Содержание
Введение
1. Сущность предмета и историяразвития
2. Очистка газов от SOx
2.1 Процесс с использованием CuO/CuS04
2.2 Катализаторы
2.3 Угольное топливо с добавкамиизвести
2.4 Введение сухого сорбента
Литература
Введение
Тема реферата: Сущностьпредмета «Технология очистки и утилизации газовых выбросов» и история развития.
Цель дисциплины«Технология очистки и утилизации газовых выбросов»:
- изучение основныхметодов обезвреживания газовых выбросов и способов их утилизации, теоретическихи практических основ используемых методов, выбор эффективных современныхтехнологий
Задачидисциплины «Технологияочистки и утилизации газовых выбросов»:
1. Методы очистки иобезвреживания отходящих газов.
2. Очистка отходящихгазов от аэрозолей.
3. Абсорбционныеметоды очистки газов.
4. Адсорбционные ихемосорбционные методы очистки отходящих газов.
5. Методыкаталитической и термической очистки отходящих газов.
1. Сущность предмета и историяразвития
газ очисткакатализатор адсорбционный
До определенного этапаразвития человеческого общества, в частности индустрии, в природе существовалоэкологическое равновесие, т.е. деятельность человека не нарушала основныхприродных процессов или очень незначительно влияла на них. Экологическоеравновесие в природе с сохранением естественных экологических системсуществовало миллионы лет и после появления человека на Земле. Так продолжалосьдо конца XIX в. Двадцатый век вошел в историю каквек небывалого технического прогресса, бурного развития науки, промышленности,энергетики, сельского хозяйства. Одновременно как сопровождающий фактор росло ипродолжает расти вредное воздействие индустриальной деятельности человека наокружающую среду. В результате происходит в значительной мере непредсказуемоеизменение экосистем и всего облика планеты Земля.
В настоящее время сростом и бурным развитием промышленности большое внимание уделяется ееэкологической обоснованности, а именно проблеме очистке и утилизации отходов. Вданном конспекте лекций рассматривается один из видов отходов промышленности –газовые выбросы предприятий. Впервые как проблему газовые выбросы можно рассматриватьна примере лондонского «смога» (от англ. smoke– дым), под которым первоначально понимали смесьсильного тумана и дыма. Такого типа смог наблюдался уже в Лондоне уже более 100лет назад. В настоящее время это уже более широкий термин – над всеми большимии индустриально развитыми мегаполисами помимо дымотуманного смога выделяют ифотохимический смог. Если причиной смога первого типа является в основномсжигание угля и мазута, то причиной второго – выбросы автотранспорта. Конечноже, все это усугубляется некоторым кумулятивным действием большого количествапримесей., при дымотуманном смоге сернистый газ дает аэрозоль серной кислоты(из ряда кислотных дождей) который, естественно, намного реактивней по своемудействию.
Неудивительно, что внастоящее время пристальное внимание уделяется проблеме удаления первопричинвозникновения таких нежелательных явлений, как выбросы в атмосферу. В даннойработе тематика проблемы сознательно ограничена рамками промышленных газовыхвыбросов, так как именно промышленность является источником опасных и крайнеопасных примесей и составляющих явлений типа «смога».
В газообразныхпромышленных выбросах вредные примеси можно разделить на две группы:
а) взвешенные частицы(аэрозоли) твердых веществ — пыль, дым; жидкостей — туман
б) газообразные ипарообразные вещества.
К аэрозолям относятсявзвешенные твердые частицы неорганического и органического происхождения, атакже взвешенные частицы жидкости (тумана).
Пыль – это дисперснаямалоустойчивая система, содержащая больше крупных частиц, чем дымы и туманы.
Счетная концентрация(число частиц в 1 см3) мала по сравнению с дымами и туманами.Неорганическая пыль в промышленных газовых выбросах образуется при горныхразработках, переработке руд, металлов, минеральных солей и удобрений,строительных материалов, карбидов и других неорганических веществ. Промышленнаяпыль органического происхождения – это, например, угольная, древесная,торфяная, сланцевая, сажа и др. К дымам относятся аэродисперсные системы смалой скоростью осаждения под действием силы тяжести. Дымы образуются присжигании топлива и его деструктивной переработке, а также в результатехимических реакций, например при взаимодействии аммиака и хлороводорода, приокислении паров металлов в электрической дуге и т.д. Размеры частиц в дымахмного меньше, чем в пыли и туманах, и составляют от 5 мкм до субмикронныхразмеров, т.е. менее 0,1 мкм. Туманы состоят из капелек жидкости, образующихсяпри конденсации паров или распылении жидкости. В промышленных выхлопах туманыобразуются главным образом из кислоты: серной, фосфорной и др. Вторая группа –газообразные и парообразные вещества, содержащиеся в промышленных газовыхвыхлопах, гораздо более многочисленна. К ней относятся кислоты, галогены игалогенопроизводные, газообразные оксиды, альдегиды, кетоны, спирты,углеводороды, амины, нитросоединения, пары металлов, пиридины, меркаптаны имногие другие компоненты газообразных промышленных отходов.
В настоящее время, когдабезотходная технология находится в периоде становления и полностью безотходныхпредприятий еще нет, основной задачей газоочистки служит доведение содержаниятоксичных примесей в газовых примесях до предельно допустимых концентраций(ПДК), установленных санитарными нормами. В данной таблице выборочно приведеныПДК некоторых атмосферных загрязнителей.
При содержании в воздухенескольких токсичных соединений их суммарная концентрация не должна превышать1, т.е.
с1/ПДК1+ с2/ПДК2 +… + сn/ПДКn = 1
где c1, с2,..., сn – фактическая концентрация загрязнителей в воздухе,мг/м3;
ПДК1, ПДК2,...,ПДКn – предельно допустимая концентрация, мг/м3.
При невозможностидостигнуть ПДК очисткой иногда применяют многократное разбавление токсичныхвеществ или выброс газов через высокие дымовые трубы для рассеивания примесей вверхних слоях атмосферы. Теоретическое определение концентрации примесей внижних слоях атмосферы в зависимости от высоты трубы и других факторов связанос законами турбулентной диффузии в атмосфере и пока разработано не полностью.Высоту трубы, необходимую, чтобы обеспечить ПДК токсичных веществ в нижнихслоях атмосферы, на уровне дыхания, определяют по приближенным формулам. ВЕЩЕСТВА
ПДК, мг/м3 макс. разовая среднесуточная Аммиак 0,2 0,2 Ацетальдегид 0,1 0,1 Ацетон 0,35 0,35 Бензол 1,5 1,5 Гексахлоран 0,03 0,03 Ксилолы 0,2 0,2 Марганец и его соединения - 0,01 Мышьяк и его соединения - 0,003 Метанол 1,0 0,5 Нитробензол 0,008 0,008 Оксид углерода (СО) 3,0 1,0
Оксиды азота (в пересчете на N2O5) 0,085 0,085
Оксиды фосфора (в пересчете на P2O5) 0,15 0,05 Ртуть 0,0003 0,0003 Свинец - 0,0007 Сероводород 0,008 0,008 Сероуглерод 0,03 0,005
Серы диоксид SO2 0,5 0,05 Фенол 0,01 0,01 Формальдегид 0,035 0,012 Фтороводород 0,05 0,005 Хлор 0,1 0,03 Хлороводород 0,2 0,2 Тетрахлорид углерода 4,0 2,0 /> /> /> />
Величина ПДВ для выбросанагретой газовоздушной смеси из одиночного источника с круглым устьем илигруппы таких близкорасположенных одинаковых источников в случае, когда фоноваяконцентрация рассматриваемой примеси установлена независимо от скорости инаправления ветра, и постоянной на территории города, рассчитывается поформуле.
/>
где,ПДК – предельно допустимая концентрация загрязняющих веществ ватмосферном воздухе населенных мест, мг/м3.
Сф– фоновая концентрация примеси, определенная расчетным путем и не зависящая отскорости и направления ветра мг/м3.
А– коэффициент, зависящий от температуры стратификации атмосферы и определяющийусловия горизонтального и вертикального рассеивания атмосферных примесей. Натерритории Украины А = 160.
F– безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания загрязняющих веществв атмосфере. Для газообразных веществ и мелкодисперсных аэрозолей, скоростьупорядоченного оседания которых не более 3–5 м/с F = 1. Для болеекрупнодисперсных пыли и золы при среднем эксплуатационном коэффициенте очисткине менее 90% F =2. При эксплуатационном коэффициенте очистки от75% до 90% F =2,5, а менее 75% или при его отсутствии F = 3.
Н– высота источника выброса.
∆Т– разность между температурой газа и температурой воздуха.
ή–коэффициент, учитывающий влияние рельефа на рассеивание примесей.
V1– объем газовоздушной смеси, определяется по формуле.
/>
П = 3,14.
D– диаметр устья источника выбросов.
ω0– средняя скорость выхода смеси из источника.
/>
/>
/>
ПриVm
0,3Vm ≤ 2 n определяется по формуле (1)
Vm>2 n = 1
/> (1)
Максимальнуюприземную концентрацию загрязняющего вещества рассчитывают по формуле
/>
Необходимособлюдать условие: Сm
Метод достижения ПДК спомощью «высоких труб» служит лишь паллиативом, так как не предохраняетатмосферу, а лишь переносит загрязнения из одного района в другие.
В соответствии схарактером вредных примесей различают методы очистки газов от аэрозолей и отгазообразных и парообразных примесей. Все способы очистки газов определяются впервую очередь физико-химическими свойствами примесей, их агрегатнымсостоянием, дисперсностью, химическим составом и др. Разнообразие вредныхпримесей в промышленных газовых выбросах приводит к большому разнообразиюметодов очистки, применяемых реакторов и химических реагентов.
2. Очисткагазов от SOx
2.1 Процесс с использованием CuO/CuS04
Внастоящее время существует несколько методов очистки топочных дымов от оксидовсеры с использованием химических превращений. Все методы предполагаютпредварительную стадию адсорбции SO2, тем не менее обсуждаются в даннойглаве, поскольку их основу составляет химическое превращение оксидов серы вновое химическое соединение, выделяемое из газового потока.
2.2Катализаторы
Методобеспечивает одновременную очистку газов от NOX и SOXв присутствии катализатора — оксидамеди (CuO), нанесенного на оксид алюминия.Топочный газ подается в реактор с параллельным расположением каналов дляпрохождения газового потока, заполненных катализатором. Процесс с учетомпоследовательности операций может быть представлен брутто-уравнениями.
Поглощениеоксидов:
CuO + ½O2 + SO2 -* CuSO4;
2NO + 2NH4 + ½ O2→2N2+3H2O
Регенерация:
CuS04+ 2H2 → Cu + SO2+2H20;
Cu+½O2→ CuO
Топочныйгаз при 390 °C подается в один из реакторов гдеоксид серы взаимодействует с CuO собразованием сульфата меди (CuSO4). Сульфатмеди и в меньшей степени оксид катализаторами процесса восстановления оксидовазота аммиаком. После насыщения реактора CuSO4 топочный газ переключается на новый реактор, в товремя как отработанный подвергается регенерации. Молекулярный (Н2)восстанавливает сульфат меди до меди, при этом из реактора поток содержитдостаточное количество SО2.Для получения серной или сернистой кислоты. После окисления в оксид меди (CuO) реактор снова готов к поглощениюоксидов из потока. В промежутке между стадиями поглощения и генерации реакторпродувается паром до полной отдувки топочного газа или водорода во избежаниевзрыва. Установка может пользоваться также только для выделения оксидов азота(при этом опускается стадия регенерации) или предназначаться для деления SOX (при этом в газовый поток невводится аммиак). В настоящее время в США создается проект городской котельнойс одновременным 90 %-ным удалением оксидов азота и серы указанным способом.
2.3 Угольноетопливо с добавками извести
В связис необходимостью перевода топочных устройств на угольное топливо возниклапотребность в разработке новых методов сжигания, обеспечивающих чистотувыбросов в атмосферу в соответствии с экологическими требованиями. Дляуменьшения содержания SO2 разработаны два способа сприменением извести: приготовление гранул из угольной крошки с добавкой известидля использования в колосниковых топках и добавление порошкообразной извести кугольной пыли для использования в топках с форсуночным распылением топлива.Проблема уменьшения количества оксидов серы в топочных газах должна решатьсяпараллельно со снижением в них содержания NO. Лабораторные опыты показывают, что меры по снижениюконцентрации оксидов азота в отходящем дыме (повышенное время пребываниятопочного дыма в зоне сгорания и снижение максимальной температуры пламени)также приводят к снижению концентрации SO2 при введении извести. Реакция связывания SO2 описывается брутто-уравнением
Ca S03+½O2 + S02→CaS04 + C02.
Использованиегранул с добавкой извести при отношении Ca: S = 3: 5 уменьшает концентрацию оксидов серы на 70 % в лабораторных опытах и на 50 %при сжигании в колосниковых с небольшой мощности. Эти показатели несколькониже, для традиционной очистки газов от SO2 методом промывки, однако если учесть простоту и широкоераспространение угольных. топок, то этот метод имеет значительные перспективы.Дальнейшее развитие метода предполагает усовершенствование процессаприготовления гранул, повышение их механической прочности а также детальноеизучение процесса их сгорания.
Хорошиерезультаты получены при добавках извести ной пыли в топках форсуночного типа.Данные, на пилотной установке, показали снижение на 80 % оксидов серы втопочном дыме при отношении Са: S = 3•1. Высокий эффект обусловлен повышенной подачей топлива по отношению к воздухуи снижением максимальной температуры пламени, что одновременно обеспечилохороший показатель по содержанию оксидов азота в отходящем потоке.
Для двухприведенных методов введения в топку извести требуется получение более полнойинформации в следующих областях: эффективность связывания оксидов серы взависимости типа угля, типа известковой добавки и ее количества; конструкциятопки и условия эксплуатации; вопросы шлакообразований засорение топки изабивка дымоходов, сбор твердых отходов и и утилизация. Перспективность этогометода во многом определяет его эффективностью при большей простоте и меньшихкапиталовложениях по сравнению с традиционной промывкой топочного газа вскрубберах.
2.4 Введение сухого сорбента
Сухойсорбент вводят методом, аналогичным изложенному в предыдущем разделе, при этомконцентрацию SO2 в топочном газе можно снизить на 50 %. Сухой щелочнойагент вдувается под давлением в магистраль отходящего топочного дыма ипрореагировавшие твердые продукты отделяются от потока. Для отделенияиспользуют тканевые фильтры. Подбором сорбентов установлено, что натриевые солигораздо эффективнее кальциевых соединений. Реакция с оксидами серы описываетсяуравнениями:
2NaHC03 + S02 → Na2SO3 + 2СО2 + Н2О;
Na2C03 + S02→ Na2S03 + CO2.
Вкачестве сорбента удобно использовать нахколит приpодный -минерал Na2CO3*NaHCO3*2H2O, который доступен, недорог хорошей реакционной способностью.Реакция протекает с достаточной скоростью при температурах 110 — 150°С; повышениетемпературы приводит к увеличению степени использования сорбента и снижаетсодержание SO2 в газовом потоке
Потенциальнометод можно использовать во многих сжигающих устройствах, но в данное времяопыт накоплен применительно к котельным небольшой мощности. Преимуществаметода:
1) возможностьпрактического использования;
2) низкиекапиталовложения по сравнению с устройствами для обессеривания отходящих газовпутем промывки;
3) болеевысокая производительность;
4)простота удаления отходов.
Основныенедостатки:
1) болеенизкая степень удаления SO2 из газового потока по равнению сметодом промывки в скрубберах;
2) нетданных об эффективности при использовании в топках высокой мощности;
3)твердые отходы вместе с золой растворимы в воде и при хранении представляютопасность с точки зрения загрязнения грунтовых вод.
Еще одинметод удаления SO2 основан на реакции SO2 с известью/карбонатом натрия, однако здесь этот методне рассматривается, поскольку, как и при промывании раствором извести илиизвестняка, основным процессом является абсорбция, а не химическая реакция.
Литература
1. Родионов А.И. идр. Техника защиты окружающей среды. Учебник для вузов. — М.: Химия, 1989. — 512 с.
2. Защита атмосферыот промышленных загрязнений. Справочник в 2-х частях. Под ред. С. Калверта. — М.: Металлургия. — 1988. — 760 с.
3. Кузнецов И.Е.,Троицкая Т.М. Защита воздушного бассейна от загрязнений вредными веществамихимических предприятий. М.: Химия, 1979. 344 с.
4. Беспамятнов Г.П.,Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающейсреде. Справочник. Л.: Химия, 1985. 528 с.