Лекции по “Экологическому обеспечению производства чугуна ”

- высокой эффективностью  улавливания пыли и возможностью  улавливания газообразных вредных веществ (сернистые соединения и др.);

- возможностью  работы при повышенной температуре, влажности и на взрывоопасных газах.

Основные недостатки мокрых пылеуловителей:

- значительные  затраты энергии на очистку  газа;

- получение  уловленного продукта в виде  шлама, что затрудняет его возврат  в производство;

- необходимость  создания оборотного цикла водоснабжения  и шламового хозяйства, что существенно увеличивает стоимость очистки газа;

- образование  отложений в газопроводах и  оборудовании при конденсации или капельном уносе жидкости из пылеуловителей;

- коррозионный износ оборудования  и газопроводов при очистке  гaзов, содержащих агрессивные  компоненты;

- разрушение кирпичных дымовых труб (капельная влага);

- ухудшение условий рассеивания  пыли и газообразных вредных  веществ в атмосфере;

- охлаждение и увлажнение  газов в процессе очистки, что  ведет к значительным потерям тепла. Несмотря на эти недостатки, мокрые пылеуловители находят широкое применение в стесненных условиях металлургического производства, где невсегда есть место для размещения электрофильтров и тканевых фильтров.

 

1.2.6 Оценка эффективности  работы  пылеуловителей

 

Эффективность работы пылеуловителей оценивается  способами, приведенными ниже.

1. По запыленности очищенного  газа, измеряемой в граммах или  миллиграммах пыли, содержащейся в кубическом метре газа. Эта величина имеет большое значение, так как позволяет определить вынос пыли.

В зависимости  от содержания пыли в очищенном газе различаются следующие виды газоочистки: грубая — более 1 г/м³, средняя— 0,1 - 1,0 г/м³ и тонкая — до 0,1 г/м³.

2. По степени улавливания  пыли, показывающей, какая доля (%) пыли  уловлена пылеуловителем:

 

η = (М₁ – М₂ )/М₁ ,                                        (1.5)

 

где М₁ и М₂ — масса пыли на входе и выходе из пылеуловителя. Если

эти величины представить  как М₁ = z₁ V₁ и М₂ = z₂ V₂ , то степень

улавливания пыли может быть вычислена по формуле:

 

η = (z₁ V₁   - z₂ V₂ ) / z₁ V₁ ,                                 (1.6)

 

где  z₁ и z₂ —запыленность газа на входе и выходе из пылеуловителя;

V₁ и V₂— объемы газа на входе в пылеуловитель и на выходе из него.

Как следует  из выражения (1.6), абсолютные значения расходов газа V₁ и V₂ находить не обязательно, достаточно знать их отношение, которое можно определить по изменению концентрации какого-либо газообразного компонента, не вступающего в пределах пылеуловителя в реакции, например в сухом пылеуловителе SO₂. Заменяя отношение объемов газа обратным ему отношением концентраций SO₂, получаем

 

η = 1 – с₁z₂/c₂z₁                                                                    (1.7)

 

где с₁ и с₂ — концентрации SO₂ в газе на входе и на выходе из пылеуловителя. В частном случае, когда объем газа в пылеуловителе остается постоянным, т.е. V₁ = V₂,

 

η =(z₁  - z₂ )/ z_1.                                              (1.8)

 

3. По проскоку  пыли, показывающему, какая доля  или процент пыли не уловлены  пылеуловителем:

 

П = 1 – η = М₂ / М_1.                                                                (1.9)

 

В частном случае, когда V₁ = V₂,

 

П = z₂  / z₁.                                               (1.10)

 

Если известен фракционный состав пыли и степени  улавливания отдельных фракций, то общая степень очистки газа (%) может быть вычислена по формуле

 

η ₀ = 0,01 ∑ g_i η_{i ,}                                                              (1.11)

 

где g_i и η_i — содержание по массе и степень улавливания фракций, %.

Степень очистки  газа (%) двухступенчатой газоочистки определится по выражению

 

η =  η₁  + 0,01 (100 – η₁) η₂ ,                                              (1.12)

 

где η₁ и η₂ — степени очистки газа в первой и во второй ступенях газоочистки, %.

По аналогии с последним уравнением можно определить степень очистки газа и при большем числе ступеней газоочистки (%) по формуле

 

η = 100 — (100   – η₁) (100 – η₂) ... (100 — η_n)100 ^{1- n},               (1.13)

 

где – η₁ , η_2…η_n — степени улавливания пыли в ступенях газочистки, %;

n — число ступеней газоочистки.

В случае многоступенчатой газоочистки часто возникает  необходимость учета изменения фракционного состава пыли в процессе очистки газа. Это можно сделать по формуле

 

g₂ = g₃= g₁ (100 – η_i)/(100 -  η₁),                               (1.14)

 

где g₁ и g₂ — соответственно содержание рассматриваемой фракции пыли на входе и выходе из первого по ходу газа аппарата газоочистки, %;

g₃ — то же на входе во второй аппарат, %;

 η_i и η₁—фракционный коэффициент улавливания рассматриваемой фракции общая эффективность очистки газа в первом пылеуловителе, %.

 

 

 

 

1.3 Санитарная  очистка газов

 от газообразных  вредных веществ

 

 

Существует 5 основных способов улавливания газообразных веществ:

1. абсорбция – поглощение одного вещества другим во всем объеме сорбента (растворение газов в жидкостях);
2. адсорбция – изменение концентрации вещества на границе раздела фаз;
3. конденсация;
4. химическая обработка;
5. сжигание горючих загрязнителей.

Для абсорбции газа используют жидкие растворители, наиболее часто  – воду; применение абсорбции эффективно при значительных концентрациях вредных веществ.

Адсорбция применяется для обработки  больших объемов газов с очень  низкой концентрацией загрязняющих веществ. Полярные адсорбенты (активированные оксиды алюминия, силикагель^* и молекулярные сита) обладают высокой селективностью по отношению к газам с полярными молекулами. Присутствие в газах паров воды может приводить к снижению адсорбирующей способности адсорбента. Активированный уголь можно применять для очистки влажных газов.

Конденсация применяется  для удаления веществ, имеющих низкое давление пара при умеренных температурах. Необходимость охлаждения газов при конденсации значительно снижает экономическую эффективность метода.

В основе химических методов очистки  газов лежит химическая реакция, преобладающая над процессами абсорбции, адсорбции и конденсации.

Дожигание представляет собой метод  очистки газов путем термического окисления углеводородных компонентов до СО₂ и Н₂О.

 

1.3.1 Санитарная очистка газов от сернистого ангидрида

Сернистый ангидрид (диоксид  серы)  SО₂ – бесцветный газ с резким раздражающим запахом. При атмосферном давлении он сжижается   при 10,09 ⁰С. С водой сернистый ангидрид образует сернистую кислоту, легко разлагающуюся с выделением  SО₂:    

 

SО₂ +Н₂О ↔ Н₂ SО₃.

 

Повышение температуры  сдвигает равновесие этой реакции влево. При взаимодействии с окислителями в присутствии катализатора SО₂  окисляется 

 

2SО₂+ О₂ → 2SО₃.

При  действии  на  SО₂  восстановителями  протекает реакция:

                     

SО₂ +2Н₂  → S+2Н₂О.

 

На долю продуктов сгорания котлов и печей приходится  около 60 - 80 % SО₂, поэтому необходимо предварительное  обессеривание  топлива. Это направление является перспективным, однако промышленных опробываний эти методы еще не прошли.

Таким образом, очистка  газов от сернистого ангидрида - основное направление снижения загрязнения атмосферы сернистым ангидридом.

 

Классификация методов очистки технологических  газов

  от сернистого ангидрида

 

Процессы очистки от SО₂   делят на 2 основные группы, отличающиеся физическим состоянием реагента, применяемого для извлечения SО₂   из газов.

Сухие методы очистки основаны на взаимодействии между газом и твердым веществом. Их подразделяют на:

        1) сорбционные, основанные на адсорбции твердыми веществами  SО₂ с образованием  химических соединений или адсорбции SО₂  на развитой поверхности пор;

      2) каталитические  методы превращения SО₂   в  SО₃ с последующим улавливанием   SО₃  в  виде Н₂SО₄.

Жидкостные (мокрые) методы очистки  включают процессы с применением  жидких поглотителей, которые протекают при относительно невысоких температурах.

Можно выделить 4 подгруппы, каждая из которых характеризуется  типом поглотителя:

1) очистка водой;

2) очистка  органическими жидкостями;

3) сульфитные методы очистки;

4) известняково-известковый  метод очистки.

 

1.3.1.1 Сухие методы очистки от SO₂

 

Адсорбционные методы (АМ) применяются при  концентрации  SО₂ в очищаемых газах не выше 0,10-0,15 %, если  не содержат пыли и примесей, загрязняющих или разрушающих адсорбенты (активированный уголь, серебряно-марганцевые композиции и др.)

Преимущества  АМ –  простота и компактность оборудования, высокая     степень   очистки.

Недостатки АМ  - высокие  расходы адсорбента и энергии.

В качестве поглотителей SО₂  можно применять угольные сорбенты, силикагели, синтетические смолы.

Угольные сорбенты  имеют очень развитую поверхность ~ до 1500 м²/г

(для сравнения у  силикагели ~ 600 м²/г). На этой поверхности из дымовых газов при  t ~  40-150 ⁰С адсорбируется кислород и пары воды. В этих условиях на поверхности пор угля происходит окисление SО₂ в SО₃, который взаимодействует с адсорбированной водой и образует серную кислоту. Серная кислота постепенно заполняет  поры адсорбента,  и процесс очистки прекращается. Лучшим угольным сорбентом для очистки газов от SО₂  является каменноугольный адсорбционный кокс, полученный из предварительно окисленного воздухом каменного угля и сформированный  прессованием.

Существуют три вида регенерации насыщенного сорбента:

-продувка сорбента  инертным газом при  200-450 ⁰С;

-промывка сорбента  водой или водным раствором  аммиака с получением разбавленной серной кислоты или раствора сульфата аммония;

-обработка сорбента  восстановительным газом при  600-900 ⁰С с образованием сероводорода для дальнейшего получения чистой серы и серной кислоты.

В качестве адсорберов наиболее перспективны аппараты кипящего слоя и парные аппараты «Лурги».

Очистка от SО₂ в кипящем слое не требует предварительной глубокой очистки от пыли, однако зерна сорбента в кипящем слое существенно изнашиваются, что приводит к дополнительному расходу сорбента.

Известны процессы очистки газов  в слое неподвижного сорбента, предложенные фирмами «Лурги», «Хитачи», а также процесс Штратмана.

Принципиальная схема процесса «Лурги» представлена на рис. 1.9.

1 – труба Вентури;              Загрязненный газ предварительно очища-

2 – сепаратор влаги  и пыли;                ют от пыли в трубе Вентури и сепараторе.

3 – адсорберы; 4 – сборник                  Устанавливают два параллельно включенных

кислоты; 5 – циркуляционный            адсорбера.  Они работают попеременно: в од-

насос          ном происходит поглощение  SО₂ из газа, а

     во втором его десорбция.

Рис. 1.9 - Схема процесса «Лурги»     В поглотительном  адсорбере  газ, содержа-

    щий SО₂, проходит через увлажненный слой

сорбента (активированного  угля). Сернистый газ адсорбируется  сорбентом, окисляется до SО₃  и превращается в серную кислоту.  После насыщения слоя сорбента серной кислотой адсорбер  переводят на режим регенерации, для чего включают орошение сорбента водой. Отмытая разбавленная 10-15 %-ная кислота поступает в сборник. При дальнейшей очистке концентрацию серной кислоты можно повысить до 25-65 % за счет испарения воды. Степень очистки газа на опытной установке достигала 98-99 %. Время работы поглотителя более 3-х лет.