9ей среды[1]. ФИНАЛЬНАЯ ВЕРСИЯ. 4.2 (Создание ССС путем освоения частотного диапазона для осуществления связи)

Технологическая часть

Технология защиты окружающей среды

На машиностроительном предприятии на участке пайки и лужения имеют место выбросы в атмосферу таких загрязняющих веществ как оксид углерода и фтористый водород. Необходимо разработать способы очистки отходящих газов от данный примесей, сделать расчёт необходимых ступеней очистки. Расчёт ведётся до ПДВ.

Значения ПДВ загрязняющих веществ приведены в таблице 3.1.

Загрязняющие вещества	С в единицах ПДК		ПДК		ПДВ т\год
	мг\м3	т\год	мг\м3	т\год
Оксид углерода	316,5	1,99	3	0,0189216	0,684793728
Фтористый водород	1,15	0,00725328	0,005	0,000031536	0,0008217526

Очистка отходящих газов от оксида углерода

Каталитический метод очистки основан на взаимодействии удаляемого вещества с одним из компонентов присутствующим в очищаемом газе или специально добавляемым в смесь реагентом при наличии катализатора. В результате токсичное вещество превращается в безвредное или менее вредное для окружающей среды.

Газовые примеси удаляемые каталитическим методом – NO_x,SO₂,CO,C_nH_m, пары летучих растворителей.

Достоинства метода:

1. кратковременность протекания процессов (иногда доли секунды) следовательно небольшие размеры реакторов.

2. температура реакции существенно снижена по сравнению с термическим методом.

Общие требования к катализаторам:

1. высокая активность и теплопроводность.

2. должна быть стойкость к механическим и термическим нагрузкам.

3. низкая стоимость.

4. низкая температура реакции.

5. геометрия частиц должна обеспечивать низкое гидравлическое давление.

6. катализатор не должен претерпевать изменений в процессе работы.

Типовые катализаторы:

1. из Pt, Ru, Pd, Rh, Ag и др. и их окислы и соединения. Эффективность очистки = 0,95 – 0,995

2. Ni, Cr, Cu, Zn, V, Ce, MnO, CuO, CoO и др. более стойкие, дешёвые но эффективность очистки ниже.

Влияние температуры:

1. при Т<Т_min катализатор неактивен

Т_min – минимальная температура зажигания реакции.

1. при Т>Т_max катализатор теряет активность.

2. при Т_min<T<T_max катализатор активен.

А+В=С

А – примесь

В – реагент

С – окисление или восстановление

При обычных условиях эта реакция не идёт, идёт только в присутствии гетерогенного катализатора.

А+В+К=К[АВ], К[АВ]=С+К,

где К[АВ] – активированное промежуточное соединение на поверхности катализатора.

Чтобы катализатор был активен нужна повышенная температура.

Принципиальная схема каталитической очистки приведена на рисунке 3.1

Р исунок 3.1

Q

газ на

очитку (СО) пар вода

Q

в атмо

сферу

4

Q 5

реагент (О₂)

1 – подогреватель.

2- блок подготовки реагента. Может иметь сложную схему включая подогреватель.

3- смеситель.

4- каталитический реактор (заштрихованный – слой катализатора)

5- рекупирационная турбина. Для рекупирации теплоты газов в электроэнергию.

6- блок утилизации теплоты. Например, котёл утилизатор для получения технологического пара.

7- аппараты пылеочистки (если таковые требуются)

Предусмотрены все возможности рекупирации теплоты.

Схема каталитического реактора.

топливо

5

4

3

2

газ

1 очищенный газ

1 – теплообменник-рекуператор

2 – контактное устройство

3 – катализатор

4 – подогреватель

5 – горелка природного газа

Воздух содержащий оксид углерода подогревается в межтрубном пространстве 1, откуда по переходным каналам поступает в подогреватель 4. Продукты сгорания природного газа, сжигаемого в горелках 5, смешиваются с воздухом, повышая его температуру до 523 – 623 К, т.е. до уровня, обеспечивающего оптимальную скорость окисления оксида углерода на поверхности катализатора НТК-4. Процесс химического превращения происходит на поверхности катализатора 3, размещенного в контактном устройстве 2. Смесь воздуха и продуктов реакции при температуре 623 – 723 К направляется в рекуператор 1, где отдает тепло газовоздушному потоку, идущему на очистку. Конвертированные газы из реактора через теплообменник выводят в калорифер, где их избыточное тепло утилизируют для подогрева воды на бытовые нужны предприятия, после чего обезвреженный воздух выбрасывают в атмосферу.

Каталитическое окисление является наиболее рациональным методом обезвреживания отходящих газов промышленности от оксида углерода. Однако наряду с оксидом углерода в зависимости от условий конкретного производства в газах могут содержаться и другие токсичные компоненты: диоксид серы, оксид азота, пары различных углеводородов. Кроме того, в них обычно присутствуют диоксид углерода, кислород, азот, пары воды и часто механические примеси в виде различных пылей. Некоторые из этих примесей могут быть ядами для катализаторов.

Степень очистки газов равна 98%, а её себестоимость в ценах 1980г. составляла 0,28 руб. на 1000 м³ отходящих газов.

Расчёт ступеней очистки от отходящих газов от оксида углерода

η=1-С_вых/С_вх; ПДВ=0,684793728 тонн/год η=98% С_вх =1,99 тонн/год

0,98=1-С_вых/1,99;

1 ступень: С_вых=(1-0,98)*1,99=0,0398 тонн/год

Очистка отходящих газов от фтористого водорода

Адсорбция – способность некоторых твёрдых тел селективно извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты из газовой среды.

Адсорбционные методы используют для очистки газов с невысоким содержанием газообразных и парообразных примесей. 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 газов и паров удерживаются силами Baн-дер-Ваальса т.е. силами притяжения или отталкивания молекул, при хемосорбции - химическими силами.

Адсорберы:

1. с неподвижным слоем сорбента

2. с движущимся под действие силы тяжести слоем сорбента.

3. в восходящем потоке очищаемого газа.

4. с кипящим слоем сорбента.

Области применения адсорбционных методов.

1. очистка газов с невысоким содержание газов и парообразных примесей по сравнению с абсорбционным методом. Может эффективно очищать и большие концентрации примесей.

2. в отличии от абсорбционного метода позволяет проводить очистку при более высокой температуре.

3. применяется когда загрязнённый газ не поддаётся сжиганию.

4. применяется когда требуется гарантированная рекупирация ценой примеси.

5. для удаления ядовитых и концерогенных веществ.

6. это сухой метод очистки.

Газовые примеси очищаемые адсорбционным методом.

Углеводороды, пары летучих растворителей, NO_x, SO_2, H₂S, RSH (эркоптаны), COS, CS₂, галогены (F, Cl, I) и их соединения, пары ртути, радиоактивные газы и другие.

К основным типам промышленных адсорбентов относятся активные угли, силикагели, алюмогели (активный оксид алюминия), цеолиты и иониты.

Принципиальная схема процесса адсорбции изображена на рисунке 3.2

Рисунок 3.2

Q в атмосферу

сорбент

газ на очищ газ Q

очистку сорбент

Q

отработанный

насыщенный сорбент

сорбент

уловленная товарный продукт

примесь

1. Охладитель газа, теплообменник.

2. Адсорберы.

3. Подогреватель газа.

4. Блок пылеочистки для улавливания частиц сорбента.

5. Десорбер

6. Блок рекупирации уловленной примеси к товарному продукту.

7. Охладитель сорбента.

8. Ёмкость с сорбентом.

Концентрация фтористых соединений в отходящих газах промышленных предприятий колеблется в широких пределах. Например, в производстве удобрений она составляет 30 – 200 мг/м³, а при получении алюминия может достигать около 200г/м³. Абсорбционные приемы очистки позволяют снижать концентрацию соединений фтора в отходящих газах в лучшем случае до 10 – 50мг/м³. Конкретную и более глубокую очистку могут обеспечивать хемосорбционные и ионообменные методы.

Наиболее доступными твердыми хемосорбентами фторида водорода являются известняк, алюмогели, нефелиновые сиениты, фторид натрия. Аппаратурное оформление процессов хемосорбционной очистки отходящих газов от фтористых соединений характеризуется относительной простотой и изображено на рисунке 3.3

Рисунок 3.3

1

сжатый воздух газ на очистку

очищенный газ 2

4

3

отработанный

хемосорбент

5

товарный флюрит

1. бункер

2. корпус контактного аппарата

3. газораспределительное устройство

4. пневматический эжектор

Результатом реакции, осуществляемой при повышенных температурах (>623 К) и времени контакта 7,6 с, является образование на поверхности кусков известняка (6 – 40 мм) фторида кальция в виде рыхлой оболочки. Насыщенный поглотитель подвергают грохочению на сите с размером отверстий 3,3 мм. Бедный по фториду кальция надрешетный продукт грохочения (20 – 40% СаF₂) вновь используют для извлечения из газа НF, богатый подрешетный продукт (80 – 95% СаF₂) представляет собой товарный флюрит. Обработка газа с концентрацией НF 0,58% (об.) в указанных условиях обеспечивает 95%-ю эффективность его удаления: остаточное содержание НF составляет 0,028% (об.).

Расчёт ступеней очистки отходящих газов от фтористого водорода

η=1-С_вых/С_вх; ПДВ=0,0008217526 тонн/год η=95% С_вх =0,00725328 тонн/год

0,95=1-С_вых/0,00725328;

1 ступень: С_вых=(1-0,95)*0,00725328=0,000362664 тонн/год

Загрязняющее вещество	С в единицах ПДК		ПДК		ПДВ т\год
	мг\м3	т\год	мг\м3	т\год
Оксид углерода	316,5	1,99	3	0,0189216	0,684793728
Фтористый водород	1,15	0,00725328	0,005	0,000031536	0,0008217526