Защита атмосферы от промышленных загрязнений

Защита атмосферы от промышленных
загрязнений
Очистка выбросов от газо- и парообразных загрязнителей
Способы очистки выбросов от токсичных газо- и парообразных
примесей (NO, NO2, SO2 и др.) по характеру протекания физикохимических процессов подразделяют на пять основных групп:
- промывка выбросов растворителями примесей (абсорбция);
- промывка выбросов растворами реагентов, связывающих примеси
химически (хемосорбция);
-
поглощение
газообразных
примесей
твердыми
телами
с
ультрамикропористой структурой (адсорбция);
- термическая нейтрализация отходящих газов;
-
поглощение
примесей
путем
применения
каталитического
превращения.
Абсорбционный
метод
основан
на
поглощении
вредных
газообразных примесей жидким поглотителем (абсорбентом). В качестве
абсорбента используют воду, растворы щелочей (соды), аммиака и др. В
зависимости от взаимодействия поглотителя и извлекаемого из газовой
смеси компонента абсорбционные методы подразделяются на методы,
базирующиеся на закономерностях физической абсорбции, и методы
абсорбции, сопровождающиеся химической реакцией в жидкой фазе.
Устройство, в котором осуществляют процесс абсорбции, называют
абсорбером. 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. Метод хемосорбции основан на поглощении
www.mahp.net.ru
sorber.narod.ru
газов и паров твердыми или жидкими поглотителями с образованием
малолетучих
или
малорастворимых
химических
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 типа труб Вентури и
аппараты с различными механическими распылителями.
Очистка
газов
от
оксидов
углерода.
Одним
из
самых
распространенных методов улавливания является поглощение водой —
способ, не требующий сложной, дорогостоящей аппаратуры, расхода
тепла и основанный на использовании дешевого растворителя. Однако
он недостаточно эффективен. Более эффективными поглотителями СО2
являются растворы этаноламинов. Чаше всего для этой цели используют
моно-, ди- и триэтаноламины. Обычно для поглощения СО2 используют
растворы моноэтаноламина. Он дешев, обладает высокой реакционной
способностью, легко регенерируется. Хорошим поглотителем диоксида
углерода является холодный метанол СН3ОН, поглощающая способность
которого резко возрастает с понижением температуры и повышением
давления в системе «СО2 — метанол».
Эффективными поглотителями диоксида углерода из отходящих
газов являются цеолиты — алюмосиликаты с пористой структурой и
высокой емкостью поглощения. Размер молекул СО2 (их диаметр
составляет - 0,31 им) позволяет им проникать внутрь структуры
цеолитов. Для очистки газовых выбросов от СО используют реакцию его
доокисления до СО2
СО + Н2О ↔ СО2 + Н2 + 3,75 кДж/моль
www.mahp.net.ru
sorber.narod.ru
проводимую с использованием оксидных железных катализаторов.
Для удаления небольших остаточных (до 2 % от суммы газов)
количеств оксида углерода используют процес метанирования:
СО + 3Н2 ↔ СН4 + Н2О + 218 кДж/моль
СО2 + 4Н2 ↔ СН4 + 2Н2О + 180 кДж/моль
Обычно эти реакции - заключительная ступень очистки газа после
каталитического
растворами
окисления
этаноламинов.
СО
до
Процесс
СО2
и
выделения
метанирования
последнего
проводится
на
катализаторах, содержащих 76 - 78% NiO и 20 - 22% А12О3. Если оксид
углерода необходимо удалить практически полностью, используют метод
его абсорбции медно-аммиачным раствором. Оксид углерода под высоким
давлением поглощается в противоточном абсорбере раствором медноаммиачного комплекса:
[Cu(NH3)2]+ + СО + NH3 → [Сu(NH3)3СО]+
2NH4OH + СО2 → (NH4)2CO3 + Н2О
(NH4)2CO3 + СО2 + Н2О → 2NH4HCO3
Для улучшения условий абсорбцию проводят при высоком давлении
(32 МПа) и температуре около 0° С, десорбцию осуществляют при
атмосферном давлении и температуре порядка 80° С.
www.mahp.net.ru
sorber.narod.ru
Очистка газов от диоксида серы. Для абсорбции могут быть
использованы вода, водные растворы и суспензии солей щелочных и
щелочноземельных металлов.
Абсорбция водой. Абсорбция водой диоксида серы сопровождается
реакцией
SO2 + Н2О ↔ Н+ + HSO
.
В связи с низкой растворимостью диоксида серы в воде для очистки
требуется большой ее расход и абсорберы большой емкости. Удаление
SO2 из раствора ведут при нагревании его до 100 °С, в результате чего
проведение процесса связано с большими энергозатратами.
Известняковые
методов
является
эксплуатационные
возможность
и
известковые
простота
затраты,
очистки
газа
методы.
технологической
доступность
без
Достоинством
и
схемы,
дешевизна
предварительного
этих
низкие
сорбента,
охлаждения
и
обеспыливания.
Процесс абсорбции диоксида серы в известковом и известняковом
методах представляется в виде следующих стадий:
SO2+H2O ↔ H2SO3,
СО2+Н2О ↔ H2CO3,
CaCO3+H2SO3 -↔CaSO3+H2СO3,
CaCO3+ H2CO3 ↔ Ca(HСO3)2,
CaSO3+H2SO3 ↔ Ca(HSO3)2,
Ca(HSO3)2+2CaCO3 ↔ Ca(HCO3)2+2CaSO3,
Ca(HCO3)2+2H2SO3 ↔ Ca(HSO3)2+2H2CO3,
www.mahp.net.ru
sorber.narod.ru
Ca(HSO3)2+O2 ↔ Ca(HSO4)2,
2CaSO3+O2 ↔ 2CaSO4,
Ca(HSO4)2+2CaSO3 ↔ Ca(HSO3)2+2CaSO4,
Ca(HSO4)2+2CaCO3 ↔ Ca(HCO3)2+2CaSO4,
Ca(HSO4)2+Ca(HSO3)2 ↔ 2CaSO4+2H2SO3,
CaSO3+0,5H2O ↔ CaSO3·0,5H2O,
CaSO4+2H2O ↔ CaSO4·2H2O.
Протекание соответствующих реакций зависит от состава и рН
суспензии. В присутствии в растворе различных примесей процесс
абсорбции значительно усложняется. Например, действие небольших
количеств MgSO4 повышает степень очистки, но и степень использования
известняка. При этом протекают следующие реакции:
Ca(HSO3)2+MgSO4 ↔ Mg(HSO3)2+CaSO4,
CaCO3+Mg(HSO3)2 ↔ MgSO3+CaSO3+H2CO3,
MgSO3+SO2+H2O ↔ Mg(HSO3)2.
Недостатки известковых и известняковых методов: зарастание
систем
отложениями
гипса,
коррозия
и
эрозия
оборудования,
значительный брызгоунос из абсорберов, образование осадков.
Цинковый метод. Абсорбентом служит суспензия оксида цинка, при
этом протекает реакция:
SO2+ZnO+2,5H2O → ZnSO3·2,5H2O.
При большой концентрации О2 в газе имеем:
www.mahp.net.ru
sorber.narod.ru
2SO2+ZnO+H2O → Zn(HSO3)2.
Образующийся сульфит цинка нерастворим в воде. Его отделяют в
гидроциклонах, затем сушат и обжигают при 350 °С. Сульфит цинка
разлагается по реакции:
ZnSO3+2,5H2O → ZnO+SO2+2,5H2O.
Образующийся диоксид серы перерабатывают, а оксид цинка
возвращают на абсорбцию. 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
обладающих
является
большой
использование
поглотительной
нелетучих
хемосорбентов,
способностью.
Метод
может
применяться для улавливания SO2 из газов любой концентрации.
Возможны различные варианты процесса. При абсорбции раствором соды
получается сульфит и бисульфит натрия
Na2CO3+SO2 → Na2SO3+CO2,
Na2SO3+SO2+H2O →2NaHSO3.
При
абсорбции
гидроксидом
натрия
образуются
сульфит-
бисульфитные растворы. Газы вступают в реакцию с сульфитом и
бисульфитом, что ведет к увеличению содержания бисульфита:
SO2 + NaHSO3 + Na2SO3 + H2O → 3NaHSO3.
Образующийся раствор взаимодействует с оксидом цинка:
NaHSO3 + ZnO → ZnSO3 + NaОН.
www.mahp.net.ru
sorber.narod.ru
Сульфит цинка обжигают:
ZnSO3 → ZnO+SO2.
Диоксид серы перерабатывают в серную кислоту или серу, а оксид
цинка возвращают в процесс.
Аммиачные методы. В этих методах поглощение диоксида серы
производится аммиачной водой или водными растворами сульфитбисульфита аммония с последующим его выделением. Достоинством
метода является высокая эффективность процесса, доступность сорбента
и получение необходимых продуктов (сульфит и бисульфит аммония).
Химические реакции имеют вид:
NH4OH+H2SO3 ↔ (NH4)2SO3+2H2O,
(NH4)2SO3+H2SO3 ↔ 2NH4HSO3,
2(NH4)2SO3+O2 ↔ 2(NH4)2SO4.
Очистка отходящих газов от аммиака. Аммиак NH3, являющийся
исходным сырьем для производства азотной кислоты и находящий
применение
во
многих
химических
производствах,
обладает
токсическими свойствами и вызывает раздражение слизистых оболочек,
ожоги, удушье.
В зависимости от вида производства концентрация NН3 в газах,
подлежащих очистке, может изменяться в широких пределах - от 0,05 до
70 - 80%.
Простейшим способом очистки отходящих газов от аммиака является
его абсорбция водой.
Иногда водную очистку дополняют доочисткой раствором серной
кислоты с получением сульфата аммония:
www.mahp.net.ru
sorber.narod.ru
2NH3 + Н2SO4 → (NH4)2SO4.
Этот процесс практически необратим, и его можно проводить в
простых одноступенчатых аппаратах. Если доочистку производить с
помощью раствора фосфорной кислоты, полученный раствор (NН 4)3РО4
может быть использован в качестве ценного жидкого удобрения.
Очистка
отходящих
соединений.
соединений
газов
от
галогенов
и
их
Основными источниками поступления в атмосферу
фтора
являются
производства
фосфорных
удобрений,
плавиковой кислоты и ее солей, фторорганических соединений и
металлического алюминия. В дымовые газы фтор поступает в виде НF,
SiF4 и тумана H2SiF6. Для их выделения используют методы сухой и
мокрой абсорбции.
В качестве сухих хемосорбентов используют известняк СаСО3,
активированный оксид алюминия А12О3, При пропускании сквозь слой
молотого известняка отходящих газов протекает реакция
2HF + СаСО3 → CaF2 + Н2О + СО2
Отработанный хемосорбент содержит 80 — 95% CaF2 и используется
как товарный флюорит. Степень очистки газовых выбросов от HF
достигает 95%.
В основе очистки фторсодержащих газов методом мокрей абсорбции
лежит улавливание HF и SiF4 водой в насадочных колонках, пенных
скрубберах, скрубберах Вентури.
Газообразный фтороводород растворяется в воде согласно реакции
HF(г) + Н2О → HF(ж),
Ка ~ 10-4
равновесие которой сильно сдвинуто вправо. Парциальное давление
HF над водным раствором очень мало и зависит от температуры и
www.mahp.net.ru
sorber.narod.ru
концентрации HF в жидкой фазе: при повышении ее до 1% и выше
орошающая жидкость заменяется.
Тетрафторид кремния, улавливаемый из газов при контакте с водой,
подвергается гидролизу по реакции
3SiF4 + 2Н2О → 2H2SiF6 +SiO2.
Степень
мокрой
очистки
отходящих
газов
суперфосфатного
производства от HF и SiF4, в скрубберах Вентури достигает 94,5 — 97,8%;
если же их содержание в атмосферных выбросах превышает предельно
допустимый уровень, необходимо применение двухступенчатой очистки.
Из разбавленных стоков, образующихся при очистке фторсодержащих
газов водой, фторид-ион извлекают неорганическими сорбентами, и
образующийся твердый фторид возвращается в цикл производства НF.
При
промышленном
получении
хлора
и
щелочей
методом
электролиза хлоридов, переработке руд титана, ниобия, тантала и других
металлов
методом
хлорирующего
обжига,
получения
хлористоводородной кислоты и многих хлорорганических соединений в
атмосферу выбрасываются газы, содержащие хлор, хлороводород и
другие соединения хлора. В последнее время источниками поступления
НС1 в окружающую среду стали печи сжигания хлорсодержащих
промышленных отходов и бытового мусора, содержащего полимерные
материалы.
Для
очистки
атмосферных
выбросов
от
хлора
используются
абсорбционные и хемосорбционные способы. В качестве сорбентов для
хлора
используются
органических
вода,
соединений,
растворы
гидроксида
щелочей,
натрия,
водорастворимых
соды,
известкового
молока.
Хлороводород выделяется из отходящих газов значительно легче,
чем хлор. Его выделение осуществляется вследствие абсорбции НС1
водой или щелочными растворами в разнообразных аппаратах —
www.mahp.net.ru
sorber.narod.ru
насадочных скрубберах, скрубберах Вентури, в аппаратах пенного типа.
Недостатком поглощения хлороводорода водой в насадочных аппаратах
является интенсивное образование тумана капельно-жидкой соляной
кислоты, улавливание которой происходит менее интенсивно, чем
газообразного НС1. Поэтому степень извлечения НС1 этим методом не
превышает 88%.
Применение
для
очистки
отходящих
газов
от
хлороводорода
растворов щелочных реагентов (NaOH, Na2CO3, CaO) существенно
повышает
эффективность
улавливания
и
одновременно
позволяет
нейтрализовать образующийся сток.
Очистка от сероводорода. Сероводород содержится как примесь в
природном газе и нефтяных, коксохимических газах. Технологические и
топочные газы, содержащие сероводород, очень коррозионноактивны.
Вакуум-карбонатные
методы.
В
этих
методах
сероводород
поглощается из газов водным раствором карбоната натрия или калия.
Затем раствор регенерируют, нагревая под вакуумом, охлаждают и снова
подают на абсорбцию. В основе методов лежат реакции
Me2CO3+H2S ↔ MeHCO3+MeHS,
Ме2СО3+Н2О+СО2 ↔ 2МеНСО3,
MeHS+CO2+H2O ↔ MeHCO3+H2S.
Вследствие различной растворимости Nа2СОз, NaНСО3 К2СО3 и КНСО3
для абсорбции применяют растворы разной концентрации. Поташ лучше
растворим в воде, поэтому применяются его более концентрированные
растворы, которые имеют высокую поглотительную способность. Это
позволяет уменьшить его расход, а также сократить расход пара на
регенерацию поташа и энергии на перекачивание раствора. Недостатком
использования растворов поташа является их высокая стоимость. Исходя
из
этого,
чаще
используют
www.mahp.net.ru
содовый
метод.
Если
sorber.narod.ru
производится
регенерация раствора без рекуперации сероводорода, то
раствор
нагревают в регенераторе и из него воздухом отдувают сероводород. При
этом некоторое количество сульфида натрия окисляется до тиосульфата,
что приводит к понижению концентрации абсорбирующей жидкости,
поэтому периодически ее заменяют свежей.
Мышьяково-щелочные методы. В зависимости от абсорбента эти
методы
подразделяются
на
мышьяково-содовый
и
мышьяково-
аммиачный. Для приготовления абсорбента мышьяк As2O3 растворяют в
растворе Nа2СО3 или NH4OH. При растворении в содовом растворе
происходит реакция
2Na2CO3+As2O3+H2O ↔ 2Na2HAs2O3+2CO2.
Образование поглотительного раствора происходит в процессе
взаимодействия с сероводородом:
2Na2HAsО3+5H2S ↔ Na4As2S5+6H2O,
Na4As2S5+O2 ↔ Na4As2S5O2.
Полученный
является
раствор
поглотительным
оксисульфомышьяково-натриевой
раствором
для
сероводорода.
соли
Асорбция
протекает по реакции
Na4As2S6O+H2S → Na4As2S6O+H2O.
Адсорбционные и хемосорбционные методы используют для
очистки газов с невысоким содержанием газообразных и парообразных
примесей. В отличие от абсорбционных методов они позволяют проводить
очистку газов при повышенных температурах. Целевой компонент,
находящийся
в
подвергаемой
очистке
газовой
фазе,
называют
адсорбтивом, этот же компонент в адсорбированном состоянии —
адсорбатом.
Различают
физическую
и
химическую
адсорбцию
(хемосорбцию). При физической адсорбции поглощаемые молекулы
www.mahp.net.ru
sorber.narod.ru
газов
и
паров
удерживаются
силами
Ван-дер-Ваальса,
в
основе
хемосорбции лежит химическое взаимодействие между адсорбатом и
адсорбируемым
пористые
веществом.
материалы
с
В
качестве
высокоразвитой
адсорбентов
внутренней
используют
поверхностью.
Последние могут иметь синтетическое или природное происхождение.
К основным типам промышленных адсорбентов относятся активные
угли, силикагели, алюмогели (активный оксид алюминия), цеолиты и
иониты.
Активные
угли
характеризуются
гидрофобностью
(плохой
сорбируемостью полярных веществ, к которым принадлежит и вода). Это
свойство
определяет
широкое
их
использование
в
практике
рекуперационной и санитарной очистки отходящих газов разнообразной
влажности.
Силикагели по своей химической природе представляют собой
гидратированные
аморфные
реакционноспособными
кремнеземы
соединениями
(SiO2·nH2O),
являющиеся
переменного
состава,
превращения которых происходят по механизму поликонденсации:
nSi(OH)4 → SinO2n-m+(2n - m)H2O.
Алюмогель (активный оксид алюминия А12О3·nН2О, где 0<n<0,6)
получают прокаливанием различных гидроксидов алюминия. При этом в
зависимости от типа исходного гидроксида, наличия в нем оксидов
щелочных
и
щелочно-земельных
металлов,
условий
термической
обработки и остаточного содержания влаги получают различные по
структуре типы алюмогеля. Его промышленные сорта обычно содержат γА12О3.
Их
щелевидные
или
бутылкообразные
поры
образованы
первичными кристаллическими частицами размером (3 - 8)·10-9 м.
Цеолиты представляют собой алюмосиликаты, содержащие в своем
составе
оксиды
характеризующиеся
щелочных
и
регулярной
структурой
www.mahp.net.ru
щелочно-земельных
пор,
размеры
sorber.narod.ru
металлов,
которых
соизмеримы с размерами молекул, что определило и другое их название
— «молекулярные сита». Общая химическая формула цеолитов:
Ме2/nО· А12О3·x SiO2·yН2О,
(где Me — катион щелочного металла, n — его валентность).
Поглощение вещества происходит в основном в адсорбционных полостях
цеолитов, соединяющихся друг с другом входными окнами строго
определенных размеров. Проникать через окна могут лишь молекулы,
критический диаметр которых (диаметр по наименьшей оси молекулы)
меньше диаметра входного окна.
Адсорбция паров летучих растворителей. Улавливание паров
возможно любыми мелкопористыми адсорбентами: активными углями,
силикагелями, алюмогелями цеолитами, пористыми стеклами и т. п.
Однако
активные
угли
являющиеся
гидрофобными
адсорбентами
наиболее предпочтительны для решения этой задачи. Поглощение паров
летучих растворителей можно проводить в стационарных (неподвижных),
кипящих и плотных движущихся слоях поглотителя. В производственной
практике
установки
наиболее
со
распространенными
стационарным
слоем
являются
адсорбента,
рекуперационные
размещаемым
в
вертикальных, горизонтальных или кольцевых адсорберах.
Очистка газов от оксида азота. Как абсорбционные, так и
адсорбционные приемы поглощения слабоокисленных нитрозных газов
малоэффективны вследствие значительной инертности NО, являющегося
несолеобразующим
рациональным
соединением.
является
В
стремление
компонентов нитрозных газов
в
этой
связи
перевода
оксиды
более
в
ряде
случаев
слабоокисленных
высоких степеней
окисления. В промышленной практике очистки отходящих газов от
оксидов азота использование адсорбентов как агентов-аккумуляторов
NОх весьма ограничено.
www.mahp.net.ru
sorber.narod.ru
Хемосорбционная очистка отходящих газов от оксидов азота может
быть
организована
веществ,
на
способных
основе
вступать
использования
в
различных
химическое
твердых
взаимодействие
с
удаляемыми компонентами.
Например, с целью улавливания NОх из отходящих газов разработан
метод
адсорбции
оксидов
азота
торфощелочными
сорбентами
в
аппаратах кипящего слоя. При использовании наиболее дешевого и
доступного сорбента (смесь торфа и извести-пушонки) степень очистки
газов, содержащих 0, 1 - 2,0% NОх, при времени контакта фаз 1,6 - 3 с
достигает 96 - 99%, обеспечивая содержание NОх в очищенных газах на
уровне 0,01 - 0,04%. Еще больший эффект может быть достигнут при
пользовании торфа, обработанного аммиаком, или при введении аммиака
в кипящий слой торфа. Торф способствует окислению нитритов до
нитратов. Отработанный сорбент представляет собой хорошо хранящееся
неслеживающееся
торфоазотное
удобрение,
пригодное
для
использования на любых почвах и содержащее 8 - 12% усвояемого азота
и
27
-
30%
хорошо
усвояемых
растениями
гуминовых
кислот,
являющихся эффективными стимуляторами их роста (эти кислоты
образуются в результате катализируемого оксидами азота процесса
окисления органической массы торфа присутствующим в очищаемых
газax кислородом).
Очистка газов от диоксида серы. В качестве хемосорбентов могут
быть использованы известняк, доломит или известь, некоторые оксиды
металлов. Наиболее перспективными среди них являются оксиды Al, Bi,
Се, Со, Сr, Сu, Fe, Mn, Ni.
Очистка газов от галогенов и их соединений
Очистка от соединений фтора. Наиболее доступными твердыми
хемосорбентами фторида водорода являются известняк, алюмогели,
фторид натрия. Аппаратурное оформление процессов хемо-сорбционной
очистки отходящих газов от фтористых соединений характеризуется
www.mahp.net.ru
sorber.narod.ru
относительной
простотой.
Использование
ряда
ионообменных
материалов обеспечивает более тонкую очистку.
Очистка от хлора и хлорида водорода. Газообразный хлор хорошо
поглощается такими твердыми органическими соединениями, как лигнин
и лигносульфонат кальция, представляющими крупнотоннажные отходы
процессов химической переработки древесины и другого растительного
сырья.
Однако
более
эффективным
является
использование
этих
поглотителей в виде водных растворов и пульп.
В качестве твердых поглотителей хлорида водорода из отходящих
газов промышленности могут быть использованы сульфаты и фосфаты
меди, свинца, кадмия, образующие комплексы с двумя молекулами НС1,
а также некоторые органические полимерные материалы; цеолиты и ряд
промышленных отходов.
www.mahp.net.ru
sorber.narod.ru
Рис. 1. Схема установки для хемосорбции фторида водорода известняком: 1 — бункер; 2 —
корпус контактного аппарата; 3 — газораспределительное устройство; 4 пневматический
эжектор.
Очистка от сероводорода. Наиболее глубокую очистку газов от H2S
обеспечивают адсорбционные методы с использованием гидроксида
железа,
активного
угля,
цеолитов
и
других
поглотителей.
При
прохождении газа через слой гидроксида железа H2S поглощается:
2Fe(OH)3+3H2S → Fe2S3+6H2O.
Одновременно
образуется
некоторое
количество
FeS.
Присутствующий в очищаемом газе кислород окисляет сульфидную серу
с образованием гидроксида железа:
Fe2S3+3/2O2+3H2O → 2Fe(OH)3+3S.
Эффективным
Присутствие
в
поглотителем
очищаемом
газе
H2S
является
кислорода
активный
является
уголь.
необходимым
условием реализации процесса, в котором наряду с поглощением H2S
происходит катализируемое углем окисление последнего в адсорбенте,
сопровождающееся выделением тепла (220 кДж на 1 моль H2S):
H2S+0,5O2 → S+H2O.
Одновременно
с
этим
процессом
на
поверхности
адсорбента
происходит экзотермическая (790 кДж на 1 моль H2S) каталитическая
реакция превращения H2S в серную кислоту:
H2S+2O2 → H2SO4.
www.mahp.net.ru
sorber.narod.ru
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. Область применения
ограничивается характером образующихся при окислении продуктов
реакции, так как при сжигание 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 (600 – 800 ºС);
- термическое окисление (600 – 800 ºС);
- каталитическое сжигание (250 – 450 °С).
Прямое сжигание используют только в том случае, когда отходящие
газы обеспечивают подвод значительной части энергии, необходимой для
осуществления
процесса.
Одна
из
проблем,
затрудняющих
осуществление прямого сжигания связана с тем, что температура
пламени может достигать 1300 ºС. При наличии достаточного избытка
воздуха и длительном выдерживании газа при высокой температуре это
приводит к образованию оксидов азота. Таким образом, процесс
сжигания,
обезвреживая
загрязняющие
вещества
одного
типа,
становится источником загрязняющих веществ другого типа. Примером
прямого
сжигания
является
сжигание
углеводородов,
содержащих
токсичные газы, например, цианистый водород, непосредственно в
факеле, т.е. просто в открытой горелке, направленной вертикально
вверх.
Методы каталитической очистки отходящих газов. С помощью
каталитического
метода
www.mahp.net.ru
токсичные
компоненты
промышленных
sorber.narod.ru
выбросов превращают в вещества безвредные или менее вредные для
окружающей среды путем введения в систему дополнительных веществ,
называемых катализаторами. Широко применяют палладийсодержащие и
ванадиевые катализаторы. С их помощью происходит каталитическое
дожигание оксида углерода до диоксида и диоксида серы до оксида.
Возможно
также
восстановление
оксидов
азота
аммиаком
до
элементарного азота. Одна из разновидностей этого метода — дожигание
вредных примесей с помощью газовых горелок (факельное сжигание),
широко используется на нефтеперерабатывающих заводах.
Каталитическая очистка газов от органических веществ.
Присутствующие в отходящих технологических газах и вентиляционных
выбросах большого числа производств токсичные пары органических
веществ
в
большинстве
каталитической
очистке.
случаев
подвергают
Катализаторы
для
деструктивной
таких
процессов
приготовляют на основе меди, хрома, кобальта, марганца, никеля,
платины, палладия и других металлов. В отдельных случаях используют
некоторые
природные
катализаторов
материалы
условно
(бокситы,
различают:
цеолиты).
Среди
цельнометаллические,
представляющие собой металлы платиновой группы или неблагородные
металлы,
нанесенные
на
ленты,
сетки,
спирали
или
листы
из
нержавеющей стали; смешанные, включающие металлы платиновой
группы и оксиды неблагородных металлов, нанесенные на оксид
алюминия, нержавеющую сталь или другие металлы; керамические,
состоящие из металлов платиновой группы или оксидов неблагородных
металлов, нанесенных на керамическую основу в виде сот или решеток;
насыпные, приготовляемые в виде гранул или таблеток различной формы
из оксида алюминия с нанесенными на него металлами платиновой
группы или оксидами неблагородных металлов, а также в виде зерен
оксидов неблагородных металлов.
Обычно нанесенные на металлические носители катализаторы имеют
некоторые преимущества перед другими типами катализаторов. Они
www.mahp.net.ru
sorber.narod.ru
отличаются
большими
значениями
термостабильности
и
периода
эксплуатации около 1 года и более, высокими износостойкостью и
прочностными характеристиками, развитой поверхностью и пониженной
насыпной плотностью, их регенерация не представляет существенных
трудностей.
(особенно
Эти
показатели
содержащих
сопротивлением
(до
цельнометаллических
платину)
196
-
наряду
245
с
Па)
малым
катализаторов
гидравлическим
обусловливают
широкую
распространенность и перспективность их использования для обработки
весьма значительных объемов газовых выбросов, содержащих пары
растворителей, фенолов и других токсичных органических веществ.
Более просты и дешевы в изготовлении катализаторы на основе из
керамики.
Они
также
характеризуются
низким
гидравлическим
сопротивлением, обладают, как правило, меньшей насыпной плотностью,
сохраняют активность при обезвреживании запыленных потоков, однако
являются
менее
термостабильными,
чем
цельнометаллические
катализаторы. Наиболее активны среди них катализаторы, включающие
платину и палладий.
НПП "Машины и аппараты химических технологий"
Кафедра "Машины и аппараты химических производств" УрФУ
тел. сот. +7 902 87 18 657
www.mahp.net.ru
X
Д. И. Гринёв
Директор НПП "Машины и аппараты хим...
www.mahp.net.ru
sorber.narod.ru