10.2. Угольно-адсорбционные методы очистки

При необходимости глубокой демеркуризации значитель­ных объемов отходящих газов наиболее часто используют ад­сорбционные методы. В качестве адсорбента чаще всего исполь­зуют активные угли.

Обработка сухих ртутьсодержащих газовых потоков немо! дифицированными активными углями часто осложнена присут­ствием в них диоксида серы, который дезактивирует адсорбент, резко снижая его поглотительную способность в отношении ртути. Однако при наличии в очищаемых газах кислорода и па­ров воды в адсорбенте интенсивно идет процесс окисления ди­оксида серы:

SO₂+H₂O+0,5O₂= H₂S0₄. (1.198)

Образующаяся серная кислота взаимодействует с парами ртути с образованием HgS0₄, что обеспечивает возможное! I эффективной демеркуризации обрабатываемых газов. 1) этой связи рационально подвергать очистке влажные газы (относительная ааажность 40-100 %) с содержанием диоксида серы на два-три порядка больше содержания ртути. Оста­точная массовая концентрация в газах ртути в этих условиях может достигать 0,0075 мг/м³. Использование термической (450 °С) десорбции под вакуумом (46,6 кПа) обеспечивает в течение 60 мин 97 %-ю регенерацию угля и возможность его повторного использования. Возможны и иные приемы ре­генерации, в частности путем обработки насыщенного адсор­бента осушенным 100 %-м диоксидом серы. Используемые для демеркуризации отходящих газов активные угли часто пред­варительно модифицируют путем их обработки различными сульфатирующими, галоидирующими, сульфидирующими и другими реагентами: серной кислотой, хлоридами натрия, же леза и ртути, серой, сульфидами металлов и т.п.

Активный уголь, обработанный хлором. Наиболее эконо­мичным оказался активный уголь, обработанный газообразным хлором с массовой долей в нем 3-4 % хлора. Такой уголь может применяться для извлечения паров ртути, сулемы и ртутнооргл нических соединений из обеспыленного газа с относительной

ностью не более 75 %, не содержащего веществ, обладаю-восстановительными свойствами или легко реагирующих с ром. Активный уголь, обработанный хлором, особенно ре-ендуется для извлечения из газовоздушных смесей ртутно-анических соединений. При доле в газовоздушной смеси рг/м³ диэтилртути адсорбционная емкость хлорированного я АГ-3 достигает 30 % к массе сорбента. Для поглощения ров ртути и ее соединений из газовоздушной смеси хлориро-ный уголь может быть использован в многополочных адсор-врах с неподвижным слоем поглотителя. В этом случае газо-аоздушную смесь, содержащую пары ртути или ее соединений, подают в многополочный поглотитель, заполненный углем (на­пример, марки БАУ), обработанный хлором, со скоростью 0,2 м/с при температуре 5-40 °С. Газ, проходя через слой адсор­бента толщиною 400-500 мм, освобождается от ртути и через Выхлопную трубу выбрасывается в атмосферу. Хлориро­ванный уголь поглощает до 5 % ртути массы адсорбента, ..к что при небольших содержаниях ртути в газовоздушной меси уголь в поглотителе может использоваться в течение це­хи года. Отработанный уголь, сильно загрязненный ртутью, mi ружают в герметически закрывающиеся барабаны, обраба-жают 7 %-м раствором сульфида натрия и затем направляют в (вчное отделение ртутного завода для переработки с ртутной рудою или рекуперируют путем нагревания угля до высокой Температуры в стальных резервуарах с одновременной откач­кой и последующим улавливанием отгоняемых паров ртути. Применение поглотителей с хлорированным углем может ыть рекомендовано для очистки обеспыленных вентиляци­онных выбросов, заводских и научно-исследовательских лабо­раторий, ртутных цехов, для очистки приточного воздуха от ртути и т.д.

Основной недостаток угольно-адсорбционного метода, ис­пользующего неподвижный слой активного угля, заключа­ется в том. что эффективность его зависит от скорости прохо-ения через поглотитель очищаемого газа. Эта скорость долж-5ыть невелика (до 0,2 м/с), а толщина слоя адсорбента значи­тельна. При увеличении скорости просасываемого газа или тол­щины слоя адсорбента происходит потеря напора при просасы­

вании, поэтому в случае очистки больших объемов газа для повышения эффективности приходится сооружать доволь­но громоздкие установки.

Более перспективным следует считать метод очистки газо­воздушных смесей от паров ртути и ее соединений в «кипя­щем» слое активного угля. В этом случае газовоздушную смесь подают в четырехполочный стальной адсорбер. В каче­стве адсорбента используют активный уголь марки АР-3 < размерами гранул 3-5 мм. Тарелки адсорбера имеют отверстия диаметром 5 мм, свободное сечение трех нижних тарелок равно 20 %, а верхней тарелки - 10 %. Для поддержания сорбента н| каждую тарелку натягивают металлическую сетку. Высота слои активного угля на каждой тарелке в стационарном состоянии 50 мм, а высота «юшящего» слоя адсорбента при скорости газовоз­душного потока 1,2-1,5 м/с - 80 мм. Воздух, очищенный в адсорбе­ре от паров ртути и ргул неорганических соединений, в циклоне очищается от угольной пыли и поступает в пенный аппарат для тонкой санитарной очистки воздуха от угольной пыли и выбра­сывают в атмосферу. После прохождения газовоздушной смеси через адсорбер с «кипящим» слоем активного угля количество диэтилртути в очищаемой смеси снижается с 30 до 0,2 мг/м'. Угольная пыль, собираемая в циклоне, поступает на нижнюю тарелку адсорбера и выполняет роль «смазки» для частиц угля. По мере очистки газовоздушной смеси на верхнюю тарелку ад­сорбера подают свежий активный уголь.

Адсорбент, насыщенный парами ртути или ртутноорганиче ских соединений, из нижней части адсорбера поступает в подог­реватель, где подогревается во взвешенном состоянии до темпе­ратуры 110-120 °С паром, затем в регенераторе уголь обраба­тывают перегретым до 470 °С паром. Ртутноорганическт соединения при этой температуре десорбируются и разлагаются на ртуть и углеводороды. Из регенератора продукты разно жения поступают в циклон, а затем в двухступенчатый конден­сатор, в первой ступени которого при температуре, несколько превышающей 100 °С, конденсируются пары ртути, а во вто­рой ступени, охлаждаемой водою, конденсируется водяном пар. Продукты конденсации собираются в приемнике, а но-сконденсировавшаяся парогазовая смесь подается в систему

Неочищенного газа. Регенератор представляет собой однополоч-Иый аппарат: тарелки его имеют отверстия диаметром 5 мм, а ■ободное сечение тарелки составляет 1,2 %. При высоте слоя Щсорбента на тарелке регенератора 100 мм степень очистки ак-

i инною угля достигает 99 %.

Из регенератора уголь поступает в охладитель, в котором в Сечение 10-12 мин температура угля снижается с 400-420 до 160-170 °С в результате обработки влажным паром, имеющим

Гсмпературу 105-1 10 °С.

Из охладителя уголь, охлажденный до 130-150 °С, поступа-Нг на сито, отсеивающее мелкие частицы. Более крупные Чистины элеватором подают в адсорбер, и так как в процессе Очистки газа часть угля теряется в виде пыли, для восполне­ния этих потерь на элеватор дополнительно подают свежий ■толь.

Активный уоль, обработанный хлоридом натрия. При сани-трной очистке вентиляционных выбросов производства витами­на В₂от паров ртути (рис. 1.72) адсорбент готовят в реакторе пу­тем обработки активного угля типа АР водным раствором хло-' рида натрия, приготовляемым в смесительной емкости, с по­следующей его подсушкой горячим воздухом, поступающим из Ннлорифера.

Модифицированный таким образом адсорбент через верх ний люк загружают в концентрические пространства - полос ш цилиндрического адсорбера, образуемые перфорированными вертикальными кольцевыми стенками.

Подлежащие очистке отходящие газы фильтруют через расН полагающиеся в них слои гранулированного угля. В результат! химического взаимодействия с хлоридом натрия пары ртути связываются и удерживаются адсорбентом. По насыщении рту« тью поглотитель выгружают из адсорбера, и содержащуюся ( нем ртуть рекуперируют пирометаллургическим методом. 1 Ipn обработке 40 тыс. _м³/_ч вентиляционных выбросов с массовой концентрацией ртути 0,13 мг/м³ 5,5 т загруженного в адсорбер модифицированного угля обеспечивают степень очистки 99,0±1,0 % при скор_{ости газа} 0,28 м/с, общем сопротивлении установки не более 1 кПа и сроке службы угля более полу тора лет.

Наряду с активными углями в качестве носителей для хемо-сорбентов могут быть использованы и другие адсорбенты (сили кагели, цеолиты, глинозем) и вещества с высокоразвитой noj верхностью (пемза, оксид магния, кремнезем и др.), а так» различные волокнистые материалы.

10.3. Очистки газов от ртути пиролюзитом Сухой пиролюзищный метод. При очистке значительных объемов ртутьсодер>кащих газовых выбросов на ряде произ­водств используют дробленую (размер зерен 4-15 мм) марганцевую руду (пиролюзит). Активный диоксид марганца обладает специфической особенностью поглощать пары ртути, образуя с н_еи соединение Hg₂Mn0₂, термически устойчивое до температуры 420 °С. Сущность пиролюзит-ного улавливания паров ртути основана на указанном свойст­ве диоксида марганц_{а и} заключается в том, что газы или воздух, содержащие пары ртути, пропускаются через ад­сорбер, заполненный природной марганцевой рудой - пи­ролюзитом. В адсорб_ер_е протекает следующая реакция:

2Hg+Mn0₂=Hg₂Mn0₂. (1.199)

Если в газах присутствует S0₂ или H₂S0₄ образуются фаты марганца и ртути:

SO₂+H₂O+0,5O₂=H₂SO₄, (1.200)

Hg₂Mn0₂+2H₂S0₄=Hg₂S0₄+MnS0₄+2H₂0. (1.201) Поскольку концентрация диоксида серы в выбросных газах Щ Два порядка выше, чем ртути, основное количество пиро­люзита расходовалось бы на реакцию с диоксидом серы. По-В>му SO: предварительно удаляю! орошением газов из-■стковым молоком. Затем вентиляционные газы направляют и пиролюзитовые аппараты. При орошении газов известко­вым молоком протекают следующие реакции:

Са (OH)₂+S0₂=CaS0₃+H₂0; (1.202)

CaSO₃+S0₂+H₂O=Ca(HS0₃)₂; (1.203)

2CaS03+0₂=2CaS0₄; (1.204)

Са (ОН)2+С0₂=СаСОз+Н₂0; (1.205)

Са (OH)2+S0₃=CaS0₄+H₂0. (1.206)

Целесообразно, чтобы процесс протекал по реакции 11.203), так как кислый сернистокислый кальций растворим В воде. Оптимальным условиям протекания этой реакции Соответствует рН 6.2-6.7. При рН>7 преимущественно обра­тился CaSO< и СаСОя, отлагающиеся в аппаратуре и приво­дящие к нарушению процесса очистки. Поэтому очистку Проводят, строго регламентируя рН пульпы.

Для предотвращения накопления и кристаллизации солей II скруббере часть пульпы отбирают и пропускают через кристаллизатор, где избыток солей выводится из цикла. Массовая доля ртути в осадке кристаллизатора - до 0,5 %. Обжиг осадка производят одновременно с рудой. После скруббера доля в газах S0₂ снижается до 250-500 мг/м³, а пы-|ЛИ - до 10-15 мг/м". В скруббере улавливается также аэро-щЬлъ ртути и небольшое количество паров ртути. Они выводят­ся из системы вместе с отработанным шламом.

После очистки от S0₂ для предотвращения конденсации па­ров воды газы нагревают до 50-70 °С и направляют в пиролюзи­товый адсорбер. Очищенные газы дымососом через трубу вы^ брасываются в атмосферу.

Отработанный поглотитель направляют на грохочение I перфорированном барабане. Здесь отделяют обогащенный рту тью поверхностный слой. Отсеянную мелочь, содержащую 1-2 "» ртути, MnS0₄ и Мп0₂, обжигают вместе с рудой или ступой. ( )< таток кускового пиролюзита в барабане после отсева использую! повторно для очистки газов. В адсорберах слой пиролюзита тол щиной 600 мм расположен вертикально. Сверху и снизу адсорбс ра установлены бункера: верхние предназначены для загру мого свежего поглотителя, нижние - для приемки отработанном! пиролюзита. Расход пиролюзита - 20 т/т уловленной ртути. (. 'ко рость газа в адсорбере равна 0,2 м/с. Степень очистки от рт\ ш составляет 90-96 %, от S0₂-98-99 %. Общие потери ртути с тех нологическими и вентиляционными газами, если отсутствует блок санитарной очистки, составляют 40 г на 1 т обжигаемой pj ды, а при начичии санитарной очистки - 8 г/т. Объем технологи ческих газов на 1 т руды равен 850 м³. Потери ртути с вентилянн онными газами оцениваются в 1 г/т руды. Пыль, как правило, н| правляют в отвалы. Потери ртути с пылью могут достигать 1 содержания в руде.

Рекомендуется при применении фильтров с пиролюзитни сорбентом придерживаться следующих норм: применять пир люзит массовой долей не менее 50 % диоксида марганца; ра мер частиц пиролюзита, загружаемых в фильтр, долже быть в пределах 3-12 мм, что может быть обеспечено отсево или предварительным дроблением и последующим отсевом руды; высота слоя сорбента должна быть от 150 до 850 мм; скорость движения очищаемого воздуха в слое сорбент должна быть равна 0,02-0,05 м/с при очистке выхлопною воздуха форвакуум-насосом, 0,2 м/с - при очистке вентич ляционного воздуха ремонтных мастерских, помещений КИП, 0,25 м/с - при очистке печных газов ртутных заводова емкость сорбента должна составлять 0,8-1,8 % (от веса пиро! люзита) в зависимости от сорта и качества руды.

Сухие пиролюзитные фильтры предназначаются л iи установки на ртутных выпрямительных подстанциях (фор! вакуум-насосы) и после общезаводских вакуум-насосо fra к же для очистки вентиляционного воздуха от паров ртути и (Печных газов ртутных заводов.

Сухим пиролюзитным способом можно обеспечить очистку [воздуха от паров ртути на 97-11>0 % до конечного содержания [ртути в очищенном воздухе от 0 до 0,05 мг/нм . Отработавший [пиролюзит следует рассматривать как ртутьсодержащую руду (с 0.8-1,0 % ртути), пригодную для вторичной выплавки из нее ме­таллической ртути. Очищаемый воздух может иметь температу­ру от +5 до +40 °С.

Двухступенчатая установка очистки печных газов и венти-\ ляционного воздуха от сернистого ангидрида и паров ртути предназначена для очистки газов, содержащих около 8 г/м сер-[ нисгого ангидрида, 70 мг/м паров ртути, 2-3 г/м³ пыли. Уста-I новка рассчитана на очистку газов до конечного содержания

i ртути в газе 0,3 мг/м³.

При обработке отходящих газов ртутных заводов в слое пи-/ ролюзита высотой 0,6 м при скорости газа в адсорбере 0,2 м/с Г. степень их демеркуризации составляет 90-96 % при затрате 20 т пиролюзита на 1 т уловленной ртути. В то же время при очистке пиролюзитом вентиляционных выбросов производства ртутных I термометров остаточная концентрация ртути достигает [' 0,02 мг/м при степени демеркуризации 80 %. Невысокая глуби-| на очистки наряду с токсичностью пыли пиролюзита, повыше-| нием гидравлического сопротивления его слоя за счет самоуп-I лотнения в процессе работы и рядом других факторов ограни­чивает в последнее время интерес к практическому использова-I нию этого метода.

Влажные пиролюзитные методы. Пиролюзит, смочен-I ный слабыми растворами серной кислоты (до 5 %), хорошо I поглощает пары ртути. Это свойство пиролюзита было ис-I пользовано для создания эффективных методов очистки газов К ртутных производств и вентиляционных выбросов, содержа­вших кроме паров pi у ги сернистый газ, аэрозо ш масла и пр.

Один из этих методов, называемых кислотно-пиро-Щшюзитный, состоит в том, что очищаемые газы обрабатывают суспензией, состоящей из молотого пиролюзита и слабого раствора серной кислоты, в барботажных аппаратах или скрубберах с насадкой. Если очищаемый газ содей сернистый ангидрид, то поглотительный раствор roroimf воде, поскольку при очистке газа образуется серная кислс результате окисления сернистого ангидрида. Влажный слотно-пиролюзитный метод практически может о использован при доле пыли в газе не более 0,3 г/м³ и аэр ля масла - до 0,2 г/м³. Этот метод позволяет одноврсм очистить газ от сернистого ангидрида и паров ртути. М очистки обладает высокой эффективностью, практически зависящей от содержания в очищаемом газе паров рту i сернистого газа. При очистке печных газов ртути производства, содержащих до 7 г/м³ сернистого газа, пол ют 25 %-ю серную кислоту и сульфат ртути (II), который ждают из поглотительного раствора тиосульфатом нат| или сероводородом и перерабатывают. Поглотителк растворы содержат также сульфаты марганца и дитиомо кислый марганец.

При использовании кускового пиролюзита, смоченн серной кислотой, метод является селективным кисло перманганатным, позволяющим очищать газы от пари ртути и только в незначительной степени от сернист газа. В этом случае крупные куски руды до 35 мм предкар тельно обрабатывают 10 %-й серной кислотой и мере них просасывают очищаемый газ, относительную вла ность которого доводят до 80-90 %.

Также для очистки газовоздушных смесей от паров рту и ее хлорных соединений (каломели и сулемы) было предл жено использовать водную суспензию мелкодисперсного ак тивного диоксида марганца. Эта суспензия поступает в мно гоступенчатый барботажно-пенный аппарат, имеющий пер форированные решетки. Очищаемый воздух через газозатор вдувают в пространство между решеткой и днищем, в ре* зультате чего осадок взмучивается, соприкасается с возду» хом, и пары ртути, содержащиеся в нем, адсорбируются ди> оксидом марганца. Барботажно-пенный аппарат работает по принципу противотока: очищаемый газ, поступая в аппарат снизу, освобождается от ртути и ее соединений по мере то) о

поднимается кверху, тогда как суспензия, переме-|i I, I иерху вниз, обогащается ртутными соединениями. Ампнный диоксид марганца, насыщенный ртутью и ее пиями, поступает на переработку, в результате кото-извлекают ртуть. Можно очищать воздух от ртути >*. I оодинений более чем на 99 % даже в том случае, если it кодном воздухе содержится не менее 1,4 мг/м³ сулемы, I mi м каломели и до 100 мг/м³ металлической ртути. 10.4. Очистка газов от ртути хлором и хлорной известью Сущность процесса очистки газов от ртути хлором ^■,73) заключается в образовании солей ртути (сулемы и ^■ВЛи) при взаимодействии газовой смеси, содержащей И ртути с небольшим количеством хлора.