Курсач по тех.защ.окр.ср. - Кузн.прес. и прокат. цех («Технология защиты окружающей среды» курсовая), страница 3

В процессах санитарной каталитической очистки отходящих га­зов промышленности высокой активностью характеризуются контакт­ные массы на основе благородных металлов (платина, палладий, се­ребро и др.), оксидов марганца, меди, кобальта, а также оксидные контакты, активированные благородными металлами (1,0-1,5%).

Гетерогенное каталитическое превращение является сложным

многоступенчатым процессом, включающим в качестве основных стадий диффузию исходных реагентов из ядра газового потока к по­верхности гранул (зерен) катализатора (внешняя диффузия), прони­кание этих веществ в порах катализатора к активным центрам его внутренней поверхности (внутренняя диффузия), активированную адсорбцию продиффундировавших реагентов поверхностью катали­затора с образованием поверхностных химических соединений, хи­мическое взаимодействие адсорбированных веществ с образовани­ем продуктов, десорбцию продуктов и их перенос к наружной повер­хности гранул катализатора (внутренняя диффузия) и затем от этой поверхности в ядро газового потока (внешняя диффузия).

Селективное каталитическое восстановление оксидов азота.

Используемый восстано­витель (как правило, аммиак) реагирует преимущественно с NO_х и почти не взаимодействует с находящимся в нитрозных газах кисло­родом, в связи с чем его расходуют в количествах, эквивалентных содержанию в обезвреживаемых газах оксидов азота или превыша­ющих стехиометрию на 10-50% с целью более полного протекания следующих экзотермических реакций:

6NO + 4NH₃ = 5N₂ + 6H₂O

8NO + 2NH₃ = 5N₂O + 3H₂O

Таким образом, безвредные продукты реакций (азот и вода) яв­ляются еще одним выгодным отличием этого метода. Присутствие кислорода в отходящих газах благоприятствует реализации катали­тического восстановления, реакции ускоряются, и процесс идет сле­дующим образом:

4NO + 4NH₃ + O₂ = 4N₂ + 6H₂O

Селективное каталитическое восстановление происходит при от­носительно низких температурах (180-360⁰С) с выделением неболь­ших количеств тепла. Вследствие этого температура конвертируемых газов увеличивается в зоне катализа лишь на 10-20⁰С.

При избытке аммиака его основное количество окисляется присут­ствующим в нитрозных газах кислородом по экзотермической реакции

4NH₃ + 3O₂ = 2N₂ + 6H₂O

Нитрозные газы после очистки от пыли в фильтре при необходимой температуре направляют в смеситель (рис.2.3.). Подаваемый в установку жидкий аммиак испаряют нагретым конденсатом. Обра­зующиеся пары аммиака при давлении (3,5-3,7)*10⁵ Па очищают в фильтре, нагревают до 120⁰С и смешивают с нагретыми нитрозны­ми газами, регулируя отношение NН_з:NО на уровне (1,2-1,3):1. По­лученную смесь направляют в реактор, где на алюмо-ванадиевом ка­тализаторе АВК-l0 идет восстановление оксидов азота аммиаком. Обезвреженные нитрозные газы при 300⁰С из реактора с целью час­тичного использования их энергии подают на рекуперационную турбину, откуда их направляют в охладитель, после которого при 150­-170⁰С выбрасывают в атмосферу. При возможном образовании в си­стеме аммонийных солей предусматривают периодическую останов­ку и пропаривание турбины насыщенным паром низкого давления. В охладителях

необходимо предусмотреть рекуперацию теплоты. Например получение пара из воды или на какие-либо другие технические и бытовые нужды.

Такой процесс обеспечивает обезвреживание нитрозных газов не менее чем на 96%.

Входящая концентрация NO составляет 37,44 * 10³ мг/м³. Нам необходимо дочистить до ПДК = 0,06 мг/м³.

С_вых = 37,44 * 10³ мг/м³ * ( 1- 0,96 ) = 1497,6 мг/м³. Что значительно превышает ПДК. Требуется дальнейшая очистка:

С_вых = 1497,6 мг/м³ * ( 1- 0,96 ) = 59,904 мг/м³

С_вых = 59,904 мг/м³ * ( 1- 0,96 ) = 2,39616 мг/м³

С_вых = 2,39616 мг/м³ * ( 1- 0,96 ) = 0,0958464 мг/м³

С_вых = 0,0958464 мг/м³ * ( 1- 0,96 ) = 0,0038 мг/м³

Получаем пять степеней очистки.

2.1.4. Очистка отходящих газов от диоксида серы SO₂.

Очистку отходящих газов от SO₂ производим магнезитовым методом (хемосорбция).

Альтернативными методами очистки являются адсорбционные и каталитические методы.

Основы абсорбции.

При абсорбции про­исходит взаимодействие между газом и раствором, в котором со­держится вещество, реагирующее с этим газом. Иногда растворяю­щийся газ реагирует непосредственно с самим растворителем. 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.

В зависимости от особенно­стей взаимодействия поглотителя и извлекаемого из газовой смеси компонента абсорбционные методы подразделяются на методы, ба­зирующиеся на закономерностях физической абсорбции, и методы абсорбции, сопровождаемой химической реакцией в жидкой фазе.

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 при концентрации газового компонента в газовоздушной смеси и его давления в этой смеси превышающими концентрацию и давление данного компонента в жидкости. Процесс протекает тем быстрее, чем больше поверхность раздела фаз, турбулентность потоков и коэффициенты диффузии.

Организация контакта газового потока с жидким растворите­лем осуществляется либо пропусканием газа через насадочную колонну, либо распылением жидкости, либо барботажем газа че­рез слой абсорбирующей жидкости.

При протекании химической реакции в жидкой фазе абсорбируе­мый компонент вступает в реакцию с поглотителем. Возрастает гра­диент концентраций у поверхности раздела, по сравнению с физичес­кой абсорбцией скорость поглощения увеличивается. При этом, чем больше скорость химической реакции, тем больше ускорение абсор­бции .

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. 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.

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

Методы абсорбции и хемосорбции, применяемые для очистки промышленных выбросов, называют мокрыми. Преимущество аб­сорбционных методов заключается в экономичности очистки боль­шого количества газов и осуществлении непрерывных технологи­ческих процессов.

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.

Магнезитовый метод очистки отходящих газов от SO₂.

Диоксид серы в этом случае поглоща­ют оксид-гидрооксидом магния. В процессе хемосорбции образу­ются кристаллогидраты сульфита магния, которые сушат, а затем термически разлагают на S0₂-содержащий газ и оксид магния. Газ перерабатывают в серную кислоту', а оксид магния возвращают на абсорбцию.

В абсорбере протекают следующие реакции:

MgO+H₂0=Mg(OH)₂

MgSO₃ + H₂O + SO₂ = Mg(HSO₃)₂

Mg(HSO₃)₂ + Mg(OH)₂ = 2MgSO₃ + 2H₂O

Растворимость сульфита магния в воде ограничена, избыток его в виде МgSО₃*6Н₂O и МgSО₃*3Н₂O выпадает в осадок. Технологи­ческая схема процесса представлена на рис. 2.5.

Д ымовые газы поступают в абсорбер, представляющий собой форсуночный скруббер (рис.2.4.), орошаемый циркулирующей суспензией. Он представляет собой колонну круглого или прямоугольного сечения, в которой осуществляется контакт между газом и суспензией. Отношение Т:Ж в суспензии 1: 10, рН сус­пензии на входе 6,8-7,5, а на выходе из абсорбера 5,5-6. Состав цир­кулирующей суспензии (в %): MgO - 1,4; МgSОз - 6,7; MgSO₄­ -12,4; вода и примеси-79,65.

В абсорбере кроме сульфита образуется некоторое количество сульфата:

2MgSO₃ +O₂ = 2MgSO₄

О бразование сульфата нежелательно, так как для его разложе­ния необходима более высокая температура (1200-1300 ^ОС). При таких условиях получается переобожженный MgO, который имеет малую активность по отношению к SO₂. Для устранения образова­ния сульфата необходимо использовать ингибиторы окисления или проводить процесс в абсорберах при малом времени контакта газ - ­жидкость. Другой путь - производить обжиг сульфата в присутствии восстановителей (кокса, метана, оксида углерода и др.). В этом слу­чае сульфат восстанавливается в сульфид.

Из нейтрализатора часть суспензии выводят на центрифугу для отделения кристаллогидратов солей магния. Обезвоживание солей про­изводят в сушилках барабанного типа с мазутной топкой. Продукт после сушки содержит (в %): MgO - 2,6; МgSОз - 65,0; MgS0₄ - 11,8; H₂О - 20,6.

Безводные кристаллы обжигают во вращающихся пе­чах или печах кипящего слоя при 900⁰С, в печь добавляют кокс. При этом идет реакция:

MgSO₃ = MgO + SO₂

Концентрация S0₂ в газе, выходящем из печи, 7-15%. Газ ох­лаждают, очищают от пыли и сернокислотного тумана и направляют на переработку в серную кислоту.

Выгружаемый из печи продукт содержит 86,1% MgO и 3,4% MgS0₄. Его охлаждают до 120°С, после чего отправляют на абсорбцию.

Достоинства магнезитового метода: 1) возможность очищать горячие газы без предварительного охлаждения; 2) получение в качестве продукта рекуперации серной кислоты; 3) доступность и дешевизна хемосорбента; высокая эффективность очистки.

Недостатки: 1) сложная технологической схемы; 2) неполное разложение сульфата магния при обжиге; 3) значительные потери оксида магния при регенерации.

Такой процесс обеспечивает обезвреживание отходящих газов не менее чем на 95%.

Входящая концентрация SO₂ составляет 743,7 * 10³ мг/м³. Нам необходимо дочистить до ПДК = 0,05 мг/м³.

С_вых = 743,7 * 10³ мг/м³ * ( 1- 0,95 ) = 37185 мг/м³. Что значительно превышает ПДК. Требуется дальнейшая очистка:

С_вых = 37185 мг/м³ * ( 1- 0,95 ) = 1859,25 мг/м³

С_вых = 1859,25 мг/м³ * ( 1- 0,95 ) = 92,9625 мг/м³

С_вых = 92,9625 мг/м³ * ( 1- 0,95 ) = 4,648 мг/м³

С_вых = 4,648 мг/м³ * ( 1- 0,95 ) = 0,2324 мг/м³

С_вых = 0,2324 мг/м³ * ( 1- 0,95 ) = 0,01162 мг/м³

Получаем шесть степеней очистки.

2.1.5. Очистка отходящих газов от оксида углерода СО.

Очистку отходящих газов от СО производим каталитическим окислением.

Альтернативными методами очистки являются абсорбционные и термические методы.

Отходяие газы подают в топку-подогреватель (рис.2.6.), где нагревают до 220- 250⁰С пу­тем сжигания вводимого в топку топливного газа в воздухе, нагнета­емом воздуходувкой. Расход воздуха рассчитан не только на сжигание топливного газа, но и на последующее каталитическое окисле­ ние находящихся в газах оксида углерода. Смесь топочных и отходящих газов с воздухом направляют в работающий в адиабатических условиях реактор. Используется шариковый ката­лизатор ШПК-2, содержащий 0,2% платины, нанесенной на оксид алюминия. Про исходящие на катализаторе окислительные реакции экзотермичны, что приводит к сильному разогреву продуктов катализа. Конвертированные газы при температуре до 700⁰С передают в котел-утилизатор, обеспечиваю­щий производство перегретого до 380⁰С водяного пара под давлени­ем 4 МПа. Выходящие из котла-угилизатора обезвреженные газы при температуре около 200⁰С дымососом через дымовую трубу эвакуи­руют в атмосферу.