Антропогенний вплив на атмосферу та охорона атмосферного повітря

Термічна  – нагрівають насичений адсорбент  до певної температу з потоком  водяної пари, гарячого повітря або  інертного газу. (t < 100-200 °С – десорбція  на  активованому вугіллі, силікагелі, 3) алюмегелі; t = 200-400 °С – десорбція на цеолітах).

Витискувальна  або холодна – базується на відмінностях сорбційної здатності цільового компоненту і речовини, яка використовується як витискувач (десорбент).

Для десорбції органічних речовин використовують воду, аміак, СО2. Перспективно для цеолітів.

Десорбція із зниженням тиску має 2 варіанти:

1) радуціювання  тиску в системі після насичення  адсорбенту при надлишковому  тиску в період проходження  адсорбції;

2) створення  розрідження (разрежения) при здійсненні  стадії адсорбції при нормальному  тиску.

Вакуумна  десорбція – використовують вкрай  обмежено, внаслідок необхідності значних  енергетичних витрат як правило для  осушки.

Абсорбція – метод розділення газоповітряної суміші на складові частини шляхом поглинання одного або декількох газових компонентів (абсорбентів) цієї суміші рідким поглиначем (абсорбентом) з утворенням розчину.

Абсорбційні методи очистки відхідних газів  розділяють за слідуючими ознаками: за компонентом, що абсорбується, за типом абсорбенту, що використовується, за характером процесу (з циркуляцією, без циркуляції), за способом використання абсорбенту (з регенерацією і поверненням його в цикл (циклічні), без регенерації (нециклічні)), по використанню уловлених компонентів (з рекуперацією та без рекуперації) по організації – періодичні, безперервні.

Адсорбційні методи використовують для тонкого  очищення, оскільки вони забезпечують високу ступінь очистки газів, оскільки вони забивають пористі поглиначі – адсорбенти.

Переваги  абсорбції: економічність при очищенні великих кількостей газу, можливість безперервного ведення процесу, ефективність очищення деяких речовин  складає 32% (по HCl).

Недоліки: перед очищенням і після нього  значно знижається температура газів, що призводить до зниження ефективності розсіювання залишкових газів в атмосфері; утворюється велика кількість відходів (шлаку).

Рушійною  силою в цій реакції є градієнт концентрації на границі фаз газ  – рідина.

В залежності від особливостей взаємодії і компоненту, що вилучається з газової суміші абсорбційні методи розподіляють на:

- фізичну  абсорбцію;

- хемосорбцію,  яка супроводжується хімічною  реакцією в рідкій фазі.

Метод заснований на здатності горючих  токсичних компонентів  окислюватися до менш токсичних при наявності вільного кисню і високій температурі газової суміші.

Цей метод використовується у випадках, коли об’єми викидів великі.

Переваги:

1. Відсутність  шламового господарства.

2. Невеликі  габаритні розміри очисних установок.

3. Висока ефективність очищення при низькій собівартості очистки.

4. Простота  обслуговування, можливість автоматизації.

Недоліки: Метод не може використовуватись  для знешкодження газів, які при  спалюванні утворюють продукти, що по токсичності в багато разів  перевищують вихідний газовий викид (наприклад, при спалюванні газів, що містять фосфор, галогени, сірку).

Виходячи  з цього метод термічного знешкодження може використовуватись для викидів, які містять токсичні компоненти органічного походження, але не містять  галогенів, сірки, фосфору. (лако-фарбові, типографська справа, пахучі речовини).

Розрізняють три схеми: пряме спалювання; термічне окислення, > t = 600-800˚С; каталітичне  спалювання, > t = 250-480˚С.

Пряме спалювання.

Пряме спалювання – використовують, коли відхідні гази забезпечують значну частину енергії, необхідної для здійснення процесу. З економічних міркувань цей вклад повинен перебільшувати 50% загальної теплоти згорання. При проектування необхідно знати границю вибуху або займання відходів і газоподібного палива і сумішах із повітрям. Ці дані показують, чи буде даний вид відходів підтримувати горіння без додаткового підводу палива.

Одна  з проблем, які ускладнюють здійснення прямого спалювання, це можливість досягання температури до 1300˚С, але  витримування газу при такій температурі у присутності кисню може призвести до утворення оксидів азоту. Тобто відбувається вторинне забруднення. Прикладом прямого спалювання можуть бути вуглеводні.

Процес  можна проводити: в топочних пристроях, промислових печах, топках котельних агрегатів, у відкритих факелах.

Конструкція нейтралізатора повинна забезпечувати  необхідний час перебування газів  в апараті при температурі, яка  гарантує ступінь їх нейтралізації. Час складає 0,1-0,5 с (до 1 с). Температура  орієнтована на нижню границю самозаймання газової суміші і перевищує температуру займання на 100-150˚С.

В деяких випадках відхідні гази із значним  вмістом паливних компонентів можуть використовуватись як паливо.

Як  самостійне паливо можуть спалюватись  відхідні гази з теплотворною здатністю 3,35-3,77 МДж/м3.

Термічне  окислення.

Використовують  коли вихідні гази мають високу температуру, але в них немає достатньої кількості кисню; коли концентрація горючих домішок дуже низька (не забезпечує теплоту для підтримання  полум’я, тобто пряме спалювання – економічно невигідне).

Основні параметри, що враховують при проектуванні – час, температура, турбулентність пристроїв термічного окислення.

Час – достатній для повного окислення (0,3-0,8 с).

Турбулентність (характеризує ступінь переміщування) – необхідна для забезпечення ефективного контакту кисню і горючих домішок.

Температура – підбирається в залежності від  властивостей горючих домішок: 500-760˚С – для вуглеводнів; 680-800˚С – для  окислення СО;  480-680˚С – для нейтралізації запаху.

Переваги: Відносно низька температура, що знижує можливість утворення оксидів азоту.

Каталітичний  метод

Каталітичний  метод – використовують для знешкодження токсичних компонентів шляхом введення в систему каталізаторів, які  забезпечують хімічне перетворення забруднювачів в інші продукти.

Розрізняють гомогенний і гетерогенний каталіз. Останній найбільш поширений.

Каталітична взаємодія відбувається на границі  розділу фаз газової суміші і  каталізатору:

А + В + К  К [AB];  К [AB] → С + К

К [AB]  - активована проміжна сполука.

Каталітична термічна нейтралізація передбачає перетворення токсичних компонентів  шляхом введення в систему каталізаторів.

Каталітичне окислення відрізняється короткочасністю  процесу, що різко скорочує габарити, а також низько. Температурою (до 300˚С) порівняно з термічним окисленням.

Каталізаторна маса виконується у вигляді дроту, кілець, пластин з Ni, Al2O3, G з нанесеним  на них благородних металів (соті долі %).

В процесах санітарного очищення відхідних  газів промисловості застосовують методи каталітичного очищення при звичайній температурі.  Відрізняються ці методи наявністю каталізаторів (Pt, паладій, срібло - активніші, але дорогі, більш поширені -  MuO, CuO, CoO.

Гетерогенний  каталіз – багатоступінчастий процес:

1. Зовнішня  дифузія.

2. Внутрішня дифузія (надходження до активних центрів каталізатору).

3. Адсорбцію  продифулезованих молекул поверхнею  каталізатора.

4. Хімічна  взаємодія.

5. Десорбція  продуктів каталітичного перетворення.

6. Внутрішня,  зовнішня дифузія.

Універсальність гетерогенного каталізу визначається співвідношенням швидкості транспорту (переносу) реактантів і хімічного перетворення на поверхні реакторів. Каталізаторні гази (P, S, Fe).

Використовують:

1) високотемпературне  каталітичне відновлення;

2) селективне  каталітичне відновлення;

3) розкладання  гетерогенними відновниками.

Узагальнення: Для видалення газоподібних домішк викидів застосовують методи, що базуються  на фізичному чи хімічному зв’язування  молекул газу. Найчастіше, одночасно  йдуть процеси фізичного та хімічного  затримування домішок даного типу (хемосорбція, хімічна абсорбція). Деякі методи базуються виключно на перетворенні токсичних компонентів н відносно нешкідливі шляхом окислення (термічне чи каталітичне окислення) або розкладання на менш тоесичні компоненти.

 

3. Системи очищення викидів

Фільтри, які використовуються для  очищення навколишнього повітря  та

концентрованих газових викидів, відрізняються концептуально.  Якщо для 

очищення газів від пилоподібних часток використовуються в основному 

середовища, що фільтрують, у вигляді мембран  та тканих елементів, то для

очищення від забруднень більш  високого рівня дисперсності (молекулярного)

використовують здебільшого фільтри  завантажені сорбентами типу

активованого вугілля, цеолітів, молекулярних сит та ін. В останні роки для

очищення  газових викидів та збагачення технологічних  газів також 

використовують  напівпроникні мембрани

 

4. Методи знешкодження викидів

 

Термічні методи знешкодження газових  викидів застосовні при високійконцентрації  горючих органічних забруднювачів або оксиду вуглецю.

Найпростіший  метод - смолоскипна спалювання - можливий, коли концентраціягорючих забруднювачів  близька до нижньої межі займання. У цьому випадкудомішки служать  паливом, температура процесу 750-900 °  С і теплоту горіннядомішок можна утилізувати.

Коли концентрація горючих домішок менше нижньої  межі займання,то необхідно підводити  деяку кількість теплоти ззовні. Найчастішетеплоту підводять добавкою пального газу і його спалюванням  в очищуваному газі.

Горючі  гази проходять систему утилізації теплоти і викидаються ватмосферу. Такі енерготехнологічних схеми застосовують при достатньовисокому вмісті горючих домішок, інакше зростає витрата додаєтьсягорючого газу.

Для повноцінної  очищення газових викидів доцільні комбінованіметоди, в яких застосовується оптимальне для кожного конкретного випадкупоєднання грубої, середньої і тонкого очищення газів і парів. На першійстадіях, коли зміст токсичної домішки велике, більше підходятьабсорбційні методи, а для доочищення - адсорбційні або каталітичні.

Найбільш  надійним і найбільш економічним  способом охорони біосфери від шкідливихгазових викидів є перехід до безвідходного  виробництва, або добезвідходних технологій. Термін «безвідходна технологія» вперше запропонованоакадеміком М.М. Семеновим. Під ним мається на увазі створення оптимальнихтехнологічних систем з замкнутими матеріальними та енергетичнимипотоками. Таке виробництво не повинно мати стічних вод, шкідливих викидівв атмосферу і твердих відходів і не повинно споживати воду з природнихводойм.