встряхиванием и продувкой одновременно.

Хорошие результаты достигнуты при внедрении тканевых фильтров из коррозионно- и термостойких материалов, в том числе на металлической основе, которые могут работать при температуре до 900 °С.

Рис. 12. Рукавный фильтр:

/ — корпус; 2 — рукава; 3 — дроссель; 4 — пыль; 5 — затвор; 6 — шнек; / —запыленный газ; I I — очищенный газ

Рис. 13. Электрофильтр:

/ — осадочный электрод; 2 — коронирующий электрод; I — запыленный газ; I I — очищен­ ный газ; I I I — пыль

Зернистые фильтры. Могут работать при очень высоких тем­ пературах и агрессивных средах, способны выдерживать боль­ шие механические нагрузки, резкие перепады давления и тем­ пературы.

Различают зернистые фильтры: насыпные и жесткие по­ ристые.

В насыпных фильтрах в качестве насадки используют пе­ сок, гальку, шлак, дробленые горные породы, древесные опил­ ки, крошку резины, кокс, пластмассы, графит и стандартные насадки типа колец Рашига.

Жесткие пористые фильтры (керамические, металлокерами­ ческие, металлопористые и др.) отличаются повышенной устой­ чивостью к высокой температуре, коррозии и механическим на­ грузкам. Их недостатки — высокая стоимость, большое гидрав­ лическое сопротивление и необходимость частой регенерации.

1.5.4. Электрофильтры

Электрофильтры обеспечивают высокую степень очистки газов при сравнительно низких энергозатратах. Эффективность очист­ ки газов достигает 99%, а в ряде случаев — 99,9%. Электро­ фильтр — аппарат или установка, в которых для отделения взвешенных частиц от газов используют электрические силы.

По конструкции электрофильтры разделяют на трубчатые и пластинчатые. В трубчатых электрофильтрах запыленный газ пропускают по вертикальным трубам диаметром 200—250 мм,.

по оси которых натянут коронирующий электрод (провод) диа­ метром 2—4 мм. Осадительным электродом служит сама тру­ ба, на внутренней поверхности которой оседает пыль (рис. 13). В пластинчатых электрофильтрах коронирующие электроды (провода) натянуты между параллельными, плоскими пласти­ нами.

Осадительные электроды очищают встряхиванием, ударом, вибрацией или смыванием. В последнем случае электрофильтры называют мокрыми. В них обычно применяют трубчатые оса­ дительные электроды, так как обеспечить хорошее встряхива­ ние трубчатых электродов сложно, а по характеристикам элек­ трического поля они предпочтительнее пластинчатых. В основ­ ном используют системы встряхивания двух типов: магнитные импульсные и с вращающимися молотками.

Недостатки электрофильтров — высокая стоимость, слож­ ность эксплуатации.

Вхимической промышленности электрофильтры используют

впроизводстве серной кислоты, горячего фосфора, фосфорной кислоты и др. В нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности их широко применяют для очистки от частиц

катализатора газов, выбрасываемых в атмосферу в процессах каталитического крекинга и дегидрирования, улавливания ожи­ женного катализатора в производстве высокооктанового бен­ зина.

1.6. ОЧИСТКА ВЫБРОСОВ В АТМОСФЕРУ

от кислых к о м п о н е н т о в

В нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленно­ сти характерными кислыми веществами, выбрасываемыми в атмосферу, являются диоксид углерода, сероводород, оксиды серы и азота.

1.6.1. Очистка газов от диоксида углерода

Диоксид углерода — относительно малотоксичный газ. Поэтому специальных способов очистки выбросов в атмосферу от ди­ оксида углерода в настоящее время не применяют. Но в про­ мышленности от него очищают ряд технологических газов (в первую очередь, этилен), предназначенных для дальнейшей переработки и где диоксид углерода является нежелательной

примесью.

Методы очистки газов от диоксида углерода можно разде­ лить на следующие группы:

абсорбционные, основанные на достаточно хорошей раство­ римости диоксида углерода в полярных растворителях (вода,

метанол); хемосорбционные, основанные на химическом связывании

диоксида углерода при взаимодействии его с соединениями ще-

Рис. 14. Схема установки для очи­ стки газов от диоксида углерода водой:

лочного характера (щелочь, этаноламины, растворы карбона­ тов) ;

адсорбционные, основанные на адсорбции диоксида углеро­ да различными адсорбентами (например, цеолитами);

каталитическое гидрирование.

Абсорбционные методы. Абсорбция водой — распространен­ ный метод улавливания диоксида углерода из газов. Основные преимущества метода — доступность и дешевизна абсорбента, недостатки — невысокая поглотительная способность водой ди­ оксида углерода (8 кг С02 на 100 кг абсорбента) и небольшая селективность. Наряду с диоксидом углерода в воде растворя­ ются водород, оксид углерода, азот и др. Поэтому выделяю­ щийся диоксид углерода недостаточно чистый.

Схема установки очистки газа от диоксида углерода этим методом приведена на рис. 14. Газ промывают холодной водой в башнях с насадкой (скрубберах) под давлением 1,5—2,5 МПа, так как растворимость диоксида углерода в воде возрастает с повышением давления. При этом из газа удаляется частично и сероводород, растворимость которого также увеличивается. Затем давление снижают, и из воды выделяется (десорбиру­ ется) газ, содержащий до 85% диоксида углерода (остальное — водород, азот, сероводород), который используют для получе­ ния сухого льда, карбамида, соды и других продуктов.

Абсорбция метанолом («ректизол»-процесс) — более выгод­ ный метод, его можно использовать при температуре до —60 °С, когда резко повышается поглотительная способность метанола. Так, при —60 °С и давлении около 0,4 МПа в 1 г метанола может раствориться до 600 см3 диоксида углерода. Избиратель­ ность метанола по отношению к диоксиду углерода значительно выше, чем воды. Диоксид углерода из раствора выделяют по­ нижением давления и повышением температуры.

Кроме метанола можно использовать и другие органические растворители: Мметилпирролидон, сульфолан, пропиленкарбонат. Однако широкого распространения они пока не получили.

Хемосорбционные методы. Очистка газов водными раство­ рами этаноламинов. При подготовке различных технологиче­ ских газов к переработке (в частности, пирогаза к разделению) используют хемосорбцию диоксида углерода этаноламинами.