3. Техника и технология удаления газообразных вредных веществ из примесей

3.1 Абсорбционная очистка газов

Разработка и проектирование абсорбционных систем. Важнейшим воп­росом проектирования абсорбционных систем является выбор абсорбента. Требования к абсорбентам:

1. возможно большая абсорбционная емкость;

2. высокая селективность;

3. невысокое давление насыщенных паров;

4. легкость регенерации;

5. термохимическая устойчивость;

6. невысокая коррозионная активность;

7. небольшая вязкость;

8. доступность;

9. низкая стоимость.

Естественно, что абсорбенты, отвечающие в полной мере всем этим требованиям, отсутствуют. Поэтому в каждом конкретном случае необхо­димо подбирать абсорбент, максимально соответствующий определенным требованиям.

Абсорбционная очистка газов от диоксида серы.

Из большинства разра­ботанных хемосорбционных методов очистки газов от диоксида серы чаше всего применяется абсорбция водой, водными растворами и суспензия­ми щелочных и щелочно-земельных металлов.

Абсорбция водой диоксида серы сопровождается реакцией

При абсорбции SO₂ водой процесс лимитируется диффузионным со­противлением со стороны газа и жидкости.

Известняковые и известковые методы. Достоинством известняковых и известковых методов очистки отходящих газов от диоксида серы является простая технологическая схема, низкие эксплуатационные затраты, дос­тупность и дешевизна сорбента, возможность очистки газа без предвари­тельного охлаждения и обеспыливания.

Протекание тех или иных реакций зависит от состава и рН-суспензии. Если в растворе присутствуют различные примеси, процесс абсорбции зна­чительно осложняется.

Магнезитовый метод. Диоксид серы в этом случае поглощается оксид-гидроксидом магния. В процессе хемосорбции образуются кристаллогид­раты сульфита магния, которые сушат, а затем термически разлагают на SО₂  содержащий газ и оксид магния. Газ перерабатывают в серную кис­лоту, а оксид магния возвращают на абсорбцию.

Достоинства магнезитового метода: 1) возможность очищать горячие газы без предварительного охлаждения; 2) получение в качестве продукта рекуперации серной кислоты: 3) доступность и дешевизна хемосорбента, высокая эффективность очистки.

Недостатки: 1) сложность технологической схемы; 2) неполное разло­жение сульфата магния при обжиге; 3) значительные потери оксида маг­ния при регенерациии.

Цинковый метод. Абсорбентом служит суспензия оксида цинка.

Достоинством метода является возможность проводить процесс очис­тки при высокой температуре (200  250 °С). Недостаток  образование суль­фата цинка, который экономически не целесообразно подвергать регенера­ции, а необходимо непрерывно выводить из системы и добавлять в нее эквивалентное количество диоксида цинка.

Абсорбция хемосорбентами на основе натрия. Достоинством этого ме­тода является использование нелетучих хемосорбентов, обладающих боль­шой поглотительной способностью. Метод может применяться для улав­ливания диоксида серы из газов любой концентрации.

Аммиачные методы. При этих методах поглощение диоксида серы про­изводится аммиачной водой или водными растворами сульфит-бисульфита аммония с последующим его выделением. Достоинством метода является высокая эффективность процесса, доступность сорбента и получение не­обходимых продуктов (сульфит и бисульфит аммония).

Имеются циклические и нециклические методы. В аммиачпо-нецик­личном методе бисульфит аммония выпускают в качестве товарного про­дукта. В цикличном методе получают концентрированный диоксид серы.

Абсорбция расплавленными солями. Для очистки газов при высокой темпе­ратуре используется эвтеклическая смесь карбонатов щелочных металлов со­става.

Процесс состоит из стадий абсорбции, восстановления и регенерации абсорбента. Абсорбция диоксида серы производится карбонатами с образо­ванием сульфитов и сульфатов металлов. Скорости реакций очень велики, поэтому процесс лимитируется скоростью переноса диоксида серы. Абсор­бцию производят в оросительном скруббере при скорости газа 7,5 м/с. Ре­акции, проходящие в скруббере, экзотермичны, что позволяет частично компенсировать потерю тепла.

Абсорбция ароматическими аминами. Для абсорбции диоксида серы из отходящих газов цветной металлургии применяют растворы ксилидина или диметиланилина. В одном из разра­ботанных процессов абсорбентом является смесь (1:1) ксилидина и воды. Ксилидин и вода обычно не смешиваются, но при взаимодействии диок­сида серы с ксилидином образуется некоторое количество ксилидинсульфита, растворимого в воде

Абсорбционные метода очистки газов от оксидов азота. Известны следу­ющие соединения азота с кислородом: N₂O, NO, N₂O₃, NO₂, N₂O₄, N₂O₅, NO₃, N₂O₆.

Большей частью с отходящими газами выбрасываются NO и NO₂ при их одновременном присутствии. Для абсорбции окислов азота используют воду, растворы щелочей и селективные сорбенты, кислоты и окислители.

Абсорбционная очистка газов от оксида углерода. Оксид углерода явля­ется высокотоксичным газом. Он образуется при неполном сгорании ве­ществ, содержащих углерод. СО входит в состав газов, выделяющихся в процессах выплавки и переработки черных и цветных металлов, выхлоп­ных газов двигателей внутреннего сгорания, газов, образующихся при взрывных работах, и т. д.

Для очистки газов от оксида углерода используют абсорбцию или про­мывку газа жидким азотом. Абсорбцию проводят также водно-аммиачны­ми растворами закисных солей ацетата, формиата или карбоната меди.

Разработана и постоянно пополняется база данных абсор­бентов, содержащая перечень наиболее часто используемых жидкостей для абсорбционной очистки различных газов. В табл. 13 приведен фрагмент этой базы.

Таблица 13  Абсорбенты, применяемые для очистки газов

Газообразный загрязнитель	Абсорбент
Диоксид серы	Вода  Н20; Суспензия известняка в воде; Водный раствор сульфита аммония с добавкой серной кислоты  (NH4)2S03; Аммиачная вода  (NH4)2OH; Водный раствор сульфит-бисульфита аммония  (NH4)2SO3, NH4HSO3; Водный раствор, содержащей сульфит, бисульфит аммония и фосфорную кислоту; Смесь ксилидина и воды (1:1)  C6H3(CH3)2NH2; Диметиланилин безводный; Водный раствор поташа  К2СО3; Волный раствор сульфита калия  K2SO3; Формиат калия в виде расплава  КНООС; Формиат калия в виде полного раствора  КНООС; Эвтектическая смесь расплавов карбонатов металлов — Li2CO3. Na2CO3, K2CO3; Магнезитовая водная суспензия  MgO, MgSO3, MgSO4; Водный раствор карбоната и сульфита калия; Водная суспензия цинка  ZnO; Сточная вода, имеющая рН = 10,3  11,4; Суспензия золы в воле (вода золоудаления ТЭС); Водный раствор соды  Na2CO3; Водный раствор, содержащий карбонат и сульфит натрия
Сероводород	Водный раствор поташа  К2СО3; Водный раствор фосфата калия  К3РО4; Водный раствор моноэтаноламина  ОН-СН2-СН2-NH2; Оксид мышьяка, растворимый в растворе соды или в растворе аммиака  Na4As2S6O; Щелочной раствор с рН = 8,5  9,5 соды с эквимолекулярным количеством ванадата натрия-аммония и антро-хинон-2,62,7 дисульфоната; Водный раствор хинона; Взвесь гидроксилов двух- и трехвалентного железа в растворе соды  Na2CО3, FeSO4, Fе2(SO4)3
Оксид углерода	Медно-аммиачный раствор  [Cu(NH3)2(H2O)]-; Жидкий азот; Раствор СuАlСl4 в толуоле
Аммиак	Вода  Н2О; Водный раствор фосфорной кислоты  Н3РО4; Водный раствор серной кислоты  H2SO4; Водный раствор ПАВ с добавкой серной кислоты
Оксид азота	Водный раствор сульфата железа  FeSO4; Водный раствор хлорида железа  FeCl2; Водный раствор тиосульфата натрия  Na2S2O3; Водный раствор гидросульфита натрия  NaHSO3; Водный раствор мочевины — (NH2)2CO; Сульфаминовая кислота  NH2SO3H; Водный раствор аммиака  (NH4)2ОH; Раствор соды с Fe(II)-ЭДТА в качестве катализатора; Хлорная вода  Сl2ОН; Вода
Диоксид азота	Вода; Раствор мочевины с тетрасульфофталоцианином кобальта (меди или никеля) в качестве катализатора  СО(NH2)2; Раствор серной кислоты  H2SO4; Водный раствор соды  Na2CO3; Водный раствор аммиака  (NH4)2OH; Водный концентрированный раствор азотной кислоты  HNO3; Водный раствор сульфита аммония  (NH4)2SO3; Водный 3%-ный раствор гидроксида натрия  NaOH; Водный раствор гидроксида кальция  Са(ОН)2; Аммиачно-щелочной раствор

Продолжение таблицы 13

Газообразный загрязнитель	Абсорбент
Смесь оксидов азота	Водный раствор пероксида водорода  Н2О2; Водный раствор мочевины  CO(NH2)2; Смесь серной и азотной кислот
Смесь диок­сида серы и оксидов азота	Водный раствор соды  Na2СО3; Водный раствор едкого натра  NaOH; Суспензия гидроксида кальция в воде  Са(ОН)2; Водный раствор мочевины концентрацией  СО(NH2)2; Вода
Фенол	Водный раствор гидроксида натрия  NaOH; Раствор пероксидисульфоната аммонии с нитратом серебра
Формальдегид	Раствор щелочи, содержащий фенолят натрия; Водный раствор, содержащий пероксидисульфат аммония, аммиак и нитрат серебра; Водный раствор мочевины  СО(NH2)2; Водный раствор формальдегида; Смесь аммофоса и мочевины (1:1)
Ксилол	Вола; Эмульсия минерального масла состава в водном растворе ПАВ
Толуол	Дизельное топливо; Вода; Эмульсия минерального масла состава в водном растворе ПАВ
Хлор	Водный раствор гидроксида натрия  NaOH; Водная суспензия известкового молока  Са(ОН)2; Водный раствор лигносульфоната кальция
Хлороводород	Вода
Фтор	Вода; Водный раствор щелочи
Фтороводород	Водный раствор карбоната натрия  Na2CO3; Водный раствор бифторида калия  KHHF; Вода; Водный раствор карбоната аммония  (NH4)2CO3; Водный раствор аммиака  (NH4)2OH

Единственным газом, для удаления ко­торого практически не используются абсорбционные процессы, является оксид углерода.

От правильного выбора абсорбента зависит решение главной пробле­мы абсорбционного метода  проблемы сточных вод.

Правильно сконструированная абсорбционная газоочистная установ­ка должна работать с максимально возможной эффективностью и пропуск­ной .мощностью и с наименьшими капитальными и эксплуатационными расходами.

Технологический расчет абсорбционной установки выполняют в три этапа.

На первом этапе производят материальные и энергетические расчеты и устанавливают условия равновесия, определяют необходимость цирку­ляции раствора, устанавливают необходимую степень регенерации раство­ра, расход энергии на регенерацию и потери раствора при регенерации.

На втором этапе выбирают конструкции аппаратов, рассчитывают массо- и теплопередачу, гидродинамику и габариты аппаратов.

На третьем этапе уточняют технологические параметры и осуществляют оптимизацию процесса.

Оптимизация  процесс выбора наилучшего варианта из возможных.