Газоснабжение

; ,

де f = 2nLв/V – питома поверхня осадження, тобто поверхня осадження, що припадає на одиницю витрати газу. Таким чином, ступінь уловлювання пилу складає:

h = 1 – ехр( - w_Дf).

Величина f визначається розмірами  електрофільтра. Наприклад, для збільшення коефіцієнту очищення з 60 до 97,5% розміри  електрофільтра повинні бути збільшені  більш, ніж у 4 рази. Коефіцієнт очищення також залежить від швидкості  дрейфу w_Д, яка зростає зі зростанням напруженості електричного поля та заряду частинок.

Трубчастий  електрофільтр являє собою вертикальну  камеру, у який встановлені електроди  осадження (рис. 39). Електроди осадження  звичайно виконані у вигляді шестигранних труб, що зібрані у пакети. У плані  вони мають форму бджолиних сот. У якості електродів, що коронують, слугують проводи, що натягнуті по осі  електродів осадження за допомогою  збірних решіток. Запилений газ, що входить у електрофільтр, рівномірно розподіляється по перерізу за допомогою  газорозподільної решітки. Очищений газ  видаляється по газоходу, а пил  збирається у нижній частині електрофільтра та періодично видаляється через  отвір у його днищі.

Очищення  газу від вологої пилі та туману може проводитися у мокрих трубчастих або пластинчатих електрофільтрах. Для уловлювання сірчанокислого туману труби мокрого електрофільтра виготовляють зі свинцю, а електроди, що коронують, – з освинцьованої  проволоки. Корпус такого електрофільтра зсередини футерується кислототривкою цеглою. Шлам з електрофільтра видаляється  шляхом промивання гарячою водою.

Припустима  швидкість руху газу у електрофільтрах 0,5 ¸ 0,6 м/с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основні параметри  роботи апаратів очищення газу від  пилу наведені у табл. 7.

Таблиця 7.

Порівняльна характеристика апаратів очищення газу від пилу.

 

Тип апарата	Максимальний вміст пилу у газі, кг/м3	Розміри частинок, що відділяються, мкм	Ступінь очищення, %	Аеродинамічний опір, Па
Камери осадження	-	> 100	30 ¸ 40	-
Жалюзійні уловлювачі	0,02	> 25	60	500
Циклони	0,4	> 10	70 ¸ 95	400 ¸ 700
Батарейні циклони	0,1	> 10	85 ¸ 90	500 ¸ 800
Рукавні фільтри	0,02	> 1	98 ¸ 99	500 ¸ 2500
Відцентрові скрубери	0,05	> 2	85 ¸ 95	400 ¸ 800
Пінні уловлювачі	0,3	> 0,5	95 ¸ 99	300 ¸ 900
Скрубери Вен турі	-	> 0,1	98 ¸ 99	3000 ¸ 20000
Електрофільтри	0,01 ¸ 0,05	> 0,5	» 99	100 ¸ 200

 

Інерційні уловлювачі пилу та циклони використовують для  відділення порівняльно великих  частинок пилу на першому ступіні  очищення. Ці апарати є порівняльно  недорогими та не потребують значних  експлуатаційних витрат. Для тонкого  очищення не липкого сухого пилу при  низьких температурах та у неагресивному  газовому середовищі використовують рукавні  фільтри. Для повного очищення від  дрібнодисперсного пилу використовують мокрі уловлювачі пилу та електрофільтри. Мокре очищення від пилу є припустимим  у випадку, якщо можливо охолодження  та зволоження газу, а пил, що відділяється, не є цінним продуктом.

 

Тема 10. Очищення газів від парогазових домішок.

 

Методи очищення; сутність фізичного, термічного методу, методів  хемосорбції, абсорбції, адсорбції. Технології і установки очищення від сірчаних сполук, оксидів вуглецю та азоту; їх порівняльний аналіз.

 

Окрім твердих  та рідких включень, природні горючі гази можуть утримувати водяну пару, СО₂, сірководень, а штучні гази також аміак, сірковуглець, ціаністі сполуки, нафталін і т. д. Ці домішки спричиняють токсичну дію на організм людини, викликають корозію обладнання та газопроводів, їх закупорювання, погіршення якості продукції, що випускається. Деякі виробничі та вентиляційні гази утримують ацетон, бензин, бензол, толуол, ефіри, хлорпохідні вуглеводнів. Їх уловлювання є необхідним не лише для поліпшення умов життя людини та охорони довкілля, а і для використання у якості сировини при подальшій переробці.

Очищення  від паро газових включень виконують  із застосуванням наступних методів:

1.Фізичний, що заснований на  стиску або охолодженні газу;

2.Термічний, тобто спалювання  горючих газових компонентів,  звичайно у присутності каталізатора;

3.Хемосорбції, що являє собою  перетворення газових домішок  за допомогою додатків у тверді  або рідкі  продукти із подальшим  їх виділенням;

4.Абсорбції, тобто промивкою  газів розчинниками домішок;

5.Адсорбції, тобто поглинанням  газів або пари поверхнею твердих  речовин – адсорбентів. 

Джерела утворення та вплив SO₂ на довкілля було розглянуто раніш. Для абсорбції SO₂  з газів можна використовувати водну промивку. Абсорбція водою протікає за реакцією:

SO₂ + Н₂О = Н⁺ + НSO₃^-.

Однак розчинність SO₂ у воді є дуже низькою, тому потрібна велика витрата води, а для видалення SO₂ з розчину, тобто для десорбції, треба нагрівати її до 100⁰С і це пов’язано зі значними енерговитратами. У деяких випадках для абсорбції використовують морську воду, яка має слабко лугову реакцію, що підвищує розчинність SO₂ (рис. 40). Подібні установки експлуатуються, наприклад, у Норвегії.

Очищений від пилу у  електрофільтрі газ надходить у  порожнистий скрубер, потім у  абсорбер, де він промивається морською водою. Стічні води у реакторі обробляються повітрям для окислення сульфітних сполук до сульфатних та скидаються у  море.

Однак найбільш часто для очищення газів від SO₂ використовують хемосорбційні методи аміачний, вапняковий, содовий, магнезитовий і т. д.

При вмісті SO₂ у газі у межах 0,05 ¸ 0,2% звичайно застосовують вапняковий метод. У якості реагенту тут використовують вапнякове молоко або суспензію тонко здрібненого вапняку зі співвідношенням “тверда фаза – рідина” 1 : 10. У процесі протікають реакції:

Са(ОН)₂ + SO₂ = Са SO₃ + Н₂О;

СаСО₃ + SO₂ = Са SO₃ + СО₂.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У результаті утворюється сульфіт  кальцію, який частково окислюється  у сульфат. Шламова пульпа, що утворюється, скидається у відвали або використовується для виробництва будівельних  матеріалів.

На рис. 41 наведений приклад реалізації цього методу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Абсорбер зрошується суспензією з рН = 6 ¸ 6,2. Шлам з абсорбера частково надходить у циркуляційний збірник, куди додають свіжий вапняк, а основна його кількість – у вакуум – фільтр. Ступінь очищення  - до 85%; коефіцієнт використання вапняку – біля 50%.Недоліком вапнякових методів є заростання системи відкладеннями гіпсу, корозія обладнання, винос бризок з абсорбера. Вапняковий метод відноситься до нерекуперативних.

У рекуперативних методах  хемосорбент регенерується і  повторно використовується для очищення.

У магнезитовому методі SO₂ поглинається гідрооксидом магнію у абсорбері за реакціями:

МgO + Н₂О = Мg(OН)₂; МgSO₃ + Н₂O + SO₂ = Мg(НSO₃)₂;

Мg(НSO₃)₂ + Мg(OН)₂ = 2МgSO₃ + 2Н₂О.

Кристалогідрати сульфіту магнію МgSO₃ * 6H₂O та МgSO₃ * 3H₂O випадають у осадок, їх виводять через центрифугу у сушарку барабанного типу, де вони проходять сушіння. Після цього їх термічно розкладають у обертовій печі обпалу за реакцією:

МgSO₃ = МgO + SO₂.

Сірчаний газ переробляють у сірчану кислоту, а оксид  магнію повертають на абсорбцію.

Аміачні методи очищення зводяться  до реакції з водним розчином сульфіту амонію, у який утворюється бісульфіт  амонію:

SO₂ + (NH₄)₂SO₃ + H₂O = 2NH₄HSO₃.

В установці аміачно –  циклічного очищення газів (рис. 42) охолоджений  та очищений від пилу газ спрямовується  у скрубер – абсорбер, який зрошується розчином сульфіт – бісульфіту амонію. Тут здійснюється поглинання сірчаного  ангідриду і розчин збагачується бісульфатом амонію. Отриманий розчин у десорбері нагрівається, унаслідок  чого рівновага реакції зміщується у лівий бік, підсилюється виділення  сульфіт – амонію та сірчаного  ангідриду. Після охолодження розчин повертається у абсорбер.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У процесі абсорбції паралельно утворюється сульфат амонію ( біля 20% уловленого SO₂ йде на його утворення). Тому частину регенерованого розчину випаровують у випарному апараті та охолоджують у кристалізаторі. Кристали сульфату амонію, що утворилися, виділяються з розчину за допомогою центрифуги, а маточний розчин повертають на зрошення абсорбера.

Аміачно – циклічний метод дозволяє отримати 100% - вий сірчаний ангідрид та сульфат амонію.

У аміачно – автоклавному методі абсорбцію також проводять розчином сульфіт - бісульфіту амонію. Відпрацьований розчин розкладають у автоклаві  при температурі 150 ¸ 160⁰С та тиску 0,5 МПа за реакцією:

2NH₄HSO₃ + (NH₄)₂SO₃ = 2(NH₄)₂SO₄ + S + H₂O.

Отримані при цьому  сульфат амонію та сірка є товарними  продуктами.

Аміачні методи є рентабельними при концентраціях  SO₂ у газі більш, ніж 0,2%. Їх недоліком є велика витрата аміаку для отримання сульфату амонію.

Для абсорбції  SO₂ можуть використовуватися також розчини ароматичних амінів – ксилидину або диметиламіну. Наприклад, ксилидин утворює з SO₂ ксилидинсульфіт, який є розчинним у воді:

2С₆Н₃(СН₃)₂NH₂ + SO₂ = 2C₆H₃(CH₃)₂NH₂*SO₂.

Цей розчин відводиться  з абсорбера у відпарну колону, де відбувається розділення ксилидинсульфіту на SO₂ та ксилидин. SO₂ відводиться на виробництво сірчаної кислоти, аксилидин повертається на абсорбцію. Аналогічно працює установка з використання диметиламіну.

Оксид вуглецю  є високотоксичним газом, а також  отрутою для каталізаторів. Для  газів з високим вмістом СО використовується реакція конверсії  СО водяною парою у присутності  оксидних залізних каталізаторів:

СО + Н₂О = СО₂ + Н₂.

Реалізація процесу здійснюється в установці, схема якої наведена на рис. 43.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Установка використовується для очищення від СО газу, що утворюється у  процесі отримання водню конверсією природного газу з водяною парою. Суміш газу (водень + СО + СО₂) з водяною парою подається у реактор (конвертер) першого ступеня, де у присутності каталізатора 95% СО перетворюється у СО₂ з утворенням еквівалентної кількості водню. Потім газ охолоджується у холодильнику до 35 ¸ 40⁰С і з нього у абсорбері видаляють СО₂ розчином етаноламіну. Очищений газ підігрівають у теплообміннику, додають до нього водяну пару і піддають конверсії у другому реакторі. Після охолодження у холодильнику газ очищують від СО₂ у другому абсорбері. У результаті отримують практично чистий водень – більше 99% Н₂ з невеликими домішками СО, СО₂, СН₄.

Якщо треба практично повністю видалити СО, то використовують абсорбцію  мідно – аміачним розчином. Процес абсорбції проводять при тиску 32 МПа і температурі біля 0⁰С, а десорбцію – при атмосферному тиску і температурі біля 80⁰С.

Очищення газів від СО може здійснюватися  промивкою рідким азотом при температурах біля – 190⁰С та тиску 2,5 МПа. Процес очищення складається зі стадій охолодження та осушення вихідних газів; глибокого охолодження газів та часткової конденсації їх компонентів; відмивання газів від оксиду вуглецю, метану та кисню рідким азотом у промивній колоні. Для реалізації цього процесу використовують апарати, що аналогічними за конструкцією апаратам установок розділення газів, у тому числі повітря на компоненти.

На металургійних підприємствах  для очищення агломераційних газів  від СО шляхом їх окислення до СО₂ використовують паладієві каталізатори. Вони можуть тривалий час працювати у присутності SO₂, що міститься у цих газах. Процес проходить при температурі 300 ¸ 350⁰С.

Методи очищення газів від оксидів  азоту поділяються на окислювальні, відновлювальні та сорбційні.

Окислювальні методи засновані  на попередньому окисленні NO з наступним поглинанням NO₂ вбирачами у процесі абсорбції або хемосорбції. Моно оксид азоту не утворює солі, це індиферентна сполука. Тому його до окислюють за допомогою кисню до NO₂. Однак з огляду на низькі концентрації NO швидкість окислення його є малою і потребується громіздке обладнання для окислення нітрозного газу, а також велика витрата кисню.

Каталітичне відновлювання оксидів  азоту до елементарного азоту  виконується у присутності відновника. Каталізаторами слугують сплави металів  платинової групи – паладію, рутенію, платини, родію або більш дешеві – мідь, цинк, нікель, хром, ванадій. Їх наносять на вогнетривкі матеріали. У якості відновників використовують газоподібні (природний газ, аміак, оксид вуглецю), рідкі (бензин, гас), тверді (кокс, графіт, вугілля). Селективні відновники, такі, як аміак, є нечутливими  до наявності у газах вільного кисню. Інші відновники діють лише при  відсутності у газі, що очищується, вільного кисню, оскільки він реагує з відновником раніш, ніж оксид  азоту. Відновники та нітроз ний газ  не повинні утримувати сірчаних сполук, які отруюють каталізатор. Окрім  того, цей метод є дорогим.

Абсорбційні методи засновані на поглинанні оксидів азоту водними розчинами  лугів або карбонатів лугових  металів. При цьому поглинається NO₂, а оксид азоту треба попередньо окислювати до NO₂.

Адсорбційне очищення проводиться  за допомогою алюмогелю (це активований  оксид алюмінію Al₂O₃) або цеолітів. Останні є кристалічними алюмосилікатами складу Na₂O*Al₂O₃*2SiO₂*nH₂O. Їх отримують обробкою NaОН прожареної до 600⁰С глини – каоліну  Al₂O₃*2SiO₂*2H₂O. Метод характеризується великими витратами на регенерацію адсорбенту, дефіцитністю та малою адсорбційною ємністю адсорбенту.