Область применения пылеуловителей различных типов в зависимости от размера частиц пыли
Этим способом можно получить высокую степень очистки газа, но необходимо затратить большое количество извести. Для осуществления процесса необходимо подавать на орошение скруббера большое количество жидкости для того, чтобы насадка скруббера не засорялась побочным продуктом — гипсом (CaSО4). Расход жидкости рассчитывают на 1000 м3 очищенного газа при концентрации SO2, равной 0,5 %. При других концентрациях количество жидкости соответственно больше или меньше, либо прямо пропорционально концентрации SO2 в газе. Приведенный способ очистки газов от SO2 достаточно прост и надежен и используется в самых различных вариантах. Аммиачный способ (циклический). Газы, содержащие SO2, после тщательной их очистки от пыли и охлаждения до 35— 50°С промывают раствором, содержащим (NH4)2SO3. При этом происходит реакция:
В результате газ очищается от SO2. При нагреве полученного раствора бисульфита аммония до кипения реакция идет в обратном направлении с выделением сернистого ангидрида и получением раствора сульфита аммония. Применяя последний процесс, получают сернистый ангидрид высокой концентрации, используемый для получения элементарной серы, серной кислоты и других ценных продуктов. Часто для удобства перевозок сернистый ангидрид переводят в жидкое состояние, сжимая до 20--30 Н/см2 (2--3 атм) и охлаждая до 15—25°С или только охлаждая примерно до-15°С. Полученный после отгонки SO2 раствор сульфита аммония охлаждают и снова используют для улавливания сернистого ангидрида из газов. При этом способе поглотитель совершает круговой цикл -- он поглощает SO2, а затем после отгонки SO2 и последующего охлаждения используется повторно. Такие методы называют циклическими. Хотя поглотитель все время и возвращается обратно в цикл, он все же расходуется, так как часть его теряется (проливается, уносится с газами в виде мелких капель) и частично превращается в (NH4)2 SO4. Получаемый сульфат аммония приходится выводить из цикла, а взамен вводить в цикл аммиак для получения свежего (NH4)2 SO3 в количестве, необходимом для возмещения потерь. Этот метод очень интересен. Он дает возможность получить из отходящего газа ценные продукты — высококонцентрированный сернистый ангидрид и сульфат аммония. В качестве поглотителей для циклических методов предложено большое количество реагентов: сульфит аммония, пиридин, этаноламины и др. Наилучшие результаты получаются при использовании сульфита аммония. Аммиачный способ (нециклический). По данному способу отходящие газы очищают от 802 промывкой их раствором сульфита. Половину полученного при этом бисульфата аммония обрабатывают какой-либо кислотой (серной, азотной, фосфорной). При этом получают SО2 в концентрированном виде и соответствующую аммонийную соль, которую можно использовать как удобрение:
а вторую половину бисульфата нейтрализуют по реакции
и полученный сульфит применяют для улавливания SO2 из газа.
Аммиачно-автоклавный способ. Отходящие газы очищают от SO2 промывкой их раствором сульфита аммония, но полученный раствор бисульфита или смеси бисульфита с сульфитом можно переработать в автоклаве по следующим реакциям:
или
Реакции ускоряются в присутствии селена и тиосульфата. Последний можно заменить, вводя элементарную серу, которая, реагируя с сульфитом, образует тиосульфат. Обычно серу добавляют по стехиометрическому расчету для перевода всего сульфита в тиосульфат. Процесс проходит при температуре около 150--160°С. При 2—3-кратном избытке серы продолжительность процесса составляет около 1 ч. Добавка 0,003 % селена (от массы раствора) позволяет проводить реакцию при температуре 135°С. По этому способу получают ценные вторичные продукты — элементарную серу и сульфат аммония, но при этом расходуется значительное количество аммиака и пара. Цинковый способ. Газы, очищенные от пыли, промываются пульпой, содержащей ZnO. При этом реакция протекает по уравнению:
Образующийся ZnSO3 2,5 Н2О остается в твердой фазе и отделяется от жидкости фильтрацией или центрифугированием. Отфильтрованные кристаллы гп80з 2,5 Н2О при нагревании до 350°С разлагаются на H2O, SO2 и ZnO. Сернистый ангидрид выделяется в высококонцентрированном виде, а оксид цинка возвращается для приготовления поглотительной пульпы. Этот метод не требует охлаждения газов и поглотительной жидкости (пульпы). Применяя его, можно очистить газы от SO2 лучше, чем при аммиачном методе; кроме того, не требуется предварительно охлаждать газы, а также тщательно очищать их от мышьяка и селена. Аналогично цинковому методу, для поглощения SO2 можно использовать MgO, но разложение образующегося МSO3 требует более высокой температуры — около 900°С, что осуществить труднее . Способы очистки газов от SO2 отличаются не только составом поглотителя, но и получаемыми продуктами, . частично аппаратурой и условиями применения поглотителей. Ориентировочно можно считать, что газы в зависимости от перечисленных выше методов, будут содержать SO2 (мг/м3) в количестве 0,005-0,01 при известковом методе, 0,01-0,02 при цинковом и аммиачно-автоклавном методах, 0,01-0,03 при аммиачно-кислотном, 0,02-0,03 при аммиачно-цикличном методе. Очистка газов от хлористого водорода. На ряде химических производств и предприятий цветной металлургии с отходящими газами уносится НС1. Для его улавливания с целью последующей утилизации применяют различные способы. Хлористый водород можно уловить водой, так как он в ней хорошо растворяется с образованием соляной кислоты. Получать таким способом соляную кислоту целесообразно, если она будет стандартной, т.е. содержать 27 % НСl. Над такой кислотой упругость паров НС1 при 40°С составляет около 1889 Н/м3 (14,2 мм рт.ст.). Следовательно, 27 %-ную кислоту можно получить, поглощая НС1 водой из газа только в том случае, если в газе содержание НС1 больше, чем 1,87 % (14,2Ч100 / 760), и если жидкость в процессе поглощения не нагревается выше 40°С. При растворении НС1 в воде выделяется значительное количество тепла, которое изменяется в зависимости от того, какой концентрации получается кислота. При растворении 1 моля НС1 в бесконечно большом количестве воды выделяется 1990 кДж (475 ккал), а при растворении в таком количестве воды, чтобы получилась 36 %-ная кислота, выделяется 1225 кДж (293 ккал) на 1 моль НС1. Поэтому при улавливании НС1 с целью получения концентрированной соляной кислоты требуется отводить тепло. В этом случае газы, содержащие НС1, пропускают последовательно через несколько аппаратов-поглотителей, в которых жидкость и газ движутся противотоком. При использовании барботажных аппаратов внутри них устанавливают змеевики для пропускания воды, отводящей тепло. В скрубберных установках змеевики устанавливают в циркуляционных баках. В тех случаях, когда при очистке газов получается не товарный, а слабый раствор соляной кислоты (например, при малой концентрации НС1 в газе), его перед спуском в канализацию нейтрализуют известью или щелочами. Очистка газов от хлора. Наиболее изученный и часто применяемый способ очистки газов от хлора состоит в промывке газа известковым молоком или раствором гидрооксида магния. Уравнения реакции взаимодействия хлора с этими веществами имеют следующий вид:
По этим уравнениям, реакции протекают в том случае, когда в поглотительной жидкости имеется избыток соответствующего гидрата оксида. Если же весь гидрат оксида прореагирует, то в дальнейшем реакция протекает по следующей схеме:
Образующиеся кислоты действуют на получившийся вначале Са(ОС1)2 или Mg(OCl)2, поэтому при израсходовании всего гидрата оксида полнота улавливания хлора понижается. Для хорошего поглощения хлора требуется, чтобы в орошающей жидкости содержание свободной извести в пересчете на СаО было не менее 10--20 г/дм3. Полученный раствор содержит Са(ОС1)2 или Mg(OCl)2, которые перед сбросом в отвал следует подвергнуть дополнительной обработке для разложения этих соединений. Разложение гипохлорита можно осуществлять кислотой или нагревом с катализатором — солями меди и никеля, а также его взаимодействием с опилками. Поглощение хлора известковым молоком обычно осуществляют в скрубберах с насадкой или без насадки. Аппаратуру, применяемую для улавливания кислых компонентов из газов, покрывают антикоррозионным материалом. В ФРГ разработан метод полусухой очистки дымовых газов, так называемый "Систем Дюссельдорф". Принцип заключается в том, что в газовый поток в зоне реакции впрыскивают суспензию гидроксида кальция. Вертикальное расположение реактора, не требующего большого пространства, в сочетании с эффективной системой распылителей содействует оптимальному смешиванию реактива с дымовыми газами, так что достигается высокая степень отделения кислых компонентов дымовых газов SO2, НС1 и HF при экономичном расходовании нейтрализующих веществ. Поскольку внесенная доля воды полностью испаряется, остаются сухие- продукты реакции. Они улавливаются с помощью дополнительно , подключенного пылеотделителя и помещаются в бункер для отходов. Принципиальная схема квазисухой очистки газов показана на рис. 57.
Фирмой "Флект" разработан метод трехступенчатой очистки газов "Драйпак", при котором дымовые газы после предварительной очистки поступают в реактор, где подвергаются квазисухой обработке известковым молоком. Сухой продукт, образовавшийся в реакторе, а также задержанный в третьей ступени -- тканевом фильтре, состоит главным образом из СаSОз и может быть переработан термическим окислением на сульфат кальция или технический ангидрид, который по своим свойствам соответствует природному ангидриду и может быть использован в производстве цемента [8, 31]. Очистка дымовых газов от оксидов азота. Для уменьшения эмиссий оксидов азота из топливных агрегатов и установок для сжигания отходов применяют различные технологические процессы. Первичные мероприятия, позволяющие в ограниченной степени уменьшить образование оксидов азота, относятся к оформлению топочного пространства и процессов горения. При вторичных мероприятиях используется возможность снижения выбросов оксидов азота на пути движения дымовых газов между экономайзером и воздухоподогревателем или между электрофильтром и дымовой трубой. Для удаления оксидов азота посредством селективных каталитических реакций (способ СКР) перед воздухоподогревателем помещают катализатор, а в качестве восстановителя используют аммиак. Способ СКР получил распространение в Японии. В институте "Бергбау-Формунг" (ФРГ) разработаны способы одновременного удаления из дымовых газов SO2 и NOx и восстановления NOx после очистки газов от серы [I8]. Адсорбенты для очистки дымовых газов изготавливают из каменного угля по способу фирмы "Бергверксфербанд". Им присущи следующие свойства: · · высокая адсорбционная способность; · · большая скорость адсорбции; · · высокая каталитическая активность при восстановлении Nох аммиаком при низкой температуре; · · небольшая реакционная способность по отношению к кислороду; · · прежняя активность адсорбента после регенерации; · · значительная механическая прочность. При очистке прежде всего возникает вопрос об улавливании SO2 с помощью адсорбентов. В большом диапазоне температур, начиная от температуры окружающей среды и кончая 150°С, SO2 адсорбируется и преобразуется в присутствии кислорода и водяного пара в серную кислоту
Кислота накапливается в порах адсорбента. Максимальное насыщение достигается при t= 120°С, когда серная кислота показывает экстремально низкое давление пара. В топочных газах содержатся оксиды азота NOx представленные преимущественно монооксидом азота (NO) и лишь на 5--10 % диоксидом азота (NO2). При температуре выше 80°С последний очень быстро восстанавливается, взаи- модействуя с углеродом. При добавлении аммиака в дымовые газы реакция восстановления NO ускоряется:
Когда температура превышает 80°С, реакция между NO и NН3 до образования нитрита аммония не протекает, так как последний не устойчив при высокой температуре. Дымовые газы топок содержат наряду с оксидами азота еще и оксиды серы, которые не улавливаются полностью в системе удаления SO2. Затем аммиак дополнительно реагирует с серной кислотой, адсорбирующейся при улавливании SO2, с образованием гидросульфата и сульфата аммония
Адсорбенты, загрязненные серной кислотой и ее аммонийными солями, через 60 ч работы подвергаются термической регенерации, чтобы восстановить полную улавливающую способность при новом использовании для очистки дымовых газов.
Рис. 58. Технологическая схема каталитического восстановления оксидов азота 1 - реактор; 2 - сажеобдувочный агрегат: 3 - катализатор; 4 - золоудалителъ; 5 - станция разгрузки цистерн: 6 - хранилище для аммиака; 7 - испаритель аммиака; 8 - регулятор давления; 9 - воздуходувка; 10 - смеситель: 11 - снабжение аммиаком На рис. 58 показана установка по селективному восстановлению оксидов азота по методу фирм "Маннесманн" и "Штойлер". При селективном каталитическом восстановлении оксидов азота происходят следующие основные реакции:
На этой основе осуществляются все технологические процессы по селективному каталитическому восстановлению оксидов азота. При отдельных технологических процессах применяются различные катализаторы. Они определяют специфические свойства отдельных технологий и тем самым преимущества и недостатки. Методы СКВ, применяемые в работе электростанций, основываются на разработках, которые велись с целью уменьшения отработанных газов, выделяющихся из установок по производству азотной кислоты. В течение уже нескольких лет в этой области применяются методы по очистке отработанных газов, при которых в качестве катализаторов используют пятиокись ванадия, платину или смесь из железа и оксида хрома. Дальнейшие разработки привели к модифицированному использованию данных катализаторов для очистки дымовых газов электростанций. Здесь используются отчасти металлические, отчасти керамические материалы в качестве носителя каталитически активных веществ. Сам катализатор дополнительно наносят на носитель, который в большинстве случаев имеет сотовую структуру, или вводят в керамический носитель во время процесса изготовления. Пятиокись ванадия оправдала себя в качестве компонента с каталитическим эффектом. Пятиокись ванадия оказалась, однако, не только хорошим катализатором для восстановления оксидов азота с аммиаком. Она ускоряет также превращение SO2 в SO3. С повышением температуры степень превращения увеличивается. Полученный SO3 в свою очередь приводит к образованию аммониевых сульфатов, осадки которых при охлаждении дымовых газов сильно загрязняют последующие компоненты установки, например воздухоподогреватель. Другой метод, разработанный фирмами "Маннесманн" и "Штойлер", при котором применяется молекулярное сито в качестве катализатора, значительно отличается от вышеуказанных технологий восстановления оксидов азота. Молекулярное сито не является катализатором в обычном смысле, так как оно не содержит никаких примесей каталитически активных веществ. Его каталитическое действие основано на его структуре. Молекулярное сито состоит из кристаллической решетки, которая пересечена системой связанных порами полостей с большой площадью реакционной поверхности. Поры имеют определенный диаметр в пределах нанометра. В результате установленных размеров пор достигается высокая селективность, так как только молекулы определенной величины могут проникнуть через поры.
Рис. 59. Ход кривых КПД восстановления NOx с молекулярным ситом в качестве катализатором
На первой ступени удаляются путем адсорбции содержащиеся в дымовых газах оксиды азота и аммиак. Затем в результате перепада концентрации эти вещества диффундируют во внутреннюю часть катализатора. В капиллярах потенциал для реакции оксидов азота с аммиаком уменьшается настолько, что этот экзотермический процесс может происходить уже при температурах дымовых газов от 300 до 480°С. После этого продукты реакции (вода и азот) удаляются под давлением из молекулярного сита и отводятся с потоком дымовых газов. Поскольку реакция между компонентами происходит во внутренней части материала, катализаторные яды дымовых газов, т.е. диоксид серы, диоксид углерода и окись углерода, а также галогенные соединения не оказывают отрицательного влияния на КПД. Эти вещества не могут проникать в тонкие каналы. Никакая чувствительность к пыли не наблюдалась, так как возможны осадки только на поверхности катализатора, которая, однако, постоянно очищается абразивным действием летучей пыли. В связи с очень большой площадью внутренней поверхности молекулярного сита, которое используется в качестве катализатора, оно располагает большой вместимостью для таких реакционных компонентов, как оксиды азота, аммиак и i кислород. Благодаря этому компенсируются и более высокие колебания в концентрации этих газовых компонентов. На рис. 59 изображаются кривые КПД восстановления NOx с молекулярным ситом в качестве катализатора при определенном составе дымовых газов. Ясно показаны высокие значения КПД в широком температурном диапазоне при высоком удельном объемном расходе. В последнее время с успехом проводятся работы по обезвреживанию оксидов азота путем подачи озона в дымовые газы после теплоутилизационного агрегата. С помощью В4-озо-наторов можно также полностью удалять из отходящих газов электростанций, сернокислотных заводов оксиды серы с превращением последних в товарную серную кислоту [1, 8]. Очистка газов от паров ртути. При относительно высоких концентрациях паров ртути основную их часть можно сконденсировать при охлаждении газов. В этом случае возможно образование ртутного тумана, который можно улавливать электрофильтрами, получая ртуть, годную для повторного использования. При низких концентрациях паров ртути их можно улавливать сухими поглотителями: активированным, хлорированным углем, а также пиролюзитом (марганцевой рудой).
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Область применения пылеуловителей различных типов в зависимости от размера частиц пыли» з дисципліни «Утилізація промислових відходів»
