169998 (625454), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

В якості ефективних каталізаторів, що знаходять застосування на практиці, служать самі різні речовини – від мінералів, які використовуються майже без всякої попередньої обробки, і простих масивних металів до складних з'єднань заданого складу і будови. Зазвичай каталітичну активність проявляють тверді речовини з іонними або металевими зв'язками, що володіють сильними міжатомними полями. Одна з основних вимог, що пред'являються до каталізатора, - стійкість його структури в умовах реакції. Наприклад, метали не повинні в процесі реакції перетворюватися на неактивні з'єднання. [8]

Сучасні каталізатори знешкодження характеризуються високою активністю і селективністю, механічною міцністю і стійкістю до дії отрут і температур. Промислові каталізатори, що виготовляються у вигляді кілець і блоків стільникової структури, володіють малим гідродинамічним опором і високою зовнішньою питомою поверхнею.

Найбільшого поширення набули каталітичні методи знешкодження газів, що відходили, в нерухомому шарі каталізатора. Можна виділити два принципово різних методу здійснення процесу газоочистки - в стаціонарному і в штучно створюваному нестаціонарному режимах.

1. Стаціонарний метод.

Прийнятні для практики швидкості хімічних реакцій досягаються на більшості дешевих промислових каталізаторів при температурі 200-600 °C. Після попереднього очищення від пилу (до 20 мг/м³) і різних каталітичних отрут (As,Cl₂ і ін.), гази зазвичай мають значно нижчу температуру.

Підігрів газів до необхідних температур можна здійснювати за рахунок введення гарячих димових газів або за допомогою електропідігрівача. Після проходження шару каталізатора очищені гази викидаються в атмосферу, що вимагає значних енерговитрат. Добитися зниження енерговитрат можна, якщо тепло відхідних газів, використовувати для нагрівання газів, що поступають в очищення. Для нагріву слугують зазвичай рекуперативні трубчасті теплообмінники.

За певних умов, коли концентрація горючих домішок в газах, що відходять, перевищує 4-5 г/м³, здійснення процесу по схемі з теплообмінником дозволяє обійтися без додаткових витрат.

Такі апарати можуть ефективно працювати тільки при постійних концентраціях (витратах) або при використанні довершених систем автоматичного управління процесом.

Ці труднощі вдається подолати, проводячи газоочистку в нестаціонарному режимі.

2. Нестаціонарний метод ( реверс-процес).

Реверс-процес передбачає періодична зміна напрямів фільтрації газової суміші в шарі каталізатора за допомогою спеціальних клапанів. Процес проходить наступним чином. Шар каталізатора заздалегідь нагрівають до температури, при якій каталітичний процес протікає з високою швидкістю. Після цього в апарат подають очищений газ з низькою температурою, при якій швидкість хімічного перетворення надто мала. Від прямого контакту з твердим матеріалом газ нагрівається, і в шарі каталізатора починає з помітною швидкістю йти каталітична реакція. Шар твердого матеріалу (каталізатора), віддаючи тепло газу, поступово охолоджується до температури, рівній температурі газу на вході. Оскільки в ході реакції виділяється тепло, температура в шарі може перевищувати температуру початкового розігрівання. У реакторі формується теплова хвиля, яка переміщається у напрямі фільтрації реакційної суміші, тобто у напрямі виходу з шару. Періодичне перемикання напряму подачі газу на протилежне дозволяє утримати теплову хвилю в межах шару як завгодно довго.

Перевага цього методу в стійкості роботи при коливаннях концентрацій горючих сумішей і відсутність теплообмінників.

Основним напрямом розвитку термокаталітичних методів є створення дешевих каталізаторів, що ефективно працюють при низьких температурах і стійких до різних отрут, а також розробка енергозберігаючих технологічних процесів з малими капітальними витратами на устаткування. Найбільш масове застосування термокаталітичні методи знаходять при очищенні газів від оксидів азоту, знешкодженні і утилізації різноманітних сірчистих сполук, знешкодження органічних сполук і СО.

Для концентрацій нижче 1 г/м² і великих об'ємів газів, що очищаються, використання термокаталітичного методу вимагає високих енерговитрат, а також великої кількості каталізатора.

3.5 Озонні методи

Озонні методи застосовують для знешкодження димових газів від SO₂(NOx) і дезодорувань газових викидів промислових підприємств. Введення озону прискорює реакції окислення NO до NO₂ і SO₂ до SO₃. Після утворення NO₂ і SO₃ в димові гази вводять аміак і виділяють суміш комплексних добрив, що утворилися (сульфату і нітрату амонію). Час контакту газу з озоном, необхідне для очищення від SO₂ (80-90%) і NOx (70-80%) складає 0,4 – 0,9 сек. Енерговитрати на очищення газів озонним методом оцінюють в 4-4,5% від еквівалентної потужності енергоблоку, що є, мабуть, основною причиною, стримуючою промислове застосування даного методу.

Застосування озону для дезодорування газових викидів засноване на окислювальному розкладанні речовин з неприємним запахом. У одній групі методів озон вводять безпосередньо в гази, що очищаються, в іншій гази промивають заздалегідь озонованою водою. Застосовують також подальше пропускання озонованого газу через шар активованого вугілля або падаючого на каталізатор. При введенні озону і подальшому пропусканні газу через каталізатор температура перетворення таких речовин як аміни, ацетальдегід, сірководень і ін. знижується до 60-80 °C. Як каталізатор використовують як Pt/Al₂O₃, так і оксиди міді, кобальту, заліза на носієві. Основне застосування озонні методи дезодорування знаходять при очищенні газів, які виділяються при переробці сировини тваринного походження на м’ясо- (жиро-) комбінатах і в побуті.

3.6 Біохімічні методи

Біохімічні методи очищення засновані на здатності мікроорганізмів руйнувати і перетворювати різні з'єднання. Розкладання речовин відбувається під дією ферментів, що виробляються мікроорганізмами в середовищі газів, що очищаються. При частій зміні складу газу мікроорганізми не встигають адаптуватися для вироблення нових ферментів, і ступінь руйнування шкідливих домішок стає неповним. Тому біохімічні системи понад усе придатні для очищення газів постійного складу. [8]

Біохімічну газоочистку проводять або в біофільтрах, або в біоскруберах. У біофільтрах газ, що очищається, пропускають через шар насадки, зрошуваний водою, яка створює вологість, достатню для підтримки життєдіяльності мікроорганізмів. Поверхня насадки покрита біологічно активною біоплівкою (БП) з мікроорганізмів.

Мікроорганізми БП в процесі своєї життєдіяльності поглинають і руйнують речовини, що містяться в газовому середовищі, внаслідок чого відбувається зростання їх маси. Ефективність очищення значною мірою визначається масопереносом з газової фази в БП і рівномірним розподілом газу в шарі насадки. Такого роду фільтри використовують, наприклад, для дезодорування повітря. Газовий потік, що в цьому випадку очищається, фільтрується в умовах прямотоку із зрошуваною рідиною, що містить живильні речовини. Після фільтру рідина поступає у відстійники і далі знов подається на зрошування.

В даний час біофільтри використовують для очищення газів, що відходять, від аміаку, фенолу, крезолу, формальдегіду, органічних розчинників фарбувальних і сушильних ліній, сірководню, метилмеркаптану й інших сіркоорганічних сполук.

До недоліків біохімічних методів слід віднести:

• низьку швидкість біохімічних реакцій, що збільшує габарити устаткування;

• специфічність (високу вибірковість) штамів мікроорганізмів, що утрудняє переробку багатокомпонентних сумішей;

• трудомісткість переробки сумішей змінного складу.

Плазмохімічні методи.

Плазмохімічний метод заснований на пропусканні через високовольтний розряд повітряної суміші зі шкідливими домішками. Використовують, як правило, озонатори на основі бар'єрних, коронних або ковзаючих розрядів, або імпульсні високочастотні розряди на електрофільтрах, що проходять низькотемпературну плазму повітря з домішками та бомбардується електронами і іонами. В результаті, в газовому середовищі утворюється атомарний кисень, озон, гідроксильні групи, збуджені молекули і атоми, які і беруть участь в плазмохімічних реакціях з шкідливими домішками. Основні напрями по застосуванню даного методу йдуть по видаленню SO₂, NOx і органічних сполук. Використання аміаку, при нейтралізації SO₂ і NOx, дає на виході після реактора порошкоподібні добрива (NH) 2SO4 і NH4NH3, які фільтруються.

Недоліком даного методу є:

• недостатньо повне розкладання шкідливих речовин до води і вуглекислого газу, у разі окислення органічних компонентів, при прийнятних енергіях розряду

• наявність залишкового озону, який необхідно розкладати термічно або каталітично

• істотна залежність від концентрації порошку при використанні озонаторів із застосуванням бар'єрного розряду.

3.7 Плазмокаталітичний метод

Це досить новий спосіб очищення, який використовує два відомі методи, – плазмохімічний і каталітичний. Установки, що працюють на основі цього методу, складаються з двох ступенів. Перша – це плазмохімічний реактор (озонатор), друга - каталітичний реактор. Газоподібні забруднювачі, проходячи зону високовольтного розряду в газорозрядних осередках і взаємодіючи з продуктами електросинтезу, руйнуються і переходять в нешкідливі з'єднання, аж до CO₂ і H₂O. Глибина конверсії (очищення) залежить від величини питомої енергії, що виділяється в зоні реакції. Після плазмохімічного реактора повітря піддається фінішному тонкому очищенню в каталітичному реакторі. Синтезований в газовому розряді плазмохімічного реактора озон потрапляє на каталізатор, де відразу розпадається на активний атомарний і молекулярний кисень. Залишки забруднюючих речовин (активні радикали, збуджені атоми і молекули), не знищені в плазмохімічному реакторі, руйнуються на каталізаторі завдяки глибокому окисненню киснем.

Перевагою цього методу є використання каталітичних реакцій при температурах, нижчих (40-100 °C), ніж при термокаталітичному методі, що призводить до збільшення терміну служби каталізаторів, а також до менших енерговитрат (при концентраціях шкідливих речовин до 0,5 г/м³).

Недоліками даного методу є:

• велика залежність від концентрації порошку, необхідність попереднього очищення до концентрації 3-5 мг/м,

• при великих концентраціях шкідливих речовин(понад 1 г/м³) вартість устаткування і експлуатаційні витрати перевищують відповідні витрати порівняно з термокаталітичним методом.

Зараз широко вивчається і розвивається фотокаталітичний метод окислення органічних сполук. В основному при цьому використовуються каталізатори на основі TiO₂, які опромінюються ультрафіолетом. Відомі побутові очищувачі повітря японської фірми "Daikin", що використовують цей метод. Недоліком методу є засмічення каталізатора продуктами реакції. Для вирішення цього завдання використовують введення в суміш, що очищається, озону, проте дана технологія застосовується для обмеженого складу органічних сполук і при невеликих концентраціях.

4. АПАРАТИ ДЛЯ ЗНЕШКОДЖЕННЯ ПРОМИСЛОВИХ ГАЗОВИХ ВИКИДІВ

Для очищення промислових газових викидів від шкідливих газоподібних компонентів можна використовувати різні процеси: абсорбцію, адсорбцію, хімічне перетворення шкідливих газоподібних компонентів на нешкідливі сполуки.

Абсорбція є процесом поглинання пари або газів рідким поглиначем. Абсорбція відноситься до масообмінних процесів. В даному випадку маса передається від газу до рідкого поглинача. При очищенні промислових викидів підбирають поглинач, що абсорбує небажані в газах один або декілька компонентів.

Адсорбція - процес поглинання газу поверхнею твердої пористої речовини. Цей процес також відноситься до масообмінних. Підбором адсорбенту, що поглинає шкідливі газоподібні компоненти, можна досягти високого ступеня очищення газів.

Хімічне перетворення шкідливих газоподібних компонентів на нешкідливе з'єднання проводиться або відновленням, або (частіше) окисленням, причому як окислювач зрештою переважно застосовується кисень повітря, іноді хлор й інші речовини. [9]

4.1 Апарати для абсорбції газових викидів

Для поглинання газоподібних домішок слугують, як правило, водні розчини хімікатів, використовуваних в циклі виробництва, в деяких випадках - чиста вода, а іноді інші поглиначі.

Вибір поглинача у кожному конкретному випадку визначається властивостями по відношенню до компоненту, що абсорбується, і в основному - умовами рівноваги компоненту над поглиначем. Остаточно поглинач вибирають після рішення питання рекуперації уловленого компоненту і регенерації поглинача.

1. Поверхнева (плівкова) абсорбція. Поверхнею розділу фаз є або дзеркало рідини, або поверхня поточної плівки рідини. Ця плівка утворюється на різного роду насадках (трубках, пластинах, кільцях, сідлоподібних тілах, на механічно рухомих лопатях та ін.).

2. Барботажна абсорбція. Поверхня розділу фаз утворюється під час руху газу крізь рідину. Газ вдувається в шар рідини за допомогою різних пристроїв, з яких найбільш простий, - трубка з відкритим кінцем, занурена в рідину. Промислові барботажні абсорбери забезпечені перфорованими трубами для подачі газу, перфорованими днищами (тарілками), під які подається газ.

3. Краплинна абсорбція. Поверхня розділу фаз утворюється розпилюванням рідини в рухомому газі на дрібні краплі (різного роду розпилювачами, або розбризкуванням з шару рідини механічними пристосуваннями).

Характеристики

Список файлов курсовой работы