ReferChemistry (Очистка газообразных промышленных выбросов)

___________________________________________________Очистка газообразных промышленных выбросов_______

Содержание

1. Введение ……………………………………………….……………………………………….. 2 стр

2. Очистка промышленных газов от окислов азота ………………………………………… 2 стр

3. Очистка газов от двуокиси серы ……………………………………………………………. 8 стр

4. Очистка газов от сероводорода ………………………………………………………………. 12 стр

5. Очистка газов от СО₂ ………………………………………………………………………….. 15 стр

6. Список использованной литературы ………………………………………………………... 17 стр

ВВЕДЕНИЕ

Газообразные выбросы очень неблагоприятно влияют на экологическую обстановку в местах расположения этих промышленных предприятий, а также ухудшают санитарно-гигиенические условия труда. К агрессивным массовым выбросам относятся окислы азота, сероводород, сернистый, углекислый и многие другие газы.

Например, азотнокислотные, сернокислотные и другие заводы нашей страны ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки мил­лионов кубометров окислов азота, представляющих собой сильный и опасный яд. Из этих окислов азота можно было бы выработать тысячи тонн азотной кислоты.

Не менее важной задачей является очистка газов от двуокиси серы. Общее количество серы, которое выбрасывается в нашей стране в атмосферу только в виде сернистого газа, составляет око­ло 16 млн. т. в год. Из этого количества серы можно выработать до 40 млн. т. серной кислоты.

Значительное количество серы, главным образом, в виде серо­водорода содержится в коксовом газе.

Серосодержащий газ, используемый в металлургической про­мышленности для обогрева мартеновских и нагревательных печей, вызывает угар металла и повышает содержание серы и стали, ухуд­шая ее качество. Потери металла при этом исчисляются сотнями тысяч тонн в год.

С дымовыми газами из заводских труб и энергетических уста­новок ежегодно выбрасываются в атмосферу несколько миллиар­дов кубометров углекислого газа. Этот газ может быть использован для получения эффективных углеродсодержащих удобрений.

Приведенные примеры показывают, какие огромные материаль­ные ценности выбрасываются в атмосферу с газообразными выбросами.

Но более серьезный ущерб эти выбросы приносят тем, что они от­равляют воздушный бассейн в городах и на предприятиях: ядови­тые газы губят растительность, крайне вредно действуют на здо­ровье людей и животных, разрушают металлические сооружения и коррозируют оборудование.

Хотя в последние годы отечественные промышленные предприятия работают не на полную мощность, но проблема борьбы с вредными выбросами стоит очень остро. А учитывая общую экологическую обстановку на планете, необходимо принять самые срочные и самые радикальные меры по очистке выбросных газов от вредных примесей.

ОЧИСТКА ПРОМЫШЛЕННЫХ ГАЗОВ ОТ ОКИСЛОВ АЗОТА

Существующие методы очистки подразделяются на три группы: поглощение окислов азота жидкими сорбентами, поглощение окис­лов азота твердыми сорбентами и восстановление окислов азота до элементарного азота на катализаторе.

Наиболее распространенным методом в нашей стране является очистка газов от окислов азота путем поглощения их растворами Na₂CO₃ и Са (ОН)₂ , сравнительно реже — NaOH и КОН.

Метод щелочной очистки требует больших капитальных затрат и эксплуатационных расходов, но главный его недостаток в том, что степень абсорбции окислов азота не превышает 60—75% и, таким образом, этот метод не обеспечивает санитарной нормы очистки газов. Полученные в процессе очистки щелока нуждаются в дальнейшей многостадийной переработке для получения из них твердых солей.

Метод поглощения окислов азота твердыми сорбентами — силикагелем, алюмогелем, активированным углем и другими тверды­ми поглотителями — не нашел промышленного применения из-за сложности, малой надежности и дороговизны.

Метод каталитического восстановления окислов азота начал применяться только в последние годы и пока является наиболее совершенным методом. Главными его недостатками являются:

большие капитальные затраты; громоздкость оборудования, изго­товляемого из дефицитной нержавеющей стали; необходимость применения дорогостоящего катализатора; большие потери катализатора при регенерации; значительные расходы газов восстанови­телей (Н­₂, СН₄ или СО). В результате каталитической очистки в атмосферу выбрасывается другой ядовитый газ — окись углерода в количестве 0,10-0,15 %. Кроме того, каталитическая очистка не предусматривает утилизацию окислов азота и применима лишь в случае очистки слабо концентрированных газов, содержащих лишь до 0,5 % NO+NO₂ и до 4-5 % кислорода.

Основная трудность очистки выхлопных газов от окислов азота состоит в том, что в газах присутствуют окислы азота с различной степенью окисленности: газы слабо окисленные (содержание окиси азота в газе более 60% от общего количества NO+NO₂­_­­­_­ средне окисленные (содержание NO в пределах 45-60%) высоко окисленные (окислы азота преимущественно в виде ­NO₂ более 60-70 % от их общего количества). Наиболее трудно производить очистку слабо окисленных газов. Двуокись и высшие окислы азота сравнительно хорошо поглощаются водой и водными растворами некоторых солей, окись азота (NO) большинством из указанных растворов не поглощается. Для полного поглощения окислов азота из газовых смесей необходимо предварительное окисление NO до NO₂ не менее чем на 50—55%.

Разработаны конструкции аб­сорбционных аппаратов, работающих при высоко турбулентном режиме, — это механические ротационные аппараты горизонталь­ного и вертикального типов и полые распылительные абсор­беры.

Поглощение окислов азота жидкими сорбентами в механиче­ских абсорберах с большим числом оборотов. Влияние гидродина­мических условий на скорость абсорбции окислов азота опреде­лялись в механических абсорберах с большим числом оборотов, а в качестве поглотителей испытывались растворы Са (ОН)₂, NH₃, Na₂CO₃ и др.

Общий вид горизонтального механического абсорбера показан на рис. 1. Аппарат представляет собой разъемный цилиндр 1, вы­полненный из нержавеющей стали. Внутри цилиндра на подшипниках

Рис. 1. Общий вид горизонтального механического абсорбера.

установлен вал 4 с закрепленными на нем перфорированными дисками 5. Вал приводится в движение электродвигателем 2 через редуктор 3 или клиноременную передачу.

На 1/3 диаметра диски имеют радиальные разрезы, с помощью которых формируются лопатки, отогнутые навстречу друг другу под углом 15—17°. Области между дисками в аппарате разделены полудисками, создающими зигзагообразное движение газа в ап­парате.

При вращении дисков лопатки захватывают жидкость, которая заполняет нижнюю часть аппарата и распыляет ее по всему объе­му аппарата, при этом обеспечивается интенсивное перемешивание газа с жидкостью и высокоразвитая поверхность контакта фаз.

Поглощение окислов азота раствором Са (ОН)₂ протекает с образованием нитрит-нитратных солей по уравнению

4 NО₂ + 2 Са (ОН)₂ == Са (NO₃)₂ + Са (NO₂)₂ + 2 Н₂О.

В случае взаимодействия Са(ОН)₂ с N₂O₃ образуется только Са(NО₂)₂ по уравнению

N­₂О₃ + Са (ОН)₂ = Са (NО₂)₂ + Н₂О.

Механические абсорберы являются эффективными массообменными аппаратами, но применение их наиболее целесообразно при переработке сравнительно небольших количеств газа.

Рис. 2. Схема установки по очистке газов от окислов азота в равно проточной полой башне.

Очистка газов от окислов азота в равно проточной полой башне. Схема уста­новки показана на рис. 2. Основным аппаратом является полый равно проточный абсорбер, представляющий собой цилиндрическую башню, в верхней части которой установлен центробежный объем­ный распылитель.

Газ, содержащий окислы азота, из общего газопровода 1 по трубе 2 через задвижку 3 поступает в аппарат барботажного ти­па 4, в котором регулируется степень окисленности окислов азота, а в случае необходимости и концентрация газа.

Из барботера газ через теплообменник 5 и измерительную диа­фрагму 10 поступает в абсорбционную башню, в нижней части ко­торой размещен экран из слоя колец Рашига 22. Благодаря экрану газ равномерно распределяется по всему сечению башни и движет­ся противотоком навстречу диспергируемой жидкости. С целью создания равномерного движения газа по сечению в верхней час­ти башни устанавливается второй экран 18, пройдя через который газ через выхлопную трубу 16 выбрасывается в атмосферу. Погло­тительная жидкость поступает из напорного бака 8 через вентиль 3 и ротаметр 13 в приемную камеру распылительного устройства. Распыленная жидкость, благодаря наличию в башне отража­тельных колец 20, равномерно распределяется по всему сечению башни. Через штуцер жидкость поступает в приемный сосуд 12, оборудованный гидравлическим затвором, а оттуда забирается на­сосом 11 и снова подается в напорный бачок. Количество посту­пающего на абсорбцию нитрозного газа регулируется с помощью задвижки и измерительной диафрагмы. Температура газа меняется при прохождении через трубчатый теплообменник, в межтрубное пространство которого подается холодная вода или пар.

Температура поглотительного раствора изменяется путем пред­варительного подогрева или охлаждения его в приемном бачке. Средняя температура в зоне реакции измеряется с помощью ртут­ного термометра 17.

Установлено, что в полых распылительных абсорберах может быть достигнута высокая степень абсорбции окислов азота до 86— 88% и более.

Очистка газов от окислов азота в аппаратах комбинированного типа.

Рис. 3. Схема промышленной установки для очистки газов от окислов азота в аппаратах комбинированного типа.

Разработана конструкция абсорбционного аппа­рата, в нижней части которого установлен механический разбрыз­гиватель, приводимый во вращение электродвигателем через клиноременную передачу. Такие абсорберы успешно эксплуатируются на предприятиях, выбрасывающих газы с большим содержанием окислов азота.

Комбинированные аппараты, или вертикальные механические абсорберы, хорошо зарекомендовали себя в эксплуатации. Некоторые из этих установок, предназначенные для санитарной очистки газов от окислов азота, включают две ступени абсорбции с одним или двумя различными поглотителями. На одной из дей­ствующих установок (рис. 3) в качестве поглотителя первой ступе­ни применяется раствор NаОН, а на второй ступени для доочистки газа используется слабый водно-аммиачный раствор, содержащий до 1,5—2,0% аммиака.

Газы, поступающие на очистку, проходят по газоходу через клапан 2 и поступают в общий коллектор 3. Пройдя регулятор напора 4, газ через магистральный клапан 5 направляется по газо­ходу 7 в абсорбер первой ступени 14. Если температура поступаю­щего газа ниже 0° С, он дополнительно нагревается до 10, 30°С в теплообменнике 6, в межтрубное пространство которого подается пар. Регулятор напора 4 автоматически, независимо от давления в об­щем коллекторе, обеспечивает опреде­ленный равномерный расход газа в те­чение всего периода его подачи в аб­сорбер. Если газ имеет температуру 250—350°С, он, как правило, содержит большое количество NО и поэтому, кро­ме охлаждения, нуждается в доокислении. С этой целью газ направляется через клапан 8 в теплообменник 9, где охлаждается до температуры 18—30°С и далее поступает в регулятор напора 10, после чего направляется в доокислитель 11. Сюда же высоконапорным вентилятором 12 через клапан 13 пода­ется воздух в количестве, необходимом для окисления окиси азота. Объем доокисления рассчитан таким образом, что проходящий через него газ успева­ет окислиться не менее, чем на 50%, что необходимо для полной очистки газов от окислов азота. Охлажденный и окисленный газ по газоходу 7 посту­пает на очистку в абсорбер первой сту­пени 14.

Система очистки газов состоит из двух последовательно установленных абсорберов 14 и 34, имеющих автоном­ное орошение.

Орошение абсорбера первой ступени производится 8—10%-ным водным раствором NаОН из бака 23, второй ступени — 3—4%-ным водным раствором NН₄OН с помощью центробежных насосов 22. Приготовление рабочих растворов NаОН и NН­₄OН осуществляет­ся в баках 23, 24 и 27.

Уровень в баках приготовления автоматически поддерживается уравнемером 30, поплавками 32 и регуляторами 28 и 29. Слив от­работанной жидкости производится через вентили 33; регулировка подачи жидкости на абсорберы осуществляется вентилями 31.

Отделение капелек жидкости от очищенного газа происходит на колпачковой тарелке 35.

Остановка системы производится автоматически, как только давление во входных штуцерах понизится и сработает реле давле­ния 1. Автоматическое управление второй системой, работающей на аммиачной воде, осуществляется по аналогичной схеме. При использовании более концентрированных раст­воров увеличиваются потери аммиака с отходящими газами.