Разрез
Пыль
План План
Рис. 5 Пылеосадочная камера. Рис.6 Пылеосадочная камера лабиринтного типа.
Эффективность очистки можно увеличить (до 85-90%), если камеру выполнить лабиринтного типа, хотя это влечет за собой увеличение гидравлического сопротивления.
Инерционные пылеуловители.Такой пылеуловитель представляет собой набор усеченных конусов 1, установленных последовательно таким образом, что между ними образуются щели 2. Пыльный воздух поступает через отверстие 3. Пылеотделение основано на изменении направления движения пыльного воздуха, при этом взвешенные частицы пыли, имеющие значительно большую силу инерции, чем чистый воздух, продолжают двигаться в прежнем направлении к узкому отверстию 4, а чистый воздух выходит через щели 2.
Рис. 7 Жалюзийный пылеотделитель.
Для очистки выбросов от пыли наиболее распространенным видом оборудования является циклон. Очищаемый газ из входного патрубка 1 через винтообразный вход 2 поступает сначала в цилиндрическую (4), а затем коническую (5) части корпуса, где во вращающемся потоке под действием центробежных сил более тяжелые, чем частицы воздуха, пылевые частицы сепарируются к периферии, а затем под действием силы тяжести собираются в пылевой бункер 7, выход из которого закрыт пылевым затвором. Более чистый газ из центральной части корпуса через выхлопную трубу 3 поступает в камеру 8 очищенного газа, а из нее в патрубок 9 выхода очищенного газа. Пылевой затвор обычно выполняют в виде мигалки с конусным клапаном. Когда вес накопившейся в пылевом бункере пыли превысит силу прижатия конусного клапана, создаваемого контргрузом, клапан откроется, сбросит пыль в приемную емкость и под действием груза вновь закроется.
Рис. 8 Циклон
Если эффективность действия циклона, особенно на мелко дисперсных взвесях, невелика, применяют батарею – группу циклонов, в которой очищаемая газопылевая смесь проходит последовательно из одного циклона в другой.
В технике пылеулавливания широко применяют фильтры, которые обеспечивают высокую эффективность улавливания мелких частиц. Процесс очистки заключается в пропускании очищаемого газа через пористую перегородку или слой пористого материала. Перегородка работает как сито, не пропуская частицы с размером большим диаметра пор. Частицы же меньшего размера проникают внутрь перегородки и задерживаются там за счет инерционных, электрических и диффузионных механизма, некоторые просто заклиниваются в искривленных и разветвленных поровых каналах. По типу фильтровального материала фильтры делятся на тканевые, волокнистые и зернистые.
Для очистки больших объемов газа с большой эффективность применяют электрофильтры. Основным элементом электрофильтра являются пары электродов, один из которых коронирующий, а другой осадительный. На электроды подастся постоянное высокое напряжение ( от 14 до 100 кВ). Сущность работы электрофильтра состоит в следующем. Т.к. осадительный электрод обладает значительно большей площадью, нежели коронирующий, между ними создается неоднородное электрическое поле, наиболее высокая напряженность которого наблюдается у коронирующего электрода. При высоких напряжениях у коронирующего электрода возникает коронный разряд и начинается ионизация воздуха - образуются пары отрицательно и положительно заряженных ионов. Через пространство между электродами пропускают очищаемый газ, электроны адсорбируются на поверхности частиц пыли, заряжая тем самым их. Отрицательно заряженные частицы пыли начинают перемещаться к положительному осадительному электроду и прилипают к нему, удерживаясь электрической силой. Электроды выполняются различной формы, важно лишь создать неоднородное электрическое поле с концентраторами его напряженности на коронирующем электроде. На рис. показана конструкция пары электродов с трубчатым осадительным электродом.
Рис. 9 Принципиальная схема электрического фильтра (схема дана для одного элемента цилиндрического фильтра)
1 – загрязнительный поток; 2 – осадительный (цилиндрический) электрод;
3 – коронирующий электрод; 4 – очищенный поток; 5 – взвесь; +И – электрический ток положительного заряда; -И – то же, отрицательного заряда.
Пылеуловители мокрого типа целесообразно применять для очистки высокотемпературных газов, улавливания пожаровзрывоопасных пылей и в тех случаях, когда наряду с улавливанием пыли требуется улавливать токсичные газовые примеси и пары. Аппараты мокрого типа иначе называют промывателями газов, скрубберами. Номеклатура типов аппаратов разнообразна.
В таких аппаратах газ на очистку поступает под решетку 3, проходит через отверстия в решетке и, барботируя через слой жидкости и пены 2, очищается от части пыли за счет осаждения частиц на внутренней поверхности газовых пузырей.
Риc. 10 Барботажно-пенный пылеуловитель с
Физико-химические методы очистки от вредных газов
Методы очистки промышленных выбросов от газообразных загрязнителей по характеру протекания физико-химических процессов делят на пять основных групп: промывка выбросов растворителями примесей (абсорбция); промывка выбросов растворами реагентов, связывающих примеси химически (хемосорбция); поглощение газообразных примесей твердыми активными веществами (адсорбция); термическая нейтрализация отходящих газов и поглощение примесей путем применения каталитического превращения.
Метод абсорбции.В технике очистки газовых выбросов процесс абсорбции часто называют скрубберным процессом. Очистка газовых выбросов методом абсорбции заключается в разделении газовоздушной смеси на составные части путем поглощения одного или нескольких газовых компонентов (абсорбатов) этой смеси жидким поглотителем (абсорбентом) с образованием раствора.
Движущей силой здесь является градиент концентрации на границе фаз газ– жидкость. Растворенный в жидкости компонент газовоздушной смеси (абсорбат) благодаря диффузии проникает во внутренние слои абсорбента. Процесс протекает тем быстрее, чем больше поверхность раздела фаз, турбулентность потоков и коэффициенты диффузии, т.е. в процессе проектирования абсорберов особое внимание следует уделять организации контакта газового потока с жидким растворителем и выбору поглощающей жидкости (абсорбента).
Решающим условием при выборе абсорбента является растворимость в нем извлекаемого компонента и ее зависимость от температуры и давления. Если растворимость газов при 0°С и парциальном давлении 101,3 кПа составляет сотни граммов на 1 кг растворителя, то такие газы называют хорошо растворимыми.
Для удаления из технологических выбросов таких газов, как аммиак, хлористый или фтористый водород, целесообразно применять в качестве поглотительной жидкости воду, так как растворимость их в воде составляет сотни граммов на 1 кг Н2О. При поглощении же из газов сернистого ангидрида или хлора расход воды будет значительным, так как растворимость их составляет сотые доли грамма на 1 кг воды. В некоторых специальных случаях вместо воды применяют водные растворы таких химических веществ, как сернистая кислота (для улавливания ароматических углеводородов из коксового газа) и др.
Организация контакта газового потока с жидким растворителем осуществляется либо пропусканием газа через насадочную колонну, либо распылением жидкости, либо барботажем газа через слой абсорбирующей жидкости. В зависимости от реализуемого способа контакта газ-жидкость различают: насадочные башни: форсуночные и центробежные скрубберы, скрубберы Вентури; барботажно-пенные, тарельчатые и другие скрубберы.
Общее устройство противопоточной насадочной башни приведено на рис. . Загрязненный газ входит в нижнюю часть башни, а очищенный покидает ее через верхнюю часть, куда при помощи одного или нескольких разбрызгивателей 2 вводят чистый поглотитель, а из нижней отбирают отработанный раствор. Очищенный газ обычно сбрасывают в атмосферу. Жидкость, покидающую абсорбер, подвергают регенерации, десорбируя загрязняющее вещество, и возвращают в процесс или выводят в качестве отхода (побочного продукта). Химически инертная насадка 1 , заполняющая внутреннюю полость колонны, предназначена для увеличения поверхности жидкости, растекающейся по ней в виде пленки. В качестве насадки используют тела разной геометрической формы, каждая из которых характеризуется собственной удельной поверхностью и сопротивлением движению газового потока. Типичные формы насадок показаны на рис.. Материалы для изготовления насадок (керамика, фарфор, пластмассы, металлы) выбираются исходя из соображений антикоррозионной устойчивости.
Большое распространение получили башни с колпачковыми тарелками.
На рис. изображена схема устройства тарельчатого абсорбера, в котором вместо насадки установлено несколько тарелок 1.
Рис.11Орошаемая противопоточная насадочная башня
Рис. 12 Формы стандартнкх элементов насадки:
1 —седло Берля; 2 —кольцо Рашига; 3 —кольцо Палля; 4 — розетка Теллера;
5 — седло «Инталокс»
Каждая тарелка снабжена колпачками 2 с зубчатыми краями, патрубками 3 и переливными трубками 4. Абсорбент в этих аппаратах стекает от тарелки к тарелке по переливным вертикальным трубкам. Очищаемый газ движется снизу вверх в направлении, указанном стрелками, барботируя через слой жидкости. При прохождении между зубцами колпачков газ разбивается на множество струек и пузырьков, в результате чего образуется большая поверхность соприкосновения взаимодействующих веществ. Иногда вместо колпачковых тарелок применяют перфорированные пластины с большим количеством мелких отверстий (диаметр ~6 мм), которые создадут пузырьки газа одинаковой формы и размера. Более мелкие отверстия затрудняют стекание промывной жидкости особенно при значительных расходах газа.
Применение абсорбированных методов очистки, как правило, связано с использованием схем, включающих узлы абсорбции и десорбции. Десорбцию растворенного газа (или регенерация растворителя) проводят либо снижением общего давления (или парциального давления) примеси, либо повышением температуры, либо использованием обоих приемов одновременно.
Рис. 13 Схема колпачково-тарельчатого абсорбера.
Метод хемосорбции.Основан на поглощении газов и паров твердыми или жидкими поглотителями с образованием малолетучих или малорастворимых химических соединений. Поглотительная способность хемосорбента почти не зависит от давления, поэтому хемосорбция более выгодна при небольшой концентрации вредностей в отходящих газах. Болыпинство реакций, протекающих в процессе хемосорбции, являются экзотермическими и обратимыми, поэтому при повышении температуры раствора образующееся химическое соединение разлагается с выделением исходных элементов. На этом принципе основан механизм десорбции хемосорбента.
Примером хемосорбции может служить очистка газовоздушной смеси от сероводорода с применением мышьяковощелочного, этаноламинового и других растворов. При мышьяковощелочном методе извлекаемый из отходящего газа сереводород связывается оксисульфомышьяковой солью, находящейся в водном растворе:
Nа4Аs2S5О2 + Н2S = Nа4Аs2S55О + Н2О
Регенерацию раствора производят окислением кислорода, содержащегося в очищаемом воздухе:
Nа4Аs2S5О + 1/2O2 = Nа4Аs2S55О2 + S2
В этом случае в качестве побочного продукта получается сера.
Основным видом аппаратуры для реализации процессов хемосорбции служат насадочные башни, пенные и барботажные скрубберы, распылительные аппараты типа труб Вентурии аппараты с различными механическими распылителями. В
Рис.14.
Скруббер с подвижной насадкой
В промышленности распространены аппараты с подвижной насадкой, к достоинствам которых относятся высокая эффективность разделения при умеренном гидравлическом сопротивлении, а также большая пропускная способность по газу.
На рис. показана принципиальная схема скруббера с подвижной насадкой. В верхней части аппарата установлен ороситель 1, а под ним размещены верхняя 2 и нижняя опорная 5 ограничительные решетки, между которыми находится подвижная насадка. К опорной решетке меныпим основанием прикреплен расширяющийся усеченный кольцевой элемент 4, делящий пространство опорной решетки на кольцевую 3 и центральную 6 зоны. В качестве насадочных тел используют полые, сплошные и перфорированные шары, а также кольца, полукольца, кубики, скрещенные сплошные и перфорированные диски.
Обрабатываемый газ подается в аппарат под опорную решетку и делится на два потока: центральный и кольцевой. При прохождении кольцевой зоны поток газа сужается, увеличивает скорость движения, вступает в контакт с прижимаемыми к стенке элементами подвижной насадки и перемещает их от стенки в центральный поток. Насадка совершает пульсационное движение в центральном и прилегающем к стенке аппарата потоках, турбулизирует взаимодействующие фазы и обеспечивает высокую эффективность обработки газа жидкостью. В тех случаях, когда в результате процесса выпадает осадок, подвижная насадка удаляет его со стенок корпуса аппарата или опорной решетки.
Хемосорбция - один из распространенных способов очистки отходящих газов от оксидов азота. На Синарском трубном заводе (г. Каменск-Уральский) работает установка очистки газов от оксидов азота, выделяющихся из ванн травления, с помощью известкового раствора. Установка состоит из четырех параллельно работающих автономных линий газоочистки, одна из которых является резервной. В состав каждой линии входит скруббер Вентури с форсуночным орошением газов раствором извести. Газы травильных ванн, содержащие оксиды азота, пары серной, соляной и плавиковой кислот, отсасываются из общего пространства вентиляторами и направляются в скрубберы, где они контактируют с раствором извести, и нейтрализуются. Очищенный газ поступает в центробежный каплеуловитель и выбрасывается в атмосферу. Эффективность очистки от оксидов азота составляет 0,17-0,86 и от паров кислот - 0,95. Стоимость приведенных затрат на очистку 1000 м3 газа составляет 3,5 коп.
Методы абсорбции и хемосорбции, применяемые для очистки промышленных выбросов, называют мокрыми. Преимущество абсорбционных методов заключается в экономичности очистки большого количества газов и осуществление непрерывных технологических процессов. Эффективность мокрой очистки газов, отходящих от гальванических ванн с помощью целевого скруббера ПВМ при обезвреживании их 2-3%-ным водным раствором едкой щелочи, составляет по хлороводороду 0,85-0,92 и по оксидам азота 0,65. При использовании в качестве поглотительной жидкости воды эффективность очистки по НС1 снижается до 0,75.
Основной недостаток мокрых методов состоит в том, что перед очисткой и после ее осуществления сильно понижается температура газов, что приводит в конечном итоге к снижению эффективности рассеивания остаточных газов в атмосфере. Кроме того, оборудование мокрых методов очистки громоздко и требует создания системы жидкостного орошения. В процессе работы абсорбционных аппаратов образуется большое количество отходов, представляющих смесь пыли, растворителя и продуктов поглощения. В связи с этим возникают проблемы обезжиривания, транспортировки или утилизации шлама, что удорожает и осложняет эксплуатацию.
Метод адсорбции.Основан на физических свойствах некоторых твердых тел с ультрамикроскопической структурой селективно извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты из газовой смеси. В пористых телах с капиллярной структурой поверхностное поглощение дополняется капилярной конденсацией.
Адсорбция подразделяется на физическую адсорбцию и хемосорбцию. При физической адсорбции молекулы газа прилипают к поверхности твердого тела под действием межмолекулярных сил притяжения (силы Ван-дер-Ваальса). Высвобождающаяся при этом теплота зависит от силы притяжения и по порядку значения (как правило, они находятся в пределах от 2 до 20 кДж/моль) совпадает с теплотой конденсации паров. Преимущество физической адсорбции -обратимость процесса. При уменьшении давления адсорбата в потоке газа либо при увеличении температуры поглощенный газ легко десорбируется без изменения химического состава. Обратимость данного процесса исключительно важна, если экономически выгодно рекуперировать адсорбируемый газ или адсорбент.
В основе хемосорбции лежит химическое взаимодействие между адсорбатом и адсорбируемым веществом. Действующие при этом силы сцепления значительно больше, чем при физической адсорбции соответственно и высвобождающаяся при хемосорбции теплота существенно больше и по порядку значения (от 20 до 400 кДж/моль) совпадает с теплотой реакции. Ввиду большой теплоты адсорбции энергия, необходимая для взаимодействия хемосорбированной молекулы с молекулой другого сорта, может быть существенно меньше энергии, необходимой для реакции молекул двух различных видов непосредственно в газовой фазе, т.е. поверхность твердого вещества может оказаться катализатором, увеличивающим скорость некоторых химических реакций. Процесс хемосорбции, как правило, необратим: при десорбции меняется химический состав адсорбата. Поэтому если желательна регенерация адсорбента или рекуперация адсорбата, то адсорбирующую среду следует выбирать таким образом, чтобы преобладали процессы физической адсорбции.
В качестве адсорбентов или поглотителей применяют вещества, имеющие большую площадь поверхности на единицу массы. Так, удельная поверхность активированных углей достигает 105-106 м2/кг. Их применяют для очистки газов от органических паров, удаления неприятных запахов и газообразных примесей, содержащихся в незначительных количествах в промышленных выбросах, а также летучих растворителей и целого ряда других газов. В качестве адсорбентов применяют также простые и комплексные оксиды (активированный глинозем, силикагель, активированный оксид алюминия, синтетические цеолиты или молекулярные сита), которые обладают болыпей селективной способностью, чем активированные угли. Однако их нельзя использовать для очистки очень влажных газов. Некоторые адсорбенты иногда пропитывают соответствующими реактивами, повышающими эффективность адсорбции, так как на поверхности адсорбента происходит хемосорбция.
Одним из основных параметров при выборе адсорбента является адсорбционная способность, или масса вещества а, поглощенная единицей массы адсорбента в произвольной момент времени, зависит от концентрации адсорбируемого вещества (парциального давления р, Па) у поверхности адсорбента, общей площади этой поверхности, физических, химических и электрических свойств адсорбируемого вещества и адсорбента, температурных условий и присутствия других примесей.
Адсорбцию широко используют при удалении паров растворителя из отработанного воздуха при окраске автомобилей, органических смол и паров растворителей в системе вентиляции предприятий по производству стекловолокна и стеклотканей, а также паров эфира, ацетона и других растворителей в производстве нитроцеллюлозы и бездымного пороха. Адсорбенты также применяют для очистки выхлопных газов автомобилей; для удаления ядовитых компонентов (например, сероводород из газовых потоков), выбрасываемых в атмосферу через лабораторные вытяжные шкафы; для удаления радиоактивных газов при эксплуатации ядерных реакторов, в частности радиоактивного иода.
В некоторых случаях (например, при обработке горючих газов) для разрушения токсичных органических веществ может быть использовано дожигание. Однако применение этого метода затруднено тем, что концентрации органических примесей, распределенных в большом объеме воздуха, очень низки. Для того чтобы нагреть такой объем воздуха до температур, при которых проводится термическая нейтрализация, расходуется большое количество энергии. Экономичность процесса дожигания может быть значительно повышена благодаря адсорбционному концентрированию загрязнений перед дожиганием. Адсорбционное концентрирование целесообразно при объемных концентрациях загрязнителя до 300млн-1, причем эффективность адсорбционной обработки резко возрастает с увеличением объема обрабатываемого газа. Имеются адсорберы с неподвижным слоем адсорбента (рис. 25), который меняется (обновляется) после насыщения улавливаемым веществом, а также адсорберы непрерывного действия, в которых адсорбент медленно перемещается и одновременно очищает проходящий через него поток. Применяются также адсорберы с «кипящим» (псевдоожиженным) слоем, в которых очищаемый поток подается снизу вверх с болыпой скоростью и поддерживает слой адсорбента во взвешенном состоянии. Поверхность соприкосновения очищаемого потока с поверхностью адсорбента больше, но одновременно может произойти истирание адсорбента и запыление очищаемого потока, поэтому за адсорбером в ряде случаев приходится устанавливать пылевой фильтр.
Рис. 15 Схема адсорбера
1 — сетка; 2 — адсорбент; 3 — очищенный поток; 4 — загрязненный поток.
Термическая нейтрализация.Метод основан на способности горючих токсичных компонентов (газы, пары и сильно пахнущие вещества) окисляться до менее токсичных при наличии свободного кислорода и высокой температуры газовой смеси. Этот метод применяется в тех случаях, когда объемы выбросов велики, а концентрации загрязняющих веществ превышают 300 млн-1.
Методы термической нейтрализации вредных примесей во многих случаях имеют преимущества перед методами адсорбции и абсорбции. Отсутствие шламового хозяйства, небольшие габариты очистных установок, простота их обслуживания, а в ряде случаев и пожарная автоматизация их работы, высокая эффективность обезвреживания при низкой стоимости очистки и другие положительные качества явились причиной их широкого распространения в машиностроительной промышленности.
Область применения метода термической нейтрализации вредных примесей ограничивается характером образующихся при окислении продуктов реакции. Так, при сжигании газов, содержащих фосфор, галогены, серу, образующиеся продукты реакции по токсичности во много раз превышают исходный газовый выброс. Исходя из этого, метод термического обезвреживания применим для выбросов, включающих токсичные компоненты органического происхождения, но не содержащие галогены, серу и фосфор.
Различают три схемы термической нейтрализации газовых выбросов: прямое сжигание в пламени, термическое окисление и каталитическое сжигание. Прямое сжигание в пламени и термическое окисление осуществляют при температурах 600-800°С; каталитическое сжигание – при 250-450°С. Выбор схемы нейтрализации определяется химическим составом загрязняющих веществ, их концентрацией, начальной температурой газовых выбросов, объемным расходом и предельно допустимыми нормами выброса загрязняющих веществ.
Прямое сжигание следует использовать только в тех случаях, когда отходящие газы обеспечивают подвод значительной части энергии, необходимой для осуществления процесса. Из экономических соображений этот вклад должен превышать 50% общей теплоты сгорания. При проектировании устройств прямого сжигания необходимо знать пределы взрываемости или воспламеняемости сжигаемых отходов и газообразного топлива в смесях с воздухом. Эти данные показывают, будет ли данный вид газообразных отходов поддерживать горение без дополнительного подвода топлива. Для безопасности транспортировки сжигание газов в промышленных масштабах осуществляется при концентрациях горючих компонентов не более 25% от нижнего предела взрываемости.
Одна из проблем, затрудняющих осуществление прямого сжигания, связана с тем, что температура пламени может достигать 1300°С. При наличии достаточного избытка воздуха и длительном выдерживании газа при высокой температуре это приводит к образованию оксидов азота. Тем самым процесс сжигания, обезвреживая загрязняющие вещества одного типа, становится источником загрязняющих веществ другого типа, становится источником загрязняющих веществ другого типа.
Примером процесса прямого сжигания является сжигание углеводородов, содержащих токсичные газы (например, цианистый водород), непосредственно в факеле, т.е. просто в открытой горелке, направленной вертикально вверх. Факел применяют главным образом для сжигания горючих отходов, с трудом поддающихся другим видам обработки.
Существует ряд конструктивных решений, позволяющих осуществлять прямое сжигание вредных примесей в замкнутой камере. Основные требования, предъявляемые к конструкциям таких камер, - обеспечение высокой степени турбулентности газового потока и времени пребывания его в камере в пределах 0,2-0,7 с. Типичными областями применения камерных дожигателей с открытым пламенем является дожигание газов для удаления органических отходов от лакокрасочных цехов, отходящих газов стержневых печей и оксидов азота, образующихся в процессе нитрования.
Системы огневого обезвреживания обеспечивают эффективность очистки 0,90-0,99, если время пребывания вредностей в высокотемпературной зоне не менее 0,5 с и температура обезвреживания газов, содержащих углеводороды, не менее 500-650°С.
Термическое окисление применяют либо когда отходящие газы имеют высокую температуру, но в них нет достаточного количества кислорода, либо когда концентрация горючих примесей настолько низка, что они не обеспечивают подвод теплоты, необходимой для поддержания пламени.
Важнейшими факторами, которые должны учитываться при проектировании устройств термического окисления, - время, температура и турбулентность. Время в аппарате должно быть достаточным для полного сгорания горючих компонентов. Обычно оно составляет от 0,3 до 0,8 с. Турбулентность характеризует степень механического перемешивания, необходимого для обеспечения эффективного контактирования кислорода и горючих примесей. Рабочие температуры зависят от характера горючих примесей. Так, при окислении углеводородов рациональный интервал температур 500-760°С, при окислении оксида углерода 680-800°С, при устранении запаха посредством окисления 480-680°С.
Если отходящие газы имеют высокую температуру, то процесс дожигания происходит в камере с подмешиванием свежего воздуха. Так, например, происходит дожигание оксида углерода в газах, удаляемых системой вентиляции от электродуговых плавильных печей, дожигание продуктов неполного сгорания (СО и СnНm) автомобильного двигателя непосредственно на выходе из цилиндров в условиях добавки избыточного воздуха.
В тех случаях, когда температура отходящих газов недостаточна для протекания процесса окисления, поток отходящих газов подогревают в теплообменнике, а затем пропускают через рабочую зону, в которой сжигают природный или какой-либо другой высококалорийный газ. При этом горючие компоненты отходящих газов доводят до температур, превышающих точки их самовоспламенения, и они сгорают под действием кислорода, обычно присутствующего в потоке загрязненного газа. При недостатке кислорода его вводят в поток отходящих газов при помощи воздуходувки, эжектирования или вентилятора. Одно из простейших устройств, используемых для огневого обезвреживания технологических и вентиляционных низкотемпературных выбросов, схематически представлено на рис..
Рис. 16 Установка для огневого обезвреживания
технологических и вентиляционных выбросов
Загрязненный отходящий газ через входной патрубок 1 и полость теплообменника-подогревателя 2 поступает в У-образную полость коллектора горелки 3. При этом горючие компоненты отходящих газов доводят до необходимой температуры и сжигают в кислороде, присутствующем в потоке загрязненного газа. Процесс догорания происходит в камере смешения 4, где хвостовая часть факела контактирует с обезвреживаемыми выбросами при их турбулизации перегородками камеры. Выходящие из патрубка 5 газы могут либо выбрасываться непосредственно в атмосферу, либо пропускаться через дополнительный теплообменник с целью рекуперации теплоты горячих газов.
Каталитический метод используют для превращения токсичных компонентов промышленных выбросов в вещества безвредные или менее вредные для окружающей среды путем введения в систему дополнительных веществ -катализаторов. Каталитические методы основаны на взаимодействии удаляемых веществ с одним из компонентов, присутствующих в очищаемом газе, или со специально добавляемым в смесь веществом. Катализатор, взаимодействуя с одним из реагирующих соединений, образует промежуточное вещество, которое распадается с образованием продукта регенерированного катализатора.
Каталитическое окисление выгодно отличается от термического кратковременностью протекания процесса (иногда достаточно нескольких долей секунды), что позволяет резко сократить габариты реактора. Кроме того, при пропускании газообразных отходов через слой катализатора температура, необходимая для осуществления реакции органических газов и паров с кислородом, существенно снижена (до 300°С) по сравнению с термическим окислением.
Методы подбора катализаторов разнообразны, но все они, как правило, базируются на эмпирических или полуэмпирических способах. Основной критерий выбора катализаторов - их активность и долговечность. Об активности катализатора судят по количеству продукта, получаемого с единицы объема катализатора, или по объемной скорости каталитического процесса, при которых обеспечивается требуемая степень обезвреживания обрабатываемого газа. Объемную скоростъ определяют как отношение расхода обрабатываемого газа (м /ч), приведенного к нормальным условиям, к объему катализаторной массы (м3). Степень обезвреживания 0,85-0,95 обычно достигается при объемной скорости от 2000 до 60000 ч--1.
Для осуществления каталитического процесса необходимы незначительные количества катализатора, расположенного таким образом, чтобы обеспечить максимальную поверхность контакта с газовым потоком. Каталитический слой должен создавать умеренно низкий перепад давления, обеспечивать структурную целесообразность и долговечность катализатора. В большинстве случаев катализаторами могут быть металлы (платины, палладий и другие благородные металлы) или их соединения (оксиды меди, марганца и т.п.). Катализаторная масса обычно выполняется из шаров, колец, пластин или проволоки, свитой в спираль из нихрома, никеля, оксида алюминия с нанесенными на их поверхность (сотые доли % к массе катализатора) благородных металлов. Например, катализаторы, разработанные в Дзержинском филиале НИИОГАЗа, позволяющие при температуре 350-420°С и скорости обезвреживания 30 000-60 000 ч-1 практически полностью окислять примеси этилена, пропилена, бутана, пропана, ацетальдегида, спиртов (метилового, этилового, пропилового и др.), ацетона, этилацетона, бензола, толуола, ксилола и др., выполнены в виде нихромовой проволоки 0,4-0,5 мм, свитой в спираль диаметром 4-5 мм с нанесенным на ее поверхность в виде активной пленки платины и палладия.
Объем катализаторной массы определяют, исходя из максимальной скорости обезвреживания газа, которая, в свою очередь, зависит от природы и концентрации вредных веществ в отходящем газе, температуры и давления каталитического процесса и активности катализатора. Каталитическая активность нарастает в зависимости от молекулярного строения улавливаемых соединений в следующем порядке: ароматические углеводороды < парафины разветвленного строения < парафины линейного строения < олефины < ацетиленовые углеводороды. Высшие углеводороды окисляются легче, чем низшие.
Осуществление каталитических процессов иногда затрудняется возможным отравлением катализатора некоторыми примесями, содержащимися в газовых выбросах. Присутствие в обрабатываемом газе железа, свинца, кремния и фосфора, а также соединений серы сокращает срок службы многих катализаторов или подавляют их активность. Возможность отравления существенно затрудняет выбор эффективных катализаторов для дожигания выбросов подвижных источников газообразных отходов.
С повышением температуры эффективность каталитического процесса увеличивается. Например, метан начинает окисляться на поверхности катализатора, состоящего из 60% диоксида марганца и 40% оксида меди, только при температуре 320°С, а 97%-ное реагирование наблюдается при 1=450°С. Следует иметь в виду, что для каждого катализатора существует предельный температурный уровень. У многих катализаторов максимальная рабочая температура составляет 800-850°С. Превышение этого уровня приводит к снижению активности, а затем к разрушению катализатора.
Лекция № 10