Хемосорбционный способ очистки газов

H2S и его свойства

Документация

Хемосорбционная очистка газа

Основным преимуществом хемосорбционных процессов является высокая и надежная степень очистки газа от кислых компонентов при низкой абсорбции углеводородных компонентов сырьевого газа.

В качестве хемосорбентов применяют едкий натрий и калий, карбонаты щелочных металлов и наиболее широко — алканоламины.

Очистка газа растворами алканоламинов

Аминовые процессы применяют в промышленности, начиная с 1930-го года, когда впервые была разработана и запатентована в США схема аминовой установки с фенилгидразином в качестве абсорбента.

Процесс был усовершенствован применением в качестве поглотителя водных растворов алканоламинов. Алканоламины, являясь слабыми основаниями, вступают в реакцию с кислыми газами H2S и СО2, за счет чего происходит очистка газа. Образующиеся соли при нагревании насыщенного раствора легко разлагаются.

Наиболее известными этаноламинами, используемыми в процессах очистки газа от H2S и СО2 являются: моноэтаноламин (МЭА), диэтаноламин (ДЭА), триэтаноламин (ТЭА), дигликольамин (ДГА), диизопропаноламин (ДИПА), метилдиэтаноламин (МДЭА).

До настоящего времени в промышленности на установках по очистке кислых газов в качестве абсорбента, в основном, применяется моноэтаноламин (МЭА), а также диэтаноламин (ДЭА). Однако в последние годы наблюдается тенденция по замене МЭА на более эффективный абсорбент — метилдиэтаноламин (МДЭА).

На риснке показана основная однопоточная схема абсорбционной очистки газа растворами этаноламинов. Поступающий на очистку газ проходит восходящим потоком через абсорбер навстречу потоку раствора. Насыщенный кислыми газами раствор с низа абсорбера подогревается в теплообменнике регенерированным раствором из десорбера и подается на верх десорбера.

После частичного охлаждения в теплообменнике регенерированный раствор дополнительно охлаждается водой или воздухом и подается на верх абсорбера.

Кислый газ из десорбера охлаждается для конденсации водяных паров. Конденсат в виде флегмы непрерывно возвращается обратно в систему для поддержания заданной концентрации раствора амина.

Щелочные (карбонатные) способы очистки газа

Применение растворов аминов для очистки газов с малым содержанием H2S (менее 0,5% об.) и высоким соотношением СО2 к H2S считается нерациональным, так как содержание H2S в газах регенерации составляет 3–5% об. Получение серы из таких газов на типовых установках практически невозможно, и их приходится сжигать на факелах, что приводит к загрязнению атмосферы.

Для очистки газов, содержащих незначительные количества H2S и CO2, в промышленности используют щелочные (карбонатные) способы очистки. Применение растворов щелочей (карбонатов) в качестве поглотителя повышает концентрацию H2S в газах регенерации и упрощает схемы установок по производству серы или серной кислоты.

Промышленный процесс щелочной очистки природного газа имеет следующие преимущества:

  • тонкая очистка газа от основных серосодержащих соединений;
  • высокая избирательность к сероводороду в присутствии диоксида углерода;
  • высокая реакционноспособность и химическая стойкость поглотителя;
  • доступность и дешевизна поглотителя;
  • низкие эксплутационные затраты.

Применение щелочных способов очистки газа также целесообразно в промысловых условиях для очистки небольших количеств сырьевого газа и при небольшом содержании в газе H2S.

Источник

Очистка воздуха от газа

Основные виды загрязнений воздуха приведены в таблице 4.1. Наиболее частые и вредные примеси: оксид углерода CO, диоксид серы SO2, оксиды азота NOx, пары серной кислоты.

Методы очистки воздуха от паро- и газообразных загрязнителей по виду используемых физико-химических процессов делят на пять групп: 1) абсорбционные, 2) адсорбционные, 3) хемосорбционные, 4) термической нейтрализации, 5) каталитического окисления.

Метод абсорбции. Его сущность — поглощение компонентов газовых смесей в объеме жидкого поглотителя (абсорбента). Эффективность абсорбции зависит от растворимости абсорбируемого компонента в абсорбенте, площади поверхности раздела, скорости процессов диффузии, смешения.

Читайте также:  Леовит сонные таблетки способ применения

К абсорбентам предъявляются следующие основные требования:

хорошая растворимость парогазовых примесей, которая определяет емкость абсорбента;

повышенная температура кипения (выше 150 о С), что уменьшает потери абсорбента;

низкая вязкость, которая увеличивает скорость массо- и теплопередачи, перекачивания;

избирательность при разделении газовых смесей;

термохимическая устойчивость, что важно в циклических абсорбционных процессах.

Вода как абсорбент применяется тогда, когда растворимость загрязняющего компонента в ней составляет сотни граммов в 1 л воды. Это примеси аммиака, хлористого и фтористого водорода и др. Для улавливания паров воды используют концентрированную серную кислоту, углеводородов — вязкие масла, метана — жидкий азот и т. п.

Аппаратура метода абсорбции аналогична той, которая применяется для мокрой очистки воздуха от пыли: скрубберы Вентури (рис. 4.2), форсуночные скрубберы (рис. 4.3а), барботажнопенные аппараты (рис. 4.3б), а также противопоточные насадочные башни. В последних (рис. 4.3в) загрязненный газ входит в нижнюю часть башни, а очищенный выходит из нее через верхнюю часть, куда подается и разбрызгивается абсорбент. Очистка происходит при контакте газа с каплями или с пленками абсорбента, когда он растекается по насадке. Образующийся загрязненный раствор стекает на дно башни и выводится из нее. Далее этот раствор в разомкнутом процессе отправляют в отходы, в циркуляционном процессе регенерируют десорбцией и снова возвращают для абсорбции.

Насадка позволяет значительно увеличить поверхность контакта газа и жидкости. В качестве насадки используют химически инертные тела различной геометрической формы: кольца Рашига, Палля, седла Берля, «Инталокса», розетки Теллера. Материал насадок: керамика, фарфор, пластмассы, металлы. Вместо насадок широко применяют колпачковые тарелки, иногда — перфорированные (дырчатые) пластины-перегодки с множеством мелких отверстий диаметром около 6 мм.

Метод хемосорбции. Он основан на химическом превращении поглощаемых паров и газов в другие, обычно мало летучие или малорастворимые соединения. Например, сероводород можно поглощать щелочным раствором оксисульфомышьяковой соли (реакция А) с последующей регенерацией ее из образующегося продукта реакции окислением кислородом (реакция Б):

В качестве побочного компонента образуется сера — ценное сырье.

Для поглощения оксидов углерода СО2, серы SO2, азота NOx широко используют водные щелочные растворы извести, соды, аммиака.

Аппаратура метода хемосорбции такая же, какая применяется в методе абсорбции. Так, газы травильных ванн, содержащие оксиды азота, пары серной, хлоро- и фторводородной кислот, направляются в форсуночный скруббер, где они нейтрализуются раствором извести. Очищенный газ проходит через центробежный каплеуловитель и выбрасывается наружу. Эффективность очистки от оксидов азота составляет 17-86%, от паров кислот — 95%.

Также используются башни с подвижной насадкой. Они обеспечивают высокую эффективность очистки.

Методы абсорбции и хемосорбции называют мокрыми. Их недостатки:

понижение температуры выбрасываемых газов, что снижает эффективность их рассеяния;

образуется большое количество отходов, возникают проблемы их утилизации. Это осложняет и удорожает очистку загрязненных газов.

Метод адсорбции основан на способности поверхности твердых адсорбентов (поглотителей) избирательно поглощать и концентрировать отдельные компоненты газопаровой смеси. Адсорбция может быть физической, промежуточной (активированной) и химической. Достоинство физической адсорбции — обратимость процесса. Это позволяет относительно просто проводить регенерацию адсорбента, обычно методом нагрева при повышенной температуре, так как физическая адсорбция сильно снижается с увеличением температуры. Процесс химической адсорбции, как правило, необратим, и регенерировать адсорбент не удается.

В качестве адсорбентов используют мелкодисперсные порошки активированного угля, оксида алюминия, глинозема, силикагеля, цеолитов и т. п. Основным параметром при выборе адсорбента является его адсорбционная способность, т.е. количество вещества, поглощаемое единицей массы адсорбента или площади его поверхности.

Читайте также:  Лечение катаракты начальной стадии самые эффективные способы

Конструктивно адсорберы представляют вертикальные, горизонтальные или кольцевые емкости, заполненные пористым адсорбентом, через который фильтруется поток очищаемого газа. В адсорберах периодического действия адсорбент неподвижен, он периодически регенерируется. Эти адсорберы просты, но представляют большое сопротивление газовому потоку и поэтому требуют больших энергетических затрат. В непрерывных адсорберах адсорбент постоянно движется под действием сил тяжести или в восходящем потоке очищаемого воздуха. Это позволяет полнее использовать поглощающую способность сорбента, упростить эксплуатацию оборудования. Их недостаток — большие потери сорбента, он истирается.

Термическая нейтрализация. Метод основан на способности горючих токсичных газов и паров окисляться кислородом при высокой температуре до менее токсичных продуктов. Достоинства метода: отсутствие шламов и необходимости их переработки, небольшие габариты установок и простота их обслуживания, высокая эффективность обезвреживания при низкой стоимости очистки. Однако нельзя сжигать газы, содержащие, например, галогены, серу, фосфор, так как продукты их окисления более токсичны, чем очищаемый выброс.

Различают три способа термической нейтрализации газовых выбросов: прямое сжигание в пламени; термическое и каталитическое окисление.

Прямое сжигание ведут при температуре 600-800 о С. Это экономически выгодно, когда при сжигании очищаемые газы обеспечивают не менее 50% общей теплоты сгорания. Примеры: сжигание в факеле горелки углеводородов, содержащих токсичные газы (например, HCN); дожигание органических газовых загрязнений лакокрасочных цехов в камере при горении природного газа. В последнем случае время пребывания газа в камере должно быть не менее 0,5-0,7 с; эффективность очистки — 90-99%. Недостаток данного способа — образование оксидов азота при избытке воздуха и высокой температуре пламени (до 1300 о С).

Термическое окисление применяют тогда, когда газовые выбросы имеют высокую температуру, а также дефицит кислорода или когда концентрация горючих примесей низка и не обеспечивает теплоту, необходимую для поддержания пламени. При этом время пребывания газа в камере должно составлять 0,3-0,8 с, газ должен хорошо перемешиваться с кислородом воздуха за счет турбулентного движения, температура при окислении углеводородов должна быть 500-760 о С, оксида углерода — 680-800 о С. Достоинство способа — относительно низкая температура очистки, что позволяет избежать образования оксидов азота.

Каталитическое окисление. Этот способ отличается от термического, во-первых, более низкой температурой процесса окисления, 300-400 о С, во-вторых, высокой скоростью его протекания, доли секунды, что позволяет значительно уменьшить размеры реактора. Катализаторами могут быть платиновые металлы, оксиды меди, марганца и др. Платиновые металлы, обычно в количестве сотых долей процента от массы катализатора, наносятся на поверхность спиралей, пластин, шариков, изготовленных из нихрома, никеля, оксида алюминия.

Об активности катализатора судят по объемной скорости каталитического процесса, которая представляет отношение объема газаочищаемого в единицу времени, к объему (м 3 ), занимаемому катализатором:Обычно эффективность очистки в 85-95% достигается при объемной скорости газового потока от 2000 до 60 000. Каталитическая активность окисления углеводородов возрастает в следующем ряду: ароматические углеводороды о С и объемной скорости 30-60 тыс.он позволяет практически полностью окислять примеси этилена, пропилена, бутана, пропана, ацетальальдегида, метилового, этилового, пропилового и других спиртов, ацетона, бензола, толуола, ксилола и т.п.

На рисунке 4.4а приведена схема каталитического реактора для окисления толуола. Воздух, содержащий толуол, сначала подогревается горячими, отходящими газами в рекуператоре 5. Затем он поступает в камеру 3, где подогревается пламенем горелки до 250-350 о С. Эта температура оптимальна для каталитического окисления толуола на поверхности катализатора 1 в камере 4. В качестве катализатора используется природная марганцевая руда (пиромзит) в виде гранул размером 2-5 мм, активированных азотнокислым палладием. При каталитическом окислении толуола кислородом воздуха образуются СО2 и водяные пары. Перед выбросом в атмосферу горячая парогазовая смесь охлаждается в теплообменнике-рекуператоре 5, через который проходит поток входящего в аппарат очищаемого газа.

Читайте также:  Способ разрешения конфликтов заставляющий детей подростков принять точку зрения руководителя

Рис. 4.4. Схемы каталитических реактора (а) и нейтрализатора (б): 1 — катализатор; 2 — горелка; 3 — подогреватель; 4 — контактная камера; 5 — рекуператор

Эффективность очистки составляет 95-98% при объемной скорости процесса 8-10 тыс. ч -1 . Расход природного газа — 3,5-4 м 3 на 1000 м 3 очищаемого воздуха.

Выбор метода очистки газа зависит от следующих факторов: природы и концентрации загрязнителей, требуемой степени очистки, фонового загрязнения окружающей атмосферы, объемов очищаемых газов и их температуры, требуемых финансовых и технических затрат, наличия необходимого оборудования, сорбента, катализатора, природного газа и т.п., возможности утилизации продуктов улавливания и потребности в них.

Источник

Хемосорбция как метод очистки газовых выбросов

Промышленное производство и другие виды хозяйственной деятельности сопровождаются выделением в воздух помещений и в атмосферный воздух различных веществ, загрязняющих воздушную среду.

Многие технологические процессы на предприятиях металлургической, химической, нефтехимической промышленности, на многих других производствах сопровождаются поступлением вредных газов и паров в атмосферный воздух, значительно ухудшая его качество, а в ряде случаев делая его не пригодным для нахождения в нем людей. Качество воздуха ухудшается также из-за присутствия в воздухе носителей неприятных запахов.

Для того, чтобы избежать этих тяжелых последствий и поддерживать качество воздуха на уровне, соответствующем санитарным требованиям, выбросы в атмосферу должны очищаться не только от аэрозольных загрязнений, но также от вредных паров и газов.

Очистка выбросов в атмосферу складывается из двух принципиально различных процессов:

— очистка от аэрозолей и извлечение содержащихся в выбросах взвешенных твердых и жидких примесей (пыли, дыма, капелек тумана или брызг);

— физико-химическая очистка и извлечение или обезвреживание тех или иных газо- и парообразующих примесей.

Метод хемосорбции для очистки газовых выбросов

Хемосорбция, химическая сорбция — поглощение жидкостью или твёрдым телом веществ из окружающей среды, сопровождающееся образованием химических соединений. В более узком смысле хемосорбцию рассматривают как химическое поглощение вещества поверхностью твёрдого тела, т. е. как химическую адсорбцию.

Применяется способ химической сорбции в хемосорбционных модулях (МХС). Химические поглотители (сорбенты и хемосорбенты) веществ, используемые в МХС, предназначены для удаления токсичных газов (молекулярных, органических и неорганических) из выбросов промышленных технологических процессов, а также запахов в вытяжных системах вентиляции жилых, административных и производственных зданий.

Химические поглотители могут быть эффективно использованы не только в режиме постоянного поглощения, но и в системах аварийных сбросов (залповый, кратковременный выброс).

Конструктивно МХС состоит из нескольких узлов, представляющих из себя сварные металлоконструкции, соединенные между собой посредством болтовых и сварных соединений.

1 – корпус; 2 – крышка МХС; 3 – рама; 4 – корзина; 5 – строповочные петли МХС; 6 – места строповки крыши; 7 – патрубок

Хемосорбционный модуль может выступать как самостоятельная система очистки, так и быть в составе установки очистки газовых выбросов. Разработанные методики расчета сопротивления газовому потоку позволяют проектировать и поставлять заказчику модули высокой производительности в соответствии с техническим заданием для очистки воздуха промышленных и бытовых помещений.

Метод хемосорбции успешно применяется во многих отраслях промышленности, в том числе пищевой, лесной, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной, химической, нефтехимической промышленности, металлургии, машиностроении и металлообработке.

Источник

Оцените статью
Разные способы