Родионов А. И и др. Tехнологические процессы экологической безопасности /Основы энвайронменталистики

Подождите немного. Документ загружается.

151

ционных установок, другое — с углеродными поглотителями паров

летучих растворителей.

В последнее время большое внимание уделяется непрерывно дей-

ствующим установкам с движущимся плотным и псевдоожиженным

слоем адсорбента. К преимуществам таких установок относят дос-

таточно высокие скорости обрабатываемых потоков, обусловливаю-

щие компактность оборудования; высокий коэффициент использо-

вания адсорбентов; отсутствие энергозатрат на периодическое на-

гревание и охлаждение одного и того же аппарата; возможность

сравнительно простой и полной автоматизации и простоту обслу -

живания.

Описан ряд оригинальных решений, касающихся конструктив-

ных особенностей адсорбционной аппаратуры. В частности, пред-

ложены различные варианты изготовления адсорбера в виде враща-

ющегося барабана, снабженного перегородками, делящими его на сек-

ции. Последние заполнены активным углем и при вращении бараба-

на последовательно проходят зоны адсорбции и регенерации, обес-

печивая непрерывность процесса. Имеется ряд конструкций, в кото-

рых используется гранулированный активный уголь в виде тонкого

слоя, размещаемого между двумя полотнами эластичного гибкого и

пористого материала (например, полиуретана). Поперечное по отно-

шению к газовому потоку перемещение "ленты-сэндвич а" обеспечи-

вает непрерывность процесса очистки. Имеются и другие конструк-

тивные решения адсорберов.

Большое внимание в последние годы уделяется

углеродным ма-

териалам-поглотителям: расширяется их сырьевая база, ведутся ра-

боты, преследующие своей целью получение высокоактивных и из-

носостойких гранулированных активных углей широко исследуют-

ся и уже находят практическое применение в промышленности раз-

личные тканые и нетканые материалы на основе углеродных актив-

ных волокон, например установки с фильтрами, основу которых, со-

ставляет активное угольное волокно, получаемое на базе целлюлоз-

ных волокон.

Преимущества использования активных углеродных волокон пе-

ред гранулированными активными углями состоят в возможности

обеспечения повышенной степени рекуперации растворителей (обыч-

но выше 99%); существенном снижении потерь растворителей, свя-

занных с термическим разложением последних в присутствии угле-

родных адсорбентов, и, как следствие, повышении количества ре-

152

куперата; применимости для реку перации полимеризующихся мо-

номеров и растворителей с высокой температурой кипения; пони-

женной пожаро- и взрывоопасности; компактности адсорбцион-

ной аппаратуры даже с неподвижным слоем активных углерод-

ных волокон.

Для осуществления непрерывного процесса предложены адсор-

беры. в которых полотно ткани движется перпендикулярно движе-

нию газа. Ткань сматывается в рулон, что обеспечивает возможность

ее периодической регенерации с получением концентрированного

потока десорбата. Эти же цели могут быть достигнуты и при исполь-

зовании адсорбера, снабжаемого располагаемыми в несколько па-

раллельных рядов вертикальными полотнищами, состоящими из ак-

тивного углеродного и другого, более прочного волокна. Через зазо-

ры между их поверхностями пропускают парогазовую смесь (адсорб-

ционная способность ткани из активного углеродного волокна не за-

висит от направления очищаемого парогазового потока).

С целью достижения более

глу

бокой очистки обрабатываемых по-

токов от паров летучих растворителей используют комбинирован-

ные методы, сочетающие различные процессы.

На рис. 1-40 в качестве примера представлена схема установки

реку перации фенола и этанола из отходящих газов производства сло-

истых пластиков, работающей по комбинированному методу. Для

улавливания паров фенола на этой установке используют абсорбци-

онный метод, а для у лавливания паров этанола — адсорбционный.

В соответствии с этой схемой паровозду шную смесь с содержа-

нием 0,2-0,5 г/м

фенола и 5-7 г/м

этанола при 120°С подают в

контактный холодильник, где охлаждают ее до 30-40°С и одновре-

менно очищают от смолистых включений циркулирующим раство-

ром едкого натра. Последний охлаждают в теплообменнике. Смоли-

стые вещества выделяют в отстойнике и периодически удаляют на

сжигание. Очищенную от смолистых включений паровоздушну ю

смесь направляют в абсорбер, где фенол абсорбируют раствором ед-

кого натра (эффективность очистки 98-99%). Насыщенный фенолом

раствор собирают в емкость и направляют на переработку. Освобож-

денную от фенола паровоздушную смесь через фильтр подают в ад-

сорбер, где на активном угле очищают от паров этанола. Насыщен-

ный поглотитель регенерируют острым паром с получением 10-

22%-го водно-этанольного конденсата, который направляют на рек-

тификацию в колонну. Установка обеспечивает очистку воздуха от

153

фенола и этанола до требований санитарных норм и возврат в произ-

водство практически всего уловленного количества фенола и этанола.

Разновидности комбинированного метода улавливания паров ле-

тучих растворителей весьма многообразны. Например, в соответствии

с одним из его вариантов улавливание проводят компримированием

паровоздушной смеси до небольшого давления с последующим ее

пропусканием вначале через абсорбер, орошаемый растворителем,

пары которого улавливают (при этом из паровозду шной смеси по-

глощается большая часть рекуперируемого растворителя), а затем

через абсорбер, в котором в качестве поглотителя остаточного коли-

чества паров используют тяжелые углеводороды. В соответствии с

еще одним из вариантов для удаления паров растворителей из их

смесей с воздухом или газами поток паровоздушной (парогазовой)

смеси контактируют с водной

су

спензией, получаемой введением в

Очищенный

воздух

Раствор

NaOH

Вода в кана-

лизацию

Шлам на сжигание

Рис. 1-40. Схема установки рекуперации фенола и этанола из отходящих

газов производства слоистых пластиков: 1 — холодильник; 2 — теплообмен-

ник; 3 — отстойник; 4 — емкость; 5 — абсорбер; 6 — фильтр; 7 — адсорберы; 8 —

теплообменники; 9 — емкость; 10 — ректификационная колонна

полным раствор ло 25°» порошкового аклчьного \гля с размером зе-

рен до 100 мкм

4.5. Очистка газов от оксидов азота

Наиболее важные для процессов газоочистки характеристики NO

представлены на рис I 41

Как абсорбционные, так и адсорбционные приемы поглощения

слабоокислснных нитрозных газов малоэффективны вследствие зна-

чительной инертности N0. являющегося несолсобразующим соеди-

нением В этой связи в ряде случаев рациональным является стрем-

ление перевода слабоокислснных компонентов нитрозных газов в

оксиды более высоких степеней окисления

В промышленной практике очистки отходящих газов от оксидов

азота использование адсорбентов как агентов-аккумуляторов NO

весьма ограничено.

Достаточно эффективными поглотителями NO

являются актив-

ные угли Однако при их контакте с оксидами азота возможен значи-

тельный разогрев, приводящий к возгоранию угля и даже взрывам.

Наряду с этим активные угли характеризуются низкой механической

прочностью и восстановительными свойствами, вызывающими кон-

версию поглощаемого N0. в слабосорбирующийся NO

Адсорбционная способность по NO

силикагелей несколько ниже,

чем у активных углей, однако они лишены недостатков последних,

которые

казаны выше С использованием силикагелей могут дости-

гаться высокие степени улавливания NO . соответству ющие остаточ-

* \

ным концентрациям до 0.005% Однако по ЭКОНОУШЧССКИМ причи-

нам процесс в промышленности не реализован.

Сравнительно небольшой поглотительной способностью по ок-

сидам азота характеризуются алюмоюли. обладающие, кроме того,

и невысокой стойкостью Значительная емкость по отношению к NO

и высокая механическая и термическая устойчивость свойственны

лю.м

ос и

и кат а У I

Достаточно подробно изучены процессы адсорбции NO

на мо-

лекулярных ситах, в частности, на высококремнсземных кислотостой-

ких цеолитах на основе морденита Поглотительная способность этих

адсорбентов в активированном состоянии при малых парциальных

давлениях NO

Ha один-два порядка выше, чем у силикагелей. Про-

веденные в полупромышленных условиях испытания свидетельству-

ют. что емкость молекулярных сит по оксидам азота в зависимости

155

—

от условий реализации процесса находится в пределах 2-10%. Наря-

ду с этим процессы поглощения цеолитами NO обычно сопро-

вождаются его диспропорционированием до NO

и N

O, причем пос-

ледний присутствует в прошедшем очистку газе.

В качестве поглотителей NO

исследованы некоторые аниониты,

однако их использование характеризуется низкой эффективностью

ввиду протекающего с образованием NO и кислоты процесса погло-

щения нитрозных газов находящейся в ионитах влагой и малой кис-

лотостойкости этих материалов.

Рис. 1-41. Характеристика взаимосвязи и термической стабильности окси-

дов азота: 1 — порог интенсивного разложения; 2 — газообразная фаза; 3 —

жидкая фаза; 4 — кристаллическая фаза

156

Присутствующая в очищаемых газах влага сорбируется наряду с

оксидами азота. При этом величина их поглощения (всей гаммы

или отдельных компонентов) либо снижается (активные угли, алю-

мосиликаты, цеолиты), либо в определенных условиях увеличивает-

ся (силикагели, иониты).

Минеральные адсорбенты в большей или меньшей степени об-

ладают способностью катализировать процесс превращения NO в

. В этой связи при адсорбционной очистке нитрозных газов с

повышенным содержанием компонентов низкой степени окисленнос-

ти, характеризующихся малой сорбируемостью, в них следует вво-

дить кислород. Увеличение отношения NO

/NO благоприятно ска-

зывается на характеристиках процессов адсорбционной очистки нит-

розных газов.

На использовании цеолита на основе Н-морденита базируется

технология очистки от NO

газовых выбросов контуров энергетичес-

ких установок с тешюносителем на основе диссоциирующего тетра-

оксида азота. Выбросы таких энергетических установок представля-

ют собой концентрированные воздушные смеси N

O, NO и NO

(со-

держащие NO

96-98%). Вначале их охлаждают до 265 К с целью

выделения основного количества (до 83-87% NO

) NO

, возвраща-

емого в конту р энергетической установки. Затем газовую смесь, со-

держащую нес конденсировавшиеся N

0, NO и NO

, при 345-350 К

подвергают адсорбционной очистке с целью полного поглощения NO

и NO

. Газовоздушную смесь после адсорбции при 670-770 К ката-

литически обезвреживают от N

O, используя в качестве катализато-

ра цеолит на основе Н-морденита, и выбрасывают в атмосферу.

Насыщенный цеолит регенерируют острым паром, возвращая про-

дукты десорбции в контур энергетической установки. Степень обез-

вреживания отходящих газов соответствует требованиям санитар-

ных норм.

Хемосорбционная очистка отходящих газов от оксидов азота мо-

жет быть организована на основе использования различных твер-

дых веществ, способных вступать в химическое взаимодействие с

удаляемыми компонентами.

Например, с целью улавливания NO

из отходящих газов разра-

ботан метод адсорбции оксидов азота торфощелочными сорбентами

в аппаратах кипящего слоя. При использовании наиболее дешевого

и доступного сорбента (смесь торфа и извести-пушонки) степень

очистки газов, содержащих 0,1-2,0% NO

, при времени контакта фаз

157

1,6-3 с достигает 96—99%, обеспечивая содержание NO

в очищен-

ных газах на уровне 0,01-0,04%. Еще больший эффект может быть

достигнут при использовании торфа, обработанного аммиаком, или

при введении аммиака в кипящий слой торфа. Торф способствует

окислению нитритов до нитратов. Отработанный сорбент представ-

ляет собой хорошо хранящееся неслеживающееся торфоазогное удоб-

рение, пригодное для использования на любых почвах и содержащее

8-12% усвояемого азота и 27-30% хорошо усвояемых растениями

гуминовых кислот, являющихся эффективными стимуляторами их

роста (эти кислоты образуются в результате катализируемого окси-

дами азота процесса окисления органической массы торфа присут-

ствующим в очищаемых газах кислородом).

Расчетные характеристики такого процесса при санитарной очи-

стке 60 тыс. м

/ч отходящих газов сернокислотного цеха, содержа-

щих до 0,3-0,4% NO

, 0,3% SO

и 0,3 г/м

тумана и брызг серной

кислоты, иллюстрируются следующими показателями: расход торфа

50%-ной влажности — до 3 т/ч (25-35 кг сухого торфа на 1000 м

газа); потребляемое количество аммиака — до 294 кг/ч (до 5 кг на

1000 м

газа). Работа установки обеспечивает за год улавливание из

отходящих газов 2520 т NO

, 3200 т SO

, 95 т H

. При этом воз-

можно получение торфоазотного удобрения, содержащего до 15-25%

нитрата и сульфата аммония и более 15% водорастворимых гуматов

аммония. Технологическая схема установки представлена на рис. 1-42.

В соответствии с этой схемой доставляемый на установку' в

железнодорожных вагонах торф со склада направляют транспорте-

ром в приямок и далее ковшовым элеватором в бункер. Отсюда шне-

ковым транспортером торф подают в молотковые дробилки. Измель-

ченный хемосорбент шнековым транспортером, ковшовым элевато-

ром и питателем направляют в адсорбер. При очистке 60 тыс. м

/ч

газа диаметр адсорбера составляет 7,3 м, высота — 10,5 м, сопро-

тивление псевдоожиженного слоя торфа высотой 1,5

— примерно

4,9 кПа (500 мм вод.ст.). Под дутьевую решетку адсорбера вен-

тилятором нагнетают нитрозный газ, который после очистки в ад-

сорбере направляют в пылеуловитель, откуда выбрасывают в атмос-

феру. Отработанную твердую фазу выводят из адсорбера секторным

питателем и транспортируют на склад готовой продукции (торфо-

азотного удобрения).

Капитальные и эксплуатационные затраты по торфощелочному

методу очистки отходящих нитрозных газов ниже, чем при катали-

158

Рис.

1-42.

Схема установки очистки нитрозных газов торфощелочным сор-

бентом:

—железодорожный вагон; 2, 17 — склады; 3,9,14 — приямки; 4, 10, 15 —

ковшовые элеваторы; 5 —

бункер;

6,8,13,16 — шнековые транспортеры; 7 — молотко-

вая

дробилка; 11 —адсорбер; 12 — секторный питатель

тической очистке, однако недостатком метода является возможность

самовозгорания торфа.

Примерно по такой же технологии для денитрификации от-

ходящих газов промышленности возможно использование бурых уг-

лей, фосфатного сырья, лигнина. При этом твердые проду кты газо-

очистки, как и в случае применения торфощелочного поглотителя,

не подлежат регенерации и могут использоваться как органомине-

ральные удобрения и промышленные реагенты.

В качестве других широкодоступных и дешевых поглотителей NO

могут использоваться известняк, известь, сланцевая зола. При этом

отработанные хемосорбенты можно направлять на нейтрализацию

кислых стоков или в сельское хозяйство в качестве азотсодержащих

удобрений.

4.6. Очистка газов от диоксида серы

Недостатки абсорбционных методов очистки газов от диоксида

серы привели к разработке процессов, основанных на использовании

твердых хемосорбентов, путем их введения в пылевидной форме в

топки и (или) газоходы теплоэнергетических агрегатов. В качестве

хемосорбентов могут быть использованы: известняк, доломит или

известь. Для увеличения активности хемосорбентов, подавления про-

159

цесса окисления SO

в SO

и решения некоторых других задач наря-

ду- с поглотителем диоксида серы вводят ряд специальных добавок в

виде дешевых неорганических солей, оксихлорида меди, оксида маг-

ния и других веществ.

Наряду с перечисленными хемосорбентами в качестве агентов для

связывания диоксида серы могут быть использованы и некоторые

оксиды металлов. С позиций обеспечения приемлемых скоростей по-

глощения диоксида серы и регенерации насыщенных хемосорбентов

наиболее перспективными среди них являются оксиды AL Bi, Ce.

Со, Cr, Cu, Fe, Hf, Mn, Ni, Sn, Th, Ti. V

U, Zr. Среди исследованных

и опробованных методов некоторую практическую реализацию по-

лучил окисно-марганцевый метод (метод фирмы "Мицубиси~).

По ЭТОМУ' методу' горячие дымовые газы (^135°С) обрабатывают

оксидом марганца в виде порошка. В процессе контакта оксида мар-

ганца с диоксидом серы и кислородом происходит реакция:

MnO

0+S0

+(l - х/2)0

-> MnSO

+ пН

0, (1.280)

где х =1,6-1,7.

Образующийся сульфат марганца после его выделения из газа

обрабатывают в виде водной пульпы аммиаком с целью регенерации

оксида марганца:

MnS0

+2NH

+(n+l)H

0+(x - 1) / 20

-»Mn0

-nH

0+(HN

)

(I 281)

В соответствии с рис. 1-43 инжектируемый в дымовые газы ок-

сид марганца взаимодейству ет

содержащимся в них диоксидом серы

в адсорбере. Выходящие из адсорбера газы освобождают от взвешен-

ных примесей в циклоне и электрофильтре, после чего через дымо-

вую трубу' при -115°С очищенные газы посту пают в атмосферу. Ос-

новное количество хемосорбента из циклона и электрофильтра вновь

направляют на контактирование с дымовыми газами, а небольшую

его часть в виде водной пульпы с целью регенерации оксида марган-

ца последовательно обрабатывают в аммонийном скру ббере и реак-

торе водным раствором аммиака и воздухом. Уловленную в процес-

се газоочистки сажу; находящуюся в поступающей из реактора пуль-

пе, отделяют в сепараторе. Регенерированный оксид марганца выде-

ляют из раствора на фильтре и направляют в голову процесса Осво-

божденный от взвешенных веществ раствор сульфата аммония через

кипятильник передают на вакуум-кристаллизацию Образующиеся

160

В атмосферу

Рис. 1-43. Схема установки оксидно-марганцевой очистки дымовых газов

от диоксида серы: 1 — адсорбер; 2 — циклон; 3 — электрофильтр; 4 — дымовая

труба; 5 — аммонийный скруббер; 6 — реактор; 7 — сепаратор. 8 — фильтр, 9 —

кипятильник; 10 — кристаллизатор; 11 — центрифуга; 12 — циклон

кристаллы сульфата аммония отделяют от маточного раствора на

центрифуге и после высушивания горячим воздухом отделяют от

последнего в циклоне. При содержании диоксида серы в подаваемом

на очистку газе 0,15% (об.) окисно-марганцевый метод в соответ-

ствии с такой технологией обеспечивает его 90%-е извлечение.

Сухие процессы санитарной очистки газов от диоксида серы обес-

печивают, как следует из изложенного, возможность реализации об-

работки газов при повышенных температурах без увлажнения очи-

щаемых потоков, что позволяет снизить коррозию аппаратуры, уп-

рощает технологию газоочистки и сокращает капитальные затраты

на нее. Наряду с этим они обычно предусматривают возможность

цикличного использования поглотителя и (или) утилизацию продук-

тов процесса очистки газов.

К сухим способам относят также каталитическое окисление ди-

оксида серы (см. разд. 5.3) и поглощение диоксида серы адсорбентами.

Среди сухих способов адсорбционного улавливания диоксида

серы в наибольшей степени исследованы и опробованы в произ-

водственных условиях (применительно к газам процессов сжигания

твердого и жидкого топлива) углеродные поглотители (в основном