Способы очистки газовых выбросов

Дисперсные и газовые загрязнители нередко являются следствием одних производственных процессов, вместе перемещаются в коммуникациях, тесно взаимодействуют в очистных аппаратах и атмосфере, совместно наносят ущерб окружающей среде и человеку. Поэтому необходимо учитывать весь комплекс присутствующих в технологическом выбросе загрязнителей. Нель­зя принимать за средство очистки запыленных газов пылеосадительное уст­ройство, выбрасывающее в атмосферу вредные газообразные вещества. Не­допустимы и такие средства, в которых обезвреживание исходных газовых загрязнителей сопровождается образованием и выбросом ядовитых туманов и дымов других веществ.

Судя по составам реальных отбросных газов и масштабам загрязнения окружающей среды, разрабатывать устройства пылеочистки без учета газо­образных загрязнителей возможно только для вентиляционных выбросов ме­ханических цехов. Выбросы практически всех других производств требуют удаления и дисперсных и газовых загрязнителей, причем иногда это можно сделать в одном очистном устройстве.

Для обезвреживания выбросов по принципу удаления токсичных приме­сей наряду с физическими удачно используются и химические процессы. По­средством последних можно изменять в широких пределах физические свой­ства примесей (например, превращая исходные газообразные загрязнители в соединения с высокой температурой кипения) с целью облегчения их даль­нейшего улавливания.

Для реализации второго принципа обезвреживания - превращения за­грязнителей в безвредные вещества необходимо сочетание химических и фи­зических процессов. С этой целью чаще всего используются процессы тер­мической деструкции и термического окисления. Они применимы для за­грязнителей всех агрегатных состояний, но ограничены составом обрабаты­ваемого вещества. Термической обработке с целью обезвреживания могут быть подвергнуты лишь вещества, молекулы которых состоят из атомов уг­лерода, водорода и кислорода. В противном случае установки термообезвреживания переходят в разряд источников загрязнения атмосферы, и нередко - крайне опасных.

Классификация средств обезвреживания газообразных загрязнителей за­ключается в разделении по применяемым процессам. В основном для газо­очистки используются средства химической технологии. Поэтому классифи­кация средств обезвреживания выбросов практически совпадает с классифи­кацией процессов и аппаратов химической промышленности, вырабатываю­щих вредные выбросы как отходы основного производства.

Для обезвреживания отходящих газов от газо- и парообразных токсич­ных веществ применяют абсорбционные, адсорбционные, каталитические, термические и конденсационные методы. Абсорбционные методы основаны на поглощении газов или паров жидкими поглотителями. Адсорбционные методы основаны на поглощении примесей твердыми пористыми телами. Ка­талитические методы очистки основаны на химических превращениях ток­сичных примесей в нетоксичные на поверхности твердых катализаторов. Термические методы основаны на сжигании горючих вредных примесей. В основе конденсационных методов лежит явление уменьшения давления на­сыщенного пара растворителя при понижении температуры.

С целью улавливания газообразных примесей применяют процессы кон­денсации, сорбции (абсорбции и адсорбции), хемосорбции, а превращают за­грязнители в безвредные соединения посредством термохимических (терми­ческая деструкция, термическое и термокаталитическое окисление) и хими­ческих процессов. Соответствующие аппараты называются конденсаторами, абсорберами, адсорберами, установками (печами) термодеструкции (пироли­за, крекинга, риформинга), термоокисления (дожигания), термокаталитиче­скими установками (печами, реакторами), химическими реакторами.

Для очистки выбросов от газообразных загрязнителей чаще всего при­меняют методы конденсации, абсорбции, адсорбции и термообезвреживания. Если температура кипения загрязнителей при атмосферном давлении невы­сока (ориентировочно ниже 100°С), то глубокая очистка посредством охлаж­дения и повышения давления потребует чрезмерно высоких расходов энер­гии, и конденсационную очистку можно использовать только как предвари­тельную. Абсорбционной обработке могут быть подвергнуты выбросы, за­грязнители которых хорошо растворяются в абсорбенте. Если при этом кон­центрация загрязнителя в выбросах превышает (1...2) 10 кг/м, то техниче­ски возможно достичь степени очистки более 90%.

В качестве абсорбента чаще всего используются вода или органические жидкости, кипящие при высокой температуре. В аппаратах с органическими абсорбентами можно обрабатывать выбросы, не содержащие твердых приме­сей, которые практически не поддаются отделению от поглотительной жид­кости. Для некоторых газовых загрязнителей можно успешно применить хи­мическую абсорбцию (хемосорбцию) - процесс, в котором подлежащий удалению загрязнитель вступает в химическую реакцию с поглотителем и обра­зует нейтральное или легко удаляемое из процесса соединение. Такие про­цессы специфичны и разрабатываются конкретно для каждого вида выбросов и набора загрязнителей.

Самым универсальным средством очистки выбросов от газообразных за­грязнителей на настоящее время остается адсорбция, а наиболее универсаль­ным адсорбентом - активированный уголь. Посредством адсорбции принци­пиально возможно извлечь из выбросов любой загрязнитель в широком диа­пазоне концентраций. Однако высококонцентрированные загрязнители (ори­ентировочно с концентрациями более 510 кг/м) удобнее подвергать пред­варительной обработке (конденсацией, абсорбцией) для снижения их концен­траций. Необходима также предварительная обработка (осушка) сильно ув­лажненных газов.

К сожалению, часто в качестве универсального средства очистки выбро­сов рассматривается термообезвреживание, каковым оно на самом деле не является. В термоокислительных процессах необратимо теряется качество воздуха, использованного для горения, а продукты окисления, выбрасывае­мые в атмосферу, содержат некоторое количество новых токсичных веществ - оксида углерода СО и оксидов азота NO_x. Вообще область применения термообезвреживания ограничена только соединениями, в молекулах кото­рых нет других элементов, кроме углерода С, водорода Н и кислорода О. По­лучить нетоксичные продукты реакции любых других соединений с кислоро­дом принципиально невозможно. Термоокислительная обработка выбросов, загрязненных углеводородами или КПУ (кислородными производными угле­водородов), ограничивается также по затратам топлива на создание требуе­мых температур в зоне реакции (400...550°С для термокаталитической обра­ботки и 800...1200°С для непосредственного термоокисления, т.е. сжигания в пламени). Чтобы обеспечить максимальное окисление исходных загрязните­лей до относительно нейтральных СО₂ и Н₂О, процесс термообезвреживания должен быть полностью контролируемым. Поэтому он должен осуществ­ляться в топочных устройствах, соответствующих по параметрам расчетным условиям, обеспечивающим полное окисление загрязнителей. По этой же причине сжигание органических соединений в открытом пламени не может быть отнесено к способу термического обезвреживания. Канцерогенная ко­поть факелов химических предприятий, с легкостью преодолевающая сани­тарно-защитную зону, показывает, что это серьезный источник загрязнения окружающей среды, а не средство защиты атмосферы.

К перспективным способам обработки больших объемов выбросов с не­высокими концентрациями органических газообразных загрязнителей можно отнести схему термообезвреживания с предварительным концентрированием загрязнителей посредством адсорбции. Такая схема может быть технически и экономически приемлемой при начальной концентрации загрязнителя выше 50 мг/м³. Теплоту, выделяющуюся при сгорании загрязнителей, можно дос­таточно легко утилизировать.

Представляются перспективными способы обработки отбросных газов, основанные на переводе парообразных загрязнителей в конденсированное состояние и последующей фильтрации образовавшегося аэрозоля. Если за­грязнители имеют невысокое давление насыщенных паров, то может быть приемлемой конденсация посредством повышения давления и понижения температуры выбросов. Пары загрязнителей легкокипящих веществ могут быть подвергнуты обработке химическими реагентами таким образом, чтобы продукты реакции имели низкие давления насыщенных паров. При этом спо­собы химической обработки необходимо подбирать так, чтобы была возмож­на утилизация улавливаемого продукта.

В практике газоочистки применяют три основных способа очистки вы­бросов в атмосферу от вредных паров и газов: абсорбция жидкостями, ад­сорбция твердыми поглотителями, каталитические методы очистки.

Очевидно, что возможность дальнейшей переработки отходов средства­ми основной технологии весьма ограничена, чем изначально предопределя­ется невысокое качество очистки выбросов. Такой подход к проблеме требу­ет существенного пересмотра. Одним из действенных шагов могло бы стать включение операций обезвреживания отходов в основной технологический процесс, как лимитирующих количество и качество выпускаемой продукции.

Неограниченный рост ассортимента и объема производимой в совре­менном мире продукции ведет к усложнению и удорожанию технологий об­работки отходов. Можно предполагать, что уже в ближайшем будущем ста­нут вполне приемлемыми по затратам методы, используемые сегодня в мало­тоннажных производствах - газоразделение посредством хроматографирова­ния на молекулярных ситах, центрифугирования тяжелых компонентов, тер­модиффузии, обезвреживание загрязнителей плазменной деструкцией.