2.4.2. Метод хемосорбции
Метод хемосорбции основан на поглощении газов и паров твердыми или жидкими поглотителями с образованием малолетучих или малорастворимых соединений. Большинство реакций, протекающих в процессе хемосорбции, является экзотермическими и обратимыми, поэтому при повышении температуры раствора образующееся химическое соединение разлагается с выделением исходных элементов. Поглотительная способность хемосорбента почти не зависит от давления, поэтому хемосорбция более выгодна при небольших концентрациях вредностей в отходящих газах.
Примером хемосорбции может служить очистка отходящих газов от сероводорода с использованием мышьяковощелочного раствора:
Na4As2S5O2 +H2S = Na4As2S6O +H2O. (2.23)
Регенерацию раствора проводят путем окисления продукта кислородом, содержащимся в очищаемом воздухе:
Na4As2S6O + 1/2O2 = Na4As2S5O2 + S2. (2.24)
В этом случае в качестве побочного продукта получается сера.
От сероводорода очищают газ и с применением раствора едкого натра. Получаемый при этом гидросульфид натрия используют для очистки сточных вод от металлов:
H2S + NaOH = NaHS + H2O. (2.24)
На мокром улавливании основано также производство некоторых редких металлов, таких как индий, кадмий и др. В данном случае, например, при производстве цинка индий переходит в возгоны (газовая фаза), которые затем конденсируются в дистиллировочном аппарате. Эти конденсаты собирают, они затем служат полупродуктом для производства металла.
Но мокрые способы очистки газов имеют и недостатки. При очистке получают разбавленные растворы и шламы, которые затем нужно куда-то утилизировать. Кроме этого, из-за высокой коррозионной активности газов и полученных растворов оборудование приходится делать в коррозиостойком исполнении и по возможности герметичным, что увеличивает его стоимость.
2.4.3. Адсорбционные методы
Адсорбция – диффузионный процесс, в котором происходит взаимодействие между газом и поверхностью твердых тел. Адсорбционные методы используют для очистки газов с невысоким содержанием газообразных и парообразных примесей. Различают физическую и химическую адсорбцию (хемосорбцию).
В качестве адсорбентов используют пористые материалы синтетического и природного происхождения с высокоразвитой внутренней поверхностью:
- активные угли;
- силикагели – гидратированные аморфные кремнеземы (SiO2 ∙ nH2O);
- алюмогель – активный оксид алюминия (Al2O3 ∙ nH2O), получаемый прокаливанием различных гидроксидов алюминия;
- цеолиты – алюмосиликаты, содержащие в своем составе оксиды щелочных и щелочно-земельных металлов;
- иониты – высокомолекулярные соединения органических веществ.
Регенерацию насыщенных адсорбентов осуществляют либо нагревом насыщенного адсорбента до температуры, превышающей рабочую, либо продувкой его паром или горячим газом.
Конструктивно адсорберы выполняются в виде вертикальных, горизонтальных либо кольцевых емкостей, заполненных пористым адсорбентом, через который фильтруется поток очищаемого газа. Фильтрация газа происходит через неподвижный (адсорберы периодического действия) или движущийся слой адсорбента. Наибольшее распространение получили адсорберы периодического действия, в которых период контактирования очищаемого газа с твердым адсорбентом чередуется с периодом регенерации адсорбента.
На рис. 2.17 представлена схема адсорбционной установки для удаления SO2 из горячего топочного газа. Основным агрегатом установки служит адсорбер 1, который заполнен древесным активированным углем. Горячий топочный газ проходит теплообменник 2, подогревает воздух, поступающий в топку, и подается в нижнюю часть адсорбера, где при температуре 150-200оС происходит улавливание сернистого газа. Очищенный дымовой газ выбрасывается в атмосферу через дымовую трубу. Адсорбент после насыщения переходит в десорбер 5, где с помощью подогревателя 3 поддерживается температура 300-600оС. Богатый оксидом серы газ выводится из десорбции и может быть направлен на получение серной кислоты каталитическим методом. Регенерированный адсорбент поступает в бункер 4 и затем с помощью ковшового элеватора в верхнюю часть адсорбера.
Рис. 2.17. Адсорбционная установка для удаления оксида серы
из горячего топочного газа
1 – адсорбер; 2 – теплообменник; 3 – подогреватель; 4 – бункер; 5 – десорбер