Очистка выбросов стационарных источников от газо- и парообразных загрязнителей

Создаваемые в промышленности газоочистные установки позволяют обезвреживать технологические и вентиляционные выбросы без или с последующей утилизацией уловленных примесей.

Методы очистки промышленных выбросов от газообразных загрязнителей по характеру протекания физико-химических процессов делят на шесть 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;

удаление примесей путем применения каталитического превращения;

биологическая очистка.

Метод абсорбции в технике очистки газовых выбросов 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. Процесс поглощения тем быстрее, чем больше граница раздела фаз, турбулентность потоков и коэффициенты диффузии.

Решающим условием при выборе абсорбента является растворимость в нём извлекаемого компонента и ее зависимость от температуры и давления.

Десорбцию растворенного газа (или регенерацию растворителя) проводят либо снижением общего давления (или парциального давления) примеси, либо повышением температуры, либо использованием обоих приемов одновременно.

Метод хемосорбции основан на поглощении газов и паров твердыми или жидкими поглотителями с образованием малолетучих или малорастворимых соединений.

Большинство 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.

Основным видом аппаратуры для реализации процессов хемосорбции служат насадочные башни, пенные и барботажные скрубберы, распылительные аппараты.

Хемосорбция - один из распространенных способов очистки отходящих газов от оксидов азота. При этом в качестве хемосорбента может выступать известковый раствор.

Методы абсорбции и хемосорбции называют мокрыми. Основными преимуществами мокрых методов считаются экономичность очистки большого количества отходящих газов и возможность осуществления непрерывных технологических процессов. Основной недостаток этих методов состоит в том, что после очистки значительно понижается температура отходящих газов, что приводит к плохому рассеянию остаточных газов в атмосфере. Кроме того, оборудование мокрых методов очистки газов громоздко и требует создания системы жидкостного орошения. В процессе работы образуется большое количество отходов, в связи с чем возникают проблемы утилизации шлама.

Метод адсорбции основан на физических свойствах некоторых твердых тел с ультрамикроскопической структурой селективно извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты газовой смеси.

Адсорбция подразделяется на физическую адсорбцию и хемосорбцию. При физической адсорбции молекулы газа прилипают к поверхности твердого тела под действием межмолекулярных сил притяжения. Преимущество физической адсорбции - обратимость процесса. При уменьшении давления адсорбата в потоке газа либо при увеличении температуры поглощенный газ легко десорбируется без изменения химического состава.

В основе хемосорбции лежит химическое взаимодействие между адсорбатом и адсорбируемым веществом. Действующие при этом силы сцепления значительно больше, чем при физической адсорбции, поэтому процесс хемосорбции, как правило, необратим.

В качестве адсорбентов или поглотителей применяют вещества, имеющие большую площадь поверхности на единицу массы. Например, активированный уголь имеет удельную площадь поверхности 10⁵ - 10⁶ м²/кг. Кроме активированного угля используют также простые и комплексные оксиды (активированный глинозем, силикагель, активированный оксид алюминия, синтетические цеолиты или молекулярные сита), которые обладают большей селективной способностью.

Конструктивно адсорберы выполняются в виде вертикальных, горизонтальных, либо кольцевых емкостей, заполненных пористым адсорбентом, через который фильтруется поток очищаемого газа.

Адсорбцию широко используют при удалении паров растворителя из отработанного воздуха при окраске автомобилей и других областях.

Метод термической нейтрализации основан на способности горючих компонентов окисляться до менее токсичных при наличии свободного кислорода и высокой температуры газовой смеси.

Область применения этого метода ограничивается характером образующихся при окислении продуктов. Так, при сжигании газов, содержащих фосфор, галогены, серу, образующиеся продукты реакции по токсичности во много раз превышают исходный газовый выброс.

Различают три схемы термической нейтрализации газовых выбросов: прямое сжигание в пламени (700 -800^оС), термическое окисление (600-700^оС) и каталитическое окисление (250-450^оС).

Прямое сжигание следует использовать только тогда, когда отходящие газы обеспечивают подвод значительной части энергии, необходимой для осуществления процесса. Кроме того, следует учитывать состав газовых отходов с тем, чтобы определить возможность поддержания горения без подвода дополнительного топлива.

Одна из проблем, затрудняющих осуществление прямого сжигания - высокая температура, приводящая к образованию оксидов азота.

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 не обеспечивается условие самоподдержания пламени.

В первом случае процесс окисления осуществляется в специальной камере с подмешиванием воздуха, во втором - отходящие газы пропускают через рабочую камеру, в которой сжигают природный газ.

Каталитический метод используют для превращения токсичных компонентов выбросов в вещества, безвредные для окружающей среды, путем введения в систему дополнительных веществ - катализаторов.

Каталитическое окисление отличается от термического кратковременностью протекания процесса, что позволяет резко сократить габариты реактора, а также более низкой температурой, необходимой для осуществления реакции.

Биохимические способы газоочистки основаны на способности микроорганизмов разрушать и преобразовывать различные соединения.

Эти методы более всего применимы для очистки отходящих газов постоянного состава. При частом изменении состава газа, микроорганизмы не успевают адаптироваться к новым веществам, поэтому эффективность очистки резко снижается.

Различают две группы аппаратов биохимической очистки газов: биофильтры и биоскрубберы. И в тех и в других в качестве абсорбента используется активный ил.

 

* По SAE J1829 MAY 92

* В пересчете на NO₂

* Атмосфера, как известно, состоит из нескольких оболочек. Тропосфера (высота до 10 км) и стратосфера (от 10 до 40 км) - наиболее подвержены антропогенному воздействию.

* Ферменты – это биологические катализаторы, вырабатываемые организмом и регулирующие все процессы обмена веществ. Заметим, что даже незначительное содержание катализатора заметно ускоряет химическую реакцию. Поэтому малейшее вмешательство в ферментативную систему может привести к серьезным нарушениям здоровья.

* Этилированный бензин – бензин, для повышения детонационной стойкости которого добавляется тетраэтилсвинец. В России к 2000 году доля этилированных бензинов должна снизится до 1/3.

* Катализатор - это химическое вещество, стимулирующее химическую реакцию, не изменяясь в ходе нее.

* Октановое число – условный показатель, характеризующий способность топлива обеспечивать бездетонационную работу двигателей с принудительным воспламенением.

[1] Стадницкий Г.В., Родионов А.И. Экология: Учеб. Пособие для вузов – 4-е изд., исправл. – СПб: Химия, 1997. – 240 с.: ил.

[2] Фелленберг Г. Загрязнение природной среды. Введение в экологическую химию: Пер. с нем. – М.: Мир, 1997. – 232 с., ил.

[3] Экологическая химия. Основы и концепции/Под ред. Ф. Корте. – Пер. с нем. – М.: Мир, 1996.

[4] Якубовский Ю. Автомобильный транспорт и защита окружающей Среды: Пер. с пол. - М:Транспорт,1979. - 198 с.

[5] Луканин В.Н., Трофименко Ю.В. Снижение экологических нагрузок на окружающую среду при работе автомобильного транспорта//Итоги науки и техн. ВИНИТИ, Автомобильный транспорт. - С.1 - 340. 1996.

[6] Данилов А.М. Присадки и добавки. Улучшение экологических характеристик нефтяных топлив. – М.: Химия, 1996 г. – 232 с.

[7] Атмосферный озон и изменения глобального климата. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. 168 с.

[8] Данилов А.М., Емельянов В.Е., Митусова Т.Н. Разработка и производство экологически улучшеных моторных топлив. М.:ЦНИИТЭнефтехим, 1994. 54 с.

[9] Охрана окружающей Среды: Учеб. для техн. спец. вузов /С.В.Белов, Ф.А.Барбинов, А.Ф.Козьяков и др. Под ред. С.В.Белова. 2-е изд., испр. и доп. - М.: Высш. шк., 1991. - 319с.

[10] Thesen fur das Automobil des Tahres 2000/ Ausgeweihlte Veroffentlichungen. VW-Forschung. 1985.// Wolfsburg. - 1986. - S. 2-14.

[11] Водородная энергетика: миф или реальность?/К.Н.Семененко//Вестник Российской Академии наук, 1993, том 63,№10. - с.885-888.

[12] Каталитические нейтрализаторы транспортных двигателей/О.И.Жегалин, Н.А.Китросский, В.И.Панчишный и др. - М.: Машиностроение, 1979. - 80с.