Каталитическая очистка газов

     Рис.1. Схемы контактных аппаратов с фильтрующим слоем катализатора:

а - контактный аппарат с катализатором  в виде сеток; б - трубчатый контактный аппарат; в - контактный аппарат с  перфорированными решетками; г - многослойный контактный аппарат; д - контактный аппарат  с трубками Фильда; е - контактный аппарат  с теплообменником                                                                                         

 

 

Для полноты протекания процесса в одном аппарате может быть установлено  несколько слоев контактной массы .Многослойные контактные аппараты чаще всего устанавливают, когда имеется необходимость очищаемый газ подвергать дополнительной обработке (нагреванию, охлаждению и т.д.). Это позволяет вести процесс при оптимальном температурном режиме на каждой полке

       В зависимости от функционального назначения контактные аппараты с фильтрующим слоем катализатора имеют несколько вариантов конструктивного оформления: реакторы каталитические с твердым катализатором, размещенном в отдельном корпусе (тип К); реакторы каталитические, в которых в общем корпусе размещены контактный узел и подогреватель (тип ТК); реакторы термокаталитические, в которых в общем корпусе размещены контактный узел и рекуператор тепла (тип KB); реакторы каталитические, в которых в общем корпусе размещены подогреватель, контактный узел и рекуператор тепла (тип ТКВ). Наиболее перспективными являются аппараты ТКВ, которые в максимальной степени отвечают экологическим требованиям.

      Например, термокаталитический дожигатель конструкции Гипрогазочистка (рис.2).

 

Рис.2. Каталитический дожигатель конструкции Гипрогазочистка:

1-горелка; 2-слой катализатора; 3-теплообменник-рекуператор.

 

 

 

 

Газ, содержащий вредные  примеси, подогревается очищенными газами в теплообменнике-рекуператоре. Затем смешивается с топочными  газами, образующимися при сжигании топлива в горелках 1, после чего происходит обезвреживание на поверхности  катализатора 2.

 

2. Каталитические реакторы  со взвешенным слоем катализатора. Недостатком фильтрующего слоя  является наличие зон, плохо  омываемых газом в местах соприкосновения  гранул катализатора. Для устранения  этих недостатков используют  кипящий слой, в котором каждая  гранула катализатора интенсивно (рис.3), со всех сторон соприкасается  с газом, что интенсифицирует  процесс очистки.

 

Рис.3. Каталитический реактор  с кипящим слоем катализатора:

1 - цилиндрическая часть корпуса; 2 - зернистый катализатор; 3 - верхняя  часть корпуса; 4 - циклон; 5 - шнековое  устройство; 6 - газораспределительная  решетка.

 

 

 

 

 

Достоинством таких аппаратов  является также хорошая теплопроводность слоя, возможность механизировать и  интенсифицировать процесс загрузки и выгрузки катализатора, исключение возможности локального перегрева  или переохлаждения, возможность  использовать мелкий катализатор (в  фильтрующем слое мелкозернистый катализатор  не используется из-за повышенного  сопротивления и неравномерности  температурного слоя).

К недостаткам взвешенного  слоя следует отнести истирание  и унос пылевидного катализатора из аппарата, что требует установки  пылеулавливающего аппарата и предъявляет  повышенные требования к прочности  катализаторов, а также невозможность  осуществления противотока, что  снижает движущую силу процесса. Перечисленные  недостатки не являются определяющими  и многие из них могут быть полностью  или частично устранены.

Для упорядоченного перемешивания  твердой фазы в кипящем слое иногда вводят механические мешалки  , что способствует усреднению времени пребывания частиц в аппарате.

Для увеличения степени очистки  газов используют многополочные  аппараты с кипящем слоем.

Для отвода (подвода) тепла  из реакторов со взвешенным слоем  используют теплообменники, расположенные  внутри слоев катализатора.

 

3. Каталитические реакторы  с пылевидным катализатором. В  аппаратах с пылевидным катализатором  измельченный катализатор распыляют  в рабочую зону с помощью  специальных сопел (рис.4). Этим  достигается более полное использование  реакционного объема. Реакция протекает  в тот момент, когда частицы  катализатора находятся в полете.

Обычно процессы каталитического  восстановления и окисления рассматривают  отдельно.

 

Рис.4. Каталитический реактор  с пылевидным реактором:

1 - цилиндрический корпус; 2 - циклон; 3 - сопло; 4 - бункер; 5 - эжекторное устройство

 

 

Каталитическое окисление  используют для удаления диоксида серы из дымовых газов, очистки выбросов от окиси углерода, органических веществ, а каталитическое восстановление для обезвреживания газов от оксидов азота.

После каталитического окисления  газы направляют на дальнейшую переработку, например, абсорбцию, с получением готового продукта. Для некоторых газов  эта стадия не предусмотрена, так  как загрязнитель превращается в  безвредное соединение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3 Достоинство  и недостатки каталитического  метода 

 

      На многих промышленных предприятиях, в результате проведения технологического процесса, происходит выброс в атмосферу большого количества вредных веществ. Чаще всего эти выбросы содержат: монооксид и диоксид азота, монооксид углерода (угарный газ), органические вещества, которые делятся на:

 

- летучие органические соединения, в т.ч. продукты неполного сгорания топлива,

 

- стиролы, альдегиды, кетоны (выбросы предприятий производящих полимеры),

 

- растворители - спирты, эфиры (в т.ч. ацетаты), толуол и другие производные бензола.

 

        Основными источниками загрязнения воздушного бассейна являются: предприятия органического синтеза, производители каучука, резинотехнических изделий, обуви, предприятия производящие и потребляющие полимеры и смолы, предприятия производящие и потребляющие лаки, краски и органические растворители (кабельная, мебельная промышленность, полиграфия), дизельные установки, ТЭЦ и котельные и др.

         Наиболее эффективные способы очистки газовых выбросов в атмосферу от вредных веществ основаны на использовании каталитических технологий, в которых процесс очистки ведется на катализаторах.

Достоинства метода:

– высокая степень очистки;

– компактность;

– небольшая металлоемкость;

– высокая производительность;

– легкость автоматического управления.

Недостатки:

– образование новых веществ, которые часто надо удалять из газа;

– высокая стоимость катализаторов.

 

Несмотря на относительно высокие первоначальные затраты, каталитический способ очистки имеет много преимуществ, в том числе и по сравнению  с термическим дожиганием (способ, применяемый для органических примесей). Во - первых, экономичность в эксплуатации:

 

 

- рабочая температура каталитического процесса существенно ниже температуры термического дожигания,

 

- более мягкие условия эксплуатации оборудования, и как следствие более длительный срок его службы,

 

- многолетняя устойчивость катализатора (зафиксирована работа катализатора очистки вентиляционных выбросов в цехе участка покрытия лаком эмальпровода (очистка от паров растворителя) в течении 28 лет),

 

- возможность регенерации катализатора,

 

- возможность переработки катализатора с целью извлечения драгоценных металлов.

       Во - вторых, использование каталитических технологий позволяет проводить очистку газовых выбросов с низкой концентрацией вредных веществ (порядка 50 ppm), что невозможно при использовании термических методов. Кроме того, устойчивая работа катализаторов и надежность каталитических установок проверены многими годами эксплуатации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Классификация   примесей  сточных  вод. Расчет  допустимого  состава  

    сточных  вод.

 

    2.1 Основные  типы загрязнения воды 

          Сегодня главными потребителями воды является сельское хозяйство и промышленность .В среднем один житель Земли потребляет воды около

200 л/сут.

     Основные типы  и последствия загрязнения воды:

 

1.Болезнетворные  агенты: бактерии ,вирусы и т.д., вызывающие различные заболевания . В развивающихся странах это основная причина заболеваний и смертности(25000 человек ежедневно).

2. Отходы, для переработки  которых требуются кислород: органические отходы, при разложении которых поглощающими кислород бактериями могут истощаться растворенные в воде запасы кислорода.

3. Растворяющиеся  в воде неорганические химические  вещества: кислоты, соли и соединения токсичных металлов (свинец, ртуть). Высокие уровни этих веществ могут сделать воду непригодной для питья, нанести ущерб популяциям рыб и др. видов.

4. Неорганические  питательные вещества растений: растворяющиеся в воде соединения фосфатов и нитратов, которые могут вызвать чрезмерный рост водорослей и др. водных растений, которые затем отмирают и разлагаются, лишая воду растворенного в ней кислорода. Чрезмерные уровни нитратов в воде могут обусловить снижение способности крови переносить кислород, что приводит к гибели еще не родившихся детей и малышей.

5. Органические  химические вещества: нефть, бензин, пластмассы, пестициды растворители и др. органические вещества, которые представляют собой угрозу для здоровья людей и наносят вред рыбам и другим видам живых организмов.

6. Осадки или  взвеси: нерастворимые в воде частицы почвы, ила или других веществ, которые находятся в воде во взвешенном состоянии и являются крупнейшими загрязнителем воды. Эти вещества затрудняют организмам поиск пищи, тормозят процесс фотосинтеза у водорослей, разрушают пищевые цепочки в подводной сфере, приносят с собой токсичные металлы и т.д.

7. Радиоактивные вещества: радиоизотопы, способные растворяться в воде или биологически распространяться в пищевых цепочках. Ионизирующее излучение этих изотопов могут вызывать мутации в ДНК, которые приводят к врожденным дефектам, вызывают рак и повреждение генетического кода.

8. Теплота: чрезмерный слив горячей воды, которая использовалась для электростанций. Высокая температура приводит к снижению  уровня растворенного в ней кислорода и делает живые организмы менее устойчивыми к болезням.

       Основными источниками загрязнения и засорения водоемов являются недостаточно очищенные сточные воды промышленных и коммунальных предприятий, крупных животноводческих комплексов; отходы производства при разработке рудных ископаемых, сточные воды шахт и рудников; сточные воды при обработке и сплаве лесоматериалов; стоки водного и железнодорожного транспорта; техногенные отходы предприятий металлургического комплекса и т. д.

        Загрязняющие  вещества сточных вод, попадая  в природные водоемы, приводят  к качественным изменениям, которые  в основном проявляются в изменении  физических свойств воды (появление  неприятного запаха, привкуса и  др.), в изменении ее химического  состава.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2 Классификация  сточных вод. Классификация примесей сточных вод

 

      Сточные воды - это воды, использованные на бытовые, производственные или другие нужды и загрязненные различными примесями, изменившими их первоначальный химический состав и физические свойства, а также воды, стекающие с территории населенных пунктов и промышленных предприятий в результате выпадения атмосферных осадков или поливки улиц.

         В зависимости от происхождения вида и состава сточные воды подразделяются на три основные категории: бытовые (БСВ), производственные (ПСВ), атмосферные (АСВ).

 

Сточные воды делятся на три группы:

 

1. Бытовые, образуются в результате жизнедеятельности  человека ,имеют сравнительно постоянный состав, содержат около 60% органических и около 40% минеральных веществ и направляются на городские (районные) станции очистки. БСВ поступающие от санитарных приборов, установленных в жилых, общественных и промышленных зданиях. Эти воды, загрязненные в основном физиологическими выделениями и хозяйственными отбросами, могут содержать болезнетворные бактерии. К этой категории относятся также банно-прачечные и душевые воды.

        В сточных водах содержатся примеси минерального и органического происхождения. Можно принять что минеральные загрязнения в бытовых сточных водах в виде нерастворенного вещества - 5 %, суспензии - 5 %, коллоиды - 2 % и растворимые вещества - 30 %. Для органических веществ эти проценты соответственно следующие: нерастворимые - 15 %, суспензии - 15 %, коллоиды - 8% и растворимые - 20 %.