Абсорбционные методы очистки

Оглавление

Введение

Общая характеристика абсорбционных  методов очистки

I. Абсорбционные методы очистки отходящих газов от примесей кислого характера

2.1 Очистка газов от  диоксида серы

2.1.1. Абсорбция водой

2.1.2 Известняковые и известковые  методы

2.1.3 Магнезитовый метод

2.1.4 Аммиачный метод

II. Недостатки и преимущества абсорбционного метода очистки газов

III. Адсорбционные методы очистки промышленных выбросов

3.1 Активные угли

3.2 Силикагели

3.3 Алюмогели

3.4 Цеолиты

3.5 Иониты

Заключение

Список используемой литературы

 

 

 

 

 

 

Введение

Грандиозные масштабы производственной деятельности человека привели к  большим позитивным преобразованиям  в мире – созданию мощного промышленного  и сельскохозяйственного потенциала, широкому развитию всех видов транспорта, ирригации и мелиорации больших  земельных площадей, созданию систем искусственного климата. Вместе с тем  резко ухудшилось состояние окружающей среды. Дальнейшее ухудшение состояния  экосферы может привести к далеко идущим отрицательным последствиям для человечества. Поэтому охрана природы, защита ее от загрязнений стала одной из важнейших глобальных проблем.

Одним из следствий техногенного влияния на окружающую среду в  ряде стран в настоящее время  является заметное ухудшение состояния  атмосферного воздуха. Наиболее крупнотоннажные (млн. т. в год) глобальные загрязнения  атмосферы образуют СО (2*10 ), СО (200), SO (150), NO (50), сероводород.

Под очисткой газового потока понимают отделение от него или превращения  в безвредную форму загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу  вместе с газовым потоком. Воздушными массами загрязнения могут переноситься на большие расстояния и существенно  влиять на состояние атмосферы и  здоровья человека.

В частности, происходящее с  интенсивностью 0,4% в год накапливание в атмосфере СО вследствие поглощения им ИК-излучения солнца может вызвать глобальное повышение температуры («парниковый» эффект). Трансформация в атмосфере SO , NO и других анологичной природы выбросов может завершаться образованием кислотных туманов и выпадению кислотных дождей (снегов), вызывающих коррозию многих неорганических материалов (объектов), а так же угнетению и уничтожению различных объектов флоры и фауны.

Многофакторно отрицательное влияние атмосферных загрязнений и на животный мир, и, в частности, человека. Так. Даже малые концентрации SO при продолжительном воздействии обуславливают возникновение у человека гастрита, ларингита и других болезней. Предполагают даже связь между содержанием в воздухе SO и уровнем смертности от рака легких. Оксид углерода инактивирует гемоглобин, обусловливая кислородную недостаточность живых тканей, и вызывает расстройство нервной и сердечно-сосудистой систем, а также способствует развитию атеросклероза. Сероводород вызывает головную боль, слабость и тошноту и даже в малых концентрациях может обусловливать функциональные расстройства центральной нервной и сердечно-сосудистой систем. Оксиды азота сильно раздражают дыхательные органы, приводя к возникновению в них воспалительных процессов, под их влиянием образуется метгемоглобин, понижается кровяное давление, возникает головокружение, рвота, одышка, возможна потеря сознания.

Эти обстоятельства обуславливают  жесткие требования, предъявляемые  к производственным выбросам в атмосферу  и содержанию загрязнений в атмосферном  воздухе. Выполнение этих требований контролируется специальными службами предприятий, а  также ведомственных и государственных  органов путем, а частности, установления соответствия измеряемых показателей  регламентируемым величинам ПДК  и ПДВ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Общая характеристика абсорбционных методов очистки

Абсорбцией называют процесс  поглощения газа жидким поглотителем, в котором газ растворим в  той или иной степени. Обратный процесс  – выделение растворимого газа из раствора – носит название десорбции.

В абсорбционных процессах (абсорбция, десорбция) участвуют две  фазы – жидкая и газовая и происходит переход вещества из газовой фазы в жидкую (при абсорбции) или, наоборот, из жидкой фазы в газовую (при десорбции). Таким образом, абсорбционные процессы являются одним из видов процессов массопередачи.

На практике абсорбции  подвергают большей частью не отдельные  газы, а газовые смеси, составные  части которых (одна или несколько) могут поглощаться данным поглотителем в заметных количествах. Эти составные  части называют абсорбируемыми компонентами или просто компонентами, а не поглощаемые  составные части – инертным газом.

Жидкая фаза состоит из поглотителя и абсорбируемого компонента. Во многих случаях поглотитель представляет собой раствор активного компонента, вступающего в химическую реакцию  с абсорбируемым компонентом; при  этом вещество, в котором растворен  активный компонент, будем называть растворителем.

Инертный газ и поглотитель  являются носителями компонента соответственно в газовой и жидкой фазах. При физической абсорбции инертный газ и поглотитель не расходуются и не участвуют в процессах перехода компонента из одной фазы в другую. При хемосорбции поглотитель может химически взаимодействовать с компонентом.

Протекание абсорбционных  процессов характеризуется их статикой и кинетикой.

Абсорбционные методы очистки  отходящих газов подразделяются по следующим признакам: 1) по абсорбируемому компоненту; 2) по типу применяемого абсорбента; 3) по характеру процесса – с циркуляцией  и без циркуляции газа; 4) по использованию  абсорбента – с регенерацией и  возвращением его в цикл (циклические) и без регенерации (не циклические); 5) по использованию улавливаемых компонентов  – с рекуперацией и без рекуперации; 6) по типу рекуперируемого продукта; 7) по организации процесса – периодические и непрерывные; 8) по конструктивным типам абсорбционной аппаратуры.

 

I. Абсорбционные методы очистки отходящих газов от примесей кислого характера 2.1 Очистка газов  от диоксида серы 2.1.1. Абсорбция  водой Абсорбция водой диоксида серы сопровождается реакцией:   Растворимость SO в воде мала. Зависимость между общей концентрацией SO а растворе и равновесным давлением  выражается формулой: , где  - равновесное давление SO ;  - константа фазового равновесия для SO , м *Па/кмоль; К - константа равновесия реакции. При абсорбции SO водой процесс лимитируется диффузионным сопротивлением со стороны газа и жидкости. Он может быть проведен а абсорберах различной конструкции. Для колонн с провальными и сетчатыми тарелками коэффициенты массоотдачи могут быть определены из уравнений: , , где  и  - диффузионные критерии Нуссельта для газа и жидкости;  и  - диффузионные критерии Прандтля для газа и жидкости;  и  - критерии Рейнольдса для газа и жидкости;  и  - коэффициенты массоотдачи со стороны газа и жидкости, м/с;  - поверхностно-объемный диаметр пузырьков газа, м ( ;  и  - коэффициенты молекулярной диффузии SO в газе и жидкости, м /с;  и  - кинематические коэффициенты вязкости газа и жидкости, м /с;  и  - скорость газа и жидкости а газожидкостном слое, м/с. В связи с низкой растворимостью диоксида серы в воде для очистки  требуется большой ее расход и  абсорберы с большими объемами. Удаление SO из раствора ведут при нагревании его до 100 С. Таким образом, проведение процесса связано с большими энергозатратами. 2.1.2 Известняковые  и известковые методы Достоинством этих методов  является простая технологическая  схема, низкие эксплуатационные затраты, доступность и дешевизна сорбента, возможность очистки газа без  предварительного охлаждения и обеспыливания. На практике применяются  известняк, мел, доломиты, мергели. Известь  получают обжигом карбонатных пород  при температуре 1100 - 1300 С. Процесс абсорбции диоксида серы для известкового и известнякового методов представляется в виде следующих  стадий: , , , , , , Протекание тех или  иных реакций зависит от состава  и рН суспензии. В присутствии в растворе различных примесей процесс абсорбции значительно усложняется. Например, действие небольших количеств  повышает степень очистки и степень использования известняка. При этом протекают следующие реакции: Для расчета равновесия при  использовании солей кальция  предложены эмпирические уравнения: для системы  : для системы  : для системы  . 2.1.3 Магнезитовый  метод Диоксид серы в этом случае поглощают оксид – гидрооксидом магния. В процессе хемосорбции образуются кристаллогидраты сульфита магния, которые сушат, а затем термически разлагают на -содержащий газ и оксид магния. Газ перерабатывают в серную кислоту, а оксид магния возвращают на абсорбцию. В абсорбере протекают  следующие реакции: Растворимость сульфита магния в воде ограничена, избыток его  в виде  и  выпадает в осадок. Технологическая схема процесса представлена на рис. 1.

Рис. 1. схема установки  очистки газа от диоксида серы суспензией оксида магния: 1 – абсорбер; 2 – нейтрализатор; 3 – центрифуга; 4 – сушка; 5 – печь.

Дымовые газы поступают в  абсорбер Вентури, орошаемый циркулирующей 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 %):      вода и примеси – 79,65.

В абсорбере кроме сульфита образуется некоторое количество сульфата:

Образование сульфата нежелательно, так как для его разложения необходима более высокая температура (1200-13000С). При таких условиях получается переобожженный , который имеет малую активность по отношению к . 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. В этом случае сульфат восстанавливается в сульфит.

Из нейтрализатора часть  суспензии выводят на центрифугу для отделения кристаллогидратов  солей магния. Обезвоживание солей  производят в сушилках барабанного  типа с мазутной копкой. Безводные  кристаллы обжигают во вращающихся  печах или печах кипящего слоя при 9000С, в печь добавляют кокс. При  этом идет реакция:

Концентрация   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%  и 3,4% . Его охлаждают до 1200С воздухом, идущим на сгорание мазута в топках, 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; 4) высокая эффективность очистки.

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

2.1.4 Аммиачный метод

SO2: SO2 + NH4OH = NH4HSO3; (NH4)2SO3 + SO2 + H2O = 2NH4HSO3; при нагревании бисульфат  аммония разлагается: 2NH4HSO3 -> (NH4)2SO3 + SO2 + H2O; высокая степень улавливания  SO2. Магнезиальные методы. Диоксид  серы поглощается суспензией  оксиды-гидроксиды магния. В процессе хемосорбции образуются кристаллогидраты сульфата магния, которые сушат, а затем термически разлагают на SO2 – содержащий газ и оксид магния. Газ перерабатывают в серную кислоту, а оксид магния возвращают в абсорбцию. Реакции в абсорбере: MgO + SO2 = MgSO3; MgSO3 + SO2 + H2O = Mg(HSO3)2; Бисульфат магния нейтрализуется добавкой соответствующего количества свежего оксида магния: Mg(HSO3)2 + MgO = 2MgSO3 + H2O; осадок подвергается термической обработке (800 – 900 гр.); MgSO3 ? MgO + SO2; оксид магния возвращается на абсорбцию, SO2 перерабатывается в серную кислоту или в серу. Фосфатный метод – абсорбция SO2 водным раствором фосфата натрия. Кислотно-каталитический – применение разбавленной H2SO3 в качестве катализаторов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II. Недостатки и преимущества абсорбционного метода очистки газов

 

Абсорбционный метод очистки  газов не свободен от определенных недостатков, связанных, прежде всего, с громоздкостью оборудования. Этот метод достаточно капризен в эксплуатации и связан с большими затратами. К  недостаткам абсорбционного метода следует отнести также образование  твердых осадков, что затрудняет работу оборудования, и коррозионную активность многих жидких сред. Однако, не смотря на эти недостатки, абсорбционный  метод еще широко применяется  в практике газоочистки, так как  он позволяет улавливать наряду с  газами и твердые частицы, отличается простотой оборудования и открывает  возможности для утилизации улавливаемых примесей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

III. Адсорбционные методы очистки промышленных выбросов

Адсорбционные методы используют для очистки газов с невысоким  содержанием газообразных и парообразных примесей. В отличие от абсорбционных  методов 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 Ван-дер-Ваальса, при хемосорбции— химическими силами.

В качестве адсорбентов используют пористые материалы с высокоразвитой внутренней поверхностью. Последние могут иметь синтетическое или природное происхождение.

Внутренняя структура  наиболее распространенных на практике промышленных адсорбентов характеризуется  наличием 'различных размеров и форм пустот или пор, среди которых  различают макро-, переходные (мезо-) и микропоры. Суммарный объем последних в единице массы или объема адсорбента определяет в решении задач газоочистки как скорость (интенсивность) поглощения целевого компонента, так и адсорбционную способность (величину адсорбции) твердым поглотителем этого компонента.

Суммарный объем микропор обычно не превышает 0,5 см³/г. Их размеры условно ограничены величиной эффективного радиуса r_эф=1,5*10^-9 м и соизмеримы с r_эф адсорбируемых молекул. Характерной особенностью адсорбции в микропорах в этой связи является заполнение их объема адсорбируемыми молекулами.

Переходные поры характеризуются  величинами эффективных радиусов от 1,5*10^-9 до 2*10^-7 м. В отличие от микропор в них возможна слоевая моно- или полимолекулярная адсорбция, так как адсорбционные силы здесь не перекрывают всего объема пор ввиду небольших полей их действия. Завершение заполнения объема переходных пор происходит при определенных условиях по механизму капиллярной конденсации, вызываемой понижением давления пара адсорбируемого вещества над вогнутым под действием сил поверхностного натяжения мениском жидкости в порах (капиллярах). Отнесенная к единице массы удельная поверхность переходных пор промышленных адсорбентов обычно находится в интервале 10 — 400 м²/г.