Сутність предмета "Технологія очищення і утилізації газових викидів" і історія розвитку

зміст

Вступ

1. Сутність предмета і історія розвитку

2. Очищення газів від SO _x

2.1 Процес з використанням CuO / CuS0 ₄

2.2 Каталізатори

2.3 Вугільне паливо з добавками вапна

2.4 Введення сухого сорбенту

література

Вступ

Тема реферату: Сутність предмета «Технологія очищення і утилізації газових викидів» і історія розвитку.

Мета дисципліни «Технологія очищення і утилізації газових викидів»:

- вивчення основних методів знешкодження газових викидів і способів їх утилізації, теоретичних і практичних основ використовуваних методів, вибір ефективних сучасних технологій

Задачідісціпліни «Технологія очищення і утилізації газових викидів»:

1. Методи очищення і знешкодження газів, що відходять.

2. Очищення газів, що відходять від аерозолів.

3. абсорбції методи очищення газів.

4. Адсорбційні і хемосорбціонние методи очищення газів, що відходять.

5. Методи каталітичної і термічної очищення газів, що відходять.

1. Сутність предмета і історія розвитку

газ очищення каталізатор адсорбційний

До певного етапу розвитку людського суспільства, зокрема індустрії, в природі існувало екологічну рівновагу, тобто діяльність людини не порушувала основних природних процесів або дуже незначно впливала на них. Екологічна рівновага в природі з збереженням природних екологічних систем існувало мільйони років і після появи людини на Землі. Так тривало до кінця XIX в. Двадцяте століття увійшов в історію як століття небувалого технічного прогресу, бурхливого розвитку науки, промисловості, енергетики, сільського господарства. Одночасно як супроводжуючий фактор зростала і продовжує зростати шкідливий вплив індустріальної діяльності людини на навколишнє середовище. В результаті відбувається значною мірою непередбачуване зміна екосистем і всього вигляду планети Земля.

В даний час із зростанням і бурхливим розвитком промисловості велика увага приділяється її екологічної обгрунтованості, а саме проблемі очищення та утилізації відходів. В даному конспекті лекцій розглядається один з видів відходів промисловості - газові викиди підприємств. Вперше як проблему газові викиди можна розглядати на прикладі лондонського «смогу» (від англ. Smoke - дим), під яким спочатку розуміли суміш сильного туману і диму. Такого типу зміг спостерігався вже в Лондоні вже більше 100 років тому. В даний час це вже більш широкий термін - над всіма великими і індустріально розвиненими мегаполісами крім димотуманного смогу виділяють і фотохімічний зміг. Якщо причиною смогу першого типу є в основному спалювання вугілля і мазуту, то причиною другого - викиди автотранспорту. Звичайно ж, все це ускладнюється деякими кумулятивним дією великої кількості домішок., При димотуманном смог сірчистий газ дає аерозоль сірчаної кислоти (з ряду кислотних дощів) який, природно, набагато реактивного за своєю дією.

Не дивно, що в даний час пильну увагу приділяється проблемі видалення першопричин виникнення таких небажаних явищ, як викиди в атмосферу. У даній роботі тематика проблеми свідомо обмежена рамками промислових газових викидів, так як саме промисловість є джерелом небезпечних і вкрай небезпечних домішок і складових явищ типу «смогу».

В газоподібних промислових викидах шкідливі домішки можна розділити на дві групи:

а) зважені частинки (аерозолі) твердих речовин - пил, дим; рідин - туман

б) газоподібні і пароподібні речовини.

До аерозолів відносяться зважені тверді частинки неорганічного і органічного походження, а також зважені частинки рідини (туману).

Пил - це дисперсна малостійка система, що містить більше великих частинок, ніж дими і тумани.

Рахункова концентрація (число частинок в 1 см ³⁾ мала в порівнянні з димами і туманами. Неорганічна пил в промислових газових викидах утворюється при гірських розробках, переробці руд, металів, мінеральних солей і добрив, будівельних матеріалів, карбідів і інших неорганічних речовин. Промислова пил органічного походження - це, наприклад, вугільна, деревна, торф'яна, сланцева, сажа та ін. До димам відносяться аеродісперсние системи з малою швидкістю осадження під дією сили тяжіння. Дими утворюються при спалюванні палива і його деструктивної переробки, а також в результаті хімічних реакцій, наприклад при взаємодії аміаку і хлороводню, при окисленні парів металів в електричній дузі і т.д. Розміри частинок в димах багато менше, ніж в пилу і туманах, і становлять від 5 мкм до субмікронних розмірів, тобто менше 0,1 мкм. Тумани складаються з крапельок рідини, що утворюються при конденсації пари або розпиленні рідини. У промислових вихлопах тумани утворюються головним чином з кислоти: сірчаної, фосфорної та ін. Друга група - газоподібні і пароподібні речовини, що містяться в промислових газових вихлопах, набагато більш численна. До неї відносяться кислоти, галогени і галогенопроїзводниє, газоподібні оксиди, альдегіди, кетони, спирти, вуглеводні, аміни, нітросполуки, пари металів, піридини, меркаптани і багато інших компонентів газоподібних промислових відходів.

В даний час, коли безвідходна технологія знаходиться в періоді становлення і повністю безвідходних підприємств ще немає, основним завданням газоочистки служить доведення змісту токсичних домішок в газових домішках до гранично допустимих концентрацій (ГДК), встановлених санітарними нормами. В даній таблиці вибірково наведені ГДК деяких атмосферних забруднювачів.

При вмісті в повітрі кількох токсичних сполук їх сумарна концентрація не повинна перевищувати 1, тобто

з ₁ / ГДК ₁ + з ₂ / ГДК ₂ + ... + з _n / ГДК _n = 1

де c _1, з _2,..., з _n - фактична концентрація забруднювачів в повітрі, мг / м ^3;

ГДК _1, ГДК _2,..., ГДК _n - гранично допустима концентрація, мг / м ^3.

При неможливості досягти ГДК очищенням іноді застосовують багаторазове розведення токсичних речовин або викид газів через високі димові труби для розсіювання домішок у верхніх шарах атмосфери. Теоретичне визначення концентрації домішок в нижніх шарах атмосфери в залежності від висоти труби та інших факторів пов'язано з законами турбулентної дифузії в атмосфері і поки розроблено не повністю. Висоту труби, необхідну, щоб забезпечити ГДК токсичних речовин в нижніх шарах атмосфери, на рівні дихання, визначають по наближених формулах.

Величина ПДВ для викиду нагрітої газоповітряної суміші з одиночного джерела з круглим гирлом або групи таких близько розташованих однакових джерел в разі, коли фонова концентрація даної домішки встановлена ​​незалежно від швидкості і напряму вітру, і постійної на території міста, розраховується за формулою.

де, ГДК - гранично допустима концентрація забруднюючих речовин в атмосферному повітрі населених місць, мг / м ^3.

Сф - фонова концентрація домішки, певна розрахунковим шляхом і не залежить від швидкості і напряму вітру мг / м ^3.

А - коефіцієнт, що залежить від температури стратифікації атмосфери і визначає умови горизонтального і вертикального розсіювання атмосферних домішок. На території України А = 160.

F - безрозмірний коефіцієнт, що враховує швидкість осідання забруднюючих речовин в атмосфері. Для газоподібних речовин і дрібнодисперсних аерозолів, швидкість упорядкованого осідання яких не більше 3-5 м / с F = 1. Для більш крупнодисперсних пилу і золи при середньому експлуатаційному коефіцієнті очищення не менше 90% F = 2. При експлуатаційному коефіцієнті очищення от75% до 90% F = 2,5, а менше 75% або при його відсутності F = 3.

Н - висота джерела викиду.

Т - різниця між температурою газу і температурою повітря.

ή - коефіцієнт, що враховує вплив рельєфу на розсіювання домішок.

V ₁ - об'єм газоповітряної суміші, визначається за формулою.

П = 3,14.

D - діаметр гирла джерела викидів.

ω ₀ - середня швидкість виходу суміші з джерела.

При V _m <0,3 n = 3

0,3 _m ≤ 2 n визначається за формулою (1)

V _m> 2 n = 1

(1)

Максимальну приземному концентрацію забруднюючої речовини розраховують за формулою

Необхідно дотримуватися умова: С _m <�ГДК.

Метод досягнення ГДК за допомогою «високих труб» служить лише паліативом, так як не оберігає атмосферу, а лише переносить забруднення з одного району в інші.

Відповідно до характеру шкідливих домішок розрізняють методи очищення газів від аерозолів і від газоподібних і пароподібні домішок. Всі способи очищення газів визначаються в першу чергу фізико-хімічними властивостями домішок, їх агрегатним станом, дисперсністю, хімічним складом та ін. Різноманітність шкідливих домішок в промислових газових викидах призводить до великої різноманітності методів очищення, що застосовуються реакторів і хімічних реагентів.

2. Очищення газів від SO _x

2.1 Процес з використанням CuO / CuS 0 ₄

В даний час існує декілька методів очищення топкових димів від оксидів сірки з використанням хімічних перетворень. Всі методи передбачають попередню стадію адсорбції SO _2, проте обговорюються в цьому розділі, оскільки їх основу становить хімічне перетворення оксидів сірки в нову хімічну сполуку, що виділяється з газового потоку.

2.2 Каталізатори

Метод забезпечує одночасну очищення газів від NO _X і SO _X в присутності каталізатора - оксиду міді (CuO), нанесеного на оксид алюмінію. Топковий газ подається в реактор з паралельним розташуванням каналів для проходження газового потоку, заповнених каталізатором. Процес з урахуванням послідовності операцій може бути представлений брутто-рівняннями.

Поглинання оксидів:

CuO + ½O ₂ + SO ₂ - * CuSO _4;

2NO + 2NH ₄ + ½ O ₂ → 2N ₂ + 3H ₂ O

регенерація:

CuS0 ₄ + 2H ₂ → Cu + SO ₂ + 2H ₂ 0;

Cu + ½O ₂ → CuO

Топковий газ при 390 ° C подається в один з реакторів де оксид сірки взаємодіє з CuO з утворенням сульфату міді (CuSO _4). Сульфат міді і в меншій мірі оксид каталізаторами процесу відновлення оксидів азоту аміаком. Після насичення реактора CuSO ₄ топковий газ перемикається на новий реактор, в той час як відпрацьований піддається регенерації. Молекулярний (Н ₂₎ відновлює сульфат міді до міді, при цьому з реактора потік містить достатню кількість SО _2. Для отримання сірчаної або сірчистої кислоти. Після окислення в оксид міді (CuO) реактор знову готовий до поглинання оксидів з потоку. У проміжку між стадіями поглинання і генерації реактор продувається парою до повної отдувки топкового газу або водню, щоб уникнути вибуху. Установка може користуватися також тільки для виділення оксидів азоту (при цьому опускається стадія регенерації) або призначатися для поділу SO _X (при цьому в газовий потік не вводиться аміак). В даний час в США створюється проект міської котельні з одночасним 90% -ним видаленням оксидів азоту і сірки зазначеним способом.

2.3 Вугільне паливо з добавками вапна

У зв'язку з необхідністю переведення топкових пристроїв на вугільне паливо виникла потреба в розробці нових методів спалювання, що забезпечують чистоту викидів в атмосферу відповідно до екологічних вимог. Для зменшення вмісту SO ₂ розроблені два способи із застосуванням вапна: приготування гранул з вугільної крихти з добавкою вапна для використання в колосникових топках і додавання порошкоподібного вапна до вугільного пилу для використання в топках з форсунковим розпиленням палива. Проблема зменшення кількості оксидів сірки в топкових газах повинна вирішуватися паралельно зі зниженням в них вмісту NO. Лабораторні досліди показують, що заходи по зниженню концентрації оксидів азоту у відпрацьованих димі (підвищений час перебування топкового диму в зоні згоряння і зниження максимальної температури полум'я) також призводять до зниження концентрації SO ₂ при введенні вапна. Реакція зв'язування SO ₂ описується брутто-рівнянням

CaS0 ₃ + ½O ₂ + S0 ₂ → CaS0 ₄ + C0 _2.

Використання гранул з добавкою вапна при відносно Ca: S = 3: 5 зменшує концентрацію оксидів сірки на 70% в лабораторних дослідах і на 50% при спалюванні в колосникових з невеликої потужності. Ці показники дещо нижчі, для традиційної очищення газів від SO ₂ методом промивання, однак якщо врахувати простоту і широке поширення вугільних. топок, то цей метод має значні перспективи. Подальший розвиток методу передбачає удосконалення процесу приготування гранул, підвищення їх механічної міцності а також детальне вивчення процесу їх згоряння.

Хороші результати отримані при добавках вапна ної пилу в топках форсуночного типу. Дані, на пілотній установці, показали зниження на 80% оксидів сірки в топковому димі при відношенні Са: S = 3 • 1. Високий ефект обумовлений підвищеною подачею палива по відношенню до повітря та зниженням максимальної температури полум'я, що одночасно забезпечило хороший показник за змістом оксидів азоту у відпрацьованих потоці.

Для двох наведених методів введення в топку вапна потрібне отримання більш повної інформації в наступних областях: ефективність зв'язування оксидів сірки в залежності типу вугілля, типу вапняної добавки і її кількості; конструкціятопкі і умови експлуатації; питання Шлакообразованіе засмічення топки і забивання димоходів, збір твердих відходів і та утилізація. Перспективність цього методу багато в чому визначає його ефективність при більшій простоті і менших капіталовкладень у порівнянні з традиційною промиванням топкового газу в скрубберах.

2.4 Введення сухого сорбенту

Сухий сорбент вводять методом, аналогічним викладеному в попередньому розділі, при цьому концентрацію SO ₂ в топковому газі можна знизити на 50%. Сухий лужної агент вдувається під тиском в магістраль відходить топкового диму і прореагували тверді продукти відокремлюються від потоку. Для відділення використовують тканинні фільтри. Підбором сорбентів встановлено, що натрієві солі набагато ефективніше кальцієвих сполук. Реакція з оксидами сірки описується рівняннями:

2NaHC0 ₃ + S0 ₂ → Na ₂ SO ₃ + 2СО ₂ + Н ₂ О;

Na ₂ C0 ₃ + S0 ₂ → Na ₂ S0 ₃ + CO _2.

Як сорбент зручно використовувати нагколіт пріpодний -мінерал Na ₂ CO ₃ * NaHCO ₃ * 2H ₂ O, який доступний, недорогий хорошою реакційною здатністю. Реакція протікає з достатньою швидкістю при температурах 110 - 150 ° С; підвищення температури призводить до збільшення ступеня використання сорбенту і знижує вміст SO ₂ в газовому потоці

Потенційно метод можна використовувати в багатьох спалюють пристроях, але в даний час досвід накопичений стосовно котельним невеликої потужності. Переваги методу:

1) можливість практичного використання;

2) низькі капіталовкладення в порівнянні з пристроями для знесірчення газів, що відходять шляхом промивання;

3) більш висока продуктивність;

4) простота видалення відходів.

Основні недоліки:

1) більш низький ступінь видалення SO ₂ з газового потоку по рівнянню з методом промивання в скрубберах;

2) немає даних про ефективність при використанні в топках високої потужності;

3) тверді відходи разом із золою розчинні у воді і при зберіганні становлять небезпеку з точки зору забруднення ґрунтових вод.

Ще один метод видалення SO ₂ заснований на реакції SO ₂ з вапном / карбонатом натрію, однак тут цей метод не розглядається, оскільки, як і при промиванні розчином вапна або вапняку, основним процесом є абсорбція, а не хімічна реакція.

література

1. Родіонов А.І. і ін. Техніка захисту навколишнього середовища. Підручник для вузів. - М .: Хімія, 1989. - 512 с.

2. Захист атмосфери від промислових забруднень. Довідник в 2-х частинах. Під ред. С. Калверта. - М .: Металургія. - 1988. - 760 с.

3. Кузнєцов І.Є., Троїцька Т.М. Захист повітряного басейну від забруднень шкідливими речовинами хімічних підприємств. М .: Хімія, 1979. 344 с.

4. безпам'ятному Г.П., Кротов Ю.А. Гранично допустимі концентрації хімічних речовин у навколишньому середовищі. Довідник. Л .: Хімія, 1985. 528 с.