Материал: Инженерные способы защиты окружающей среды. Сафонова Л.Б., Звягина Л.Н

Раствор сульфита аммония затем вновь направляется на поглощение SO2. Упругость паров диоксида серы над растворами сульфит-гидросульфита аммония падает с понижением температуры. Вследствие этого необходимая степень извлечения достигается только после охлаждения их до 30 – 35 °С. Метод позволяет получать 95 % SO2, являющийся сырьем для производства серной кислоты. Аналогичная схема с регенерацией хемосорбента используется при очистке выбросов от монооксида азота. Для абсорбции применяют растворы FeSO4, которые образуют комплексы:

FeSO4 + NO ↔ Fe(NO)SO4.

При нагреве до 95 – 100 °С этот комплекс распадается, и NO выделяется в чистом виде, а раствор FeSO4 после охлаждения до 20 – 25 C вновь возвращают в цикл.

Технологически более простыми являются методы без регенерации сорбентов. Например, диоксид серы можно поглощать суспензией известняка СаСO3. При этом протекают следующие реакции:

SO2+H2O↔H2SO3

H2SO3 + CaCO3 = CaSO3 + H2O + CO2↑.

Образующийся сульфит кальция способен окисляться кислородом до сульфата кальция – гипса CaSO4∙2H2O, являющегося ценным строительным материалом:

2CaSO3 + O2 = 2CaSO4,

CaSO4 + 2H2O = CaSO4 – 2H2O.

Вустановке предусмотрена циркуляция суспензии с периодическим отбором сульфата кальция. Для завершения процессов кристаллизации циркулирующую жидкость выдерживают в сборниках. Гипс отделяют на центрифугах или фильтрах.

Впромышленных абсорберах жидкость дробится на мелкие капли для обеспечения более высокого контакта с газовой средой. В орошаемом скруббер-абсорбере насадка размещается в плоскости вертикальной колонны. В качестве насадки используют кольца с перфорированными стенками, изготавливаемые из металла, керамики, пластмассы и других материалов

36

с максимальной коррозионной устойчивостью. Орошение колонн абсорбентом осуществляется при помощи разбрызгивателей. Загрязненный газ движется снизу вверх, подвергаясь непрерывной очистке. Чем выше давление и ниже температура, тем выше скорость абсорбции.

Все аппараты жидкостной абсорбции делятся на три типа: колонные, тарельчатые и насадочные абсорберы. На практике чаще всего используют насадочные и пустотелые абсорберы с форсунками.

Если очищаемые газы содержат пыль, то ее предварительно улавливают, а затем газовый поток направляется в абсорбционную установку.

Абсорбционные методы применяются для очистки газов от сероводорода, сероуглерода, меркаптанов, оксидов серы, азота и углерода, галогенов и их соединений.

Адсорбционный метод позволяет извлекать вредные компоненты из промышленных выбросов с помощью адсорбентов – твердых тел с ультрамикроскопической структурой, обеспечивающей им очень высокое значение удельной поверхности (десятки и сотни м2/г). К таким адсорбентам относятся, например, активный уголь и глинозем, силикагель, цеолиты и другие вещества. Адсорбционные методы применяют для очистки газов с невысоким содержанием газообразных примесей. В отличие от абсорбционных методов они позволяют проводить очистку при повышенных температурах.

Различают физическую и химическую адсорбцию (хемосорбцию). При физической адсорбции поглощаемые молекулы газов и паров удерживаются силами Ван-дер-Ваальса, при хемосорбции – химическими силами. Адсорберы конструктивно выполняются в виде вертикальных или горизонтальных емкостей, заполненных адсорбентом, через который проходит очищаемый газ.

Активные угли характеризуются гидфобностью (плохой сорбируемостью полярных веществ, к которым принадлежит и вода). Это свойство определяет широкое использование их в практике очистки отходящих газов разнообразной влажности.

37

Активные угли сильно адсорбируют органические вещества – многоатомные углеводороды и их производные, слабее – низшие спирты. Получают термической обработкой угля-сырца или древесной массы без доступа воздуха.

Силикагели по своей химической природе представляют собой аморфные кремнеземы SiO2∙nH2O. Служат для поглощения полярных веществ, в том числе паров воды и ряда органических соединений. Высокое сродство к парам воды обусловливает широкое использование силикагелей для осушки разнообразных газовых сред.

Алюмогель (активный оксид алюминия А12O3 и Н2O, где 0 < п < 0,6) получают прокаливанием различных гидроксидов алюминия. Используют, как и силикагели, для улавливания полярных органических соединений и осушки газов.

Цеолиты представляют собой алюмосиликаты, содержащие в своем составе оксиды щелочных и щелочноземельных металлов и характеризующиеся регулярной структурой пор, размеры которых соизмеримы с размерами улавливаемых молекул, что определило и другое их название – «молекулярные сита». Поглощение веществ происходит в адсорбционных полостях цеолитов, соединяющихся друг с другом входными окнами строго определенных размеров. Проникать через окна могут лишь те молекулы, диаметр которых меньше диаметра входного окна. Цеолиты различных марок получают синтетическим путем или добывают при разработке природных месторождений. Одни цеолиты могут адсорбировать сероводород, сероуглерод, аммиак, низшие диеновые и ацетиленовые углеводороды, этан, этилен, пропилен, другие – органические сернистые, азотистые и кислородные соединения, третьи – спирты нормального строения.

Процесс очистки выбросных газов – циклический при пониженных температурах, с периодической регенерацией насыщенных адсорбентов при нагревании до 100 – 400 °С.

Адсорбционные методы широко применяются при производстве, хранении и использовании летучих растворителей, потери которых с выбросными газами достигают 800 – 900 тыс.

38

т/год. Улавливание паров растворителей возможно любыми адсорбентами. Однако активные угли, являющиеся гидрофобными сорбентами, наиболее предпочтительны для решения этой задачи: при относительной влажности очищаемых газов до 50 % влага практически не влияет на сорбируемость, паров органических растворителей.

Хемосорбционная очистка отходящих газов может быть организована на основе различных твёрдых веществ, способных вступать в химическое взаимодействие с удаляемыми компонентами. Например, для улавливания диоксида серы из дымовых газов теплоэнергетических агрегатов в их топки вдувают тонкоразмолотые известняк СаСO3 или доломит CaCO3, MgCO3. Карбонаты вначале разлагаются:

СаСO3 → СаО + SO2↑, затем образуется сульфит кальция:

СаО + SO2 → CaSO3,

который частично или полностью переходит в сульфат:

CaSO3 + 1/2О2 → CaSO4.

Пылевидные частицы сульфата вместе с летучей золой улавливаются в соответствующих аппаратах и направляются на золоотвалы. Подобный метод очистки не предусматривает ни рекуперации улавливаемого компонента (SO2), ни регенерации адсорбента (СаСO3). Его достоинство – в простоте технологической схемы.

Суть каталитической газоочистки заключается в кон-

версии (превращении) токсичных примесей в другие продукты (малоили нетоксичные) в присутствии катализаторов. При этом различают гомогенный и гетерогенный катализ. В случае гомогенного катализа катализатор и реагирующие вещества образуют одну фазу (газ или раствор). В случае гетерогенного катализа катализатор находится в системе в виде самостоятельной фазы. На практике в ходе эксплуатации катализаторы подвергаются постепенной дезактивации или деструкции. Последние вызываются химическими (отравление каталитическими ядами) или физическими (механическое истирание, спе-

39

кание) факторами и обуславливают необходимость периодической замены катализаторов.

В этой связи к промышленным катализаторам предъявляют высокие требования в отношении стойкости к каталитическим ядам, механическим и термическим нагрузкам.

Примером гомогенного катализа может служить жидкофазное окисление диоксида серы в присутствии ионов Fe2+ и Мn2+. В насадочный абсорбер, орошаемый водным раствором солей железа и марганца, подается дымовой газ от теплоэнергетической установки. Орошающий раствор поглощает из газа SO2 и кислород воздуха, взаимодействие между которыми включает ряд стадий:

SO2 + H2O↔H2SO3,

H2SO3 ↔ Н+ + HSO 3 ,

При этом образуется 20 %-ная серная кислота, содержащая соли железа и марганца. Она может быть использована в сельском хозяйстве и как мелиорант солонцов содового засоления.

Выбросные газы, содержащие примеси SO2, можно окислять и на твердофазных катализаторах (оксидах ванадия, железа, хрома), предварительно подогрев газы до 400 – 450 °С:

Триоксид серы затем энергично поглощается водой с образованием серной кислоты.

Каталитическая очистка промышленных выбросов применяется для обезвреживания широкого спектра токсичных ингредиентов: оксидов азота, монооксида углерода, паров органических веществ, включая сероорганические соединения (сероуглерод, тиофены, меркаптаны, дисульфиды). В качестве катализаторов используются металлы платиновой группы (палладий, рутений, платина, родий) или более дешевые, но менее эффективные составы, включающие никель, хром, цинк, кобальт, марганец, церий и другие элементы. С целью увеличения поверхности контакта их наносят на пористые или непористые

40