60 Термическая очистка газов
Термическая очистка газов
Метод основан на способности горючих токсичны компонентов (газы, пары и сильно пахнущие вещества) окисляться до менее токсичных при наличии свободного кислорода и высокой температуры газовой смеси.
Этот метод применяется в случаях, когда объемы выбросов велики, а концентрации ЗВ превышают 300 млн -1 г/м 3 .
Методы термической нейтрализации имеют следующие преимущества:
— отсутствие шламового хозяйства;
— малые габариты очистных установок;
— низкая стоимость очистки.
Применимы для обезвреживания практически любых паров и газов, продукты сжигания которых менее токсичны чем исходные вещества.
Рекомендуемые файлы
Термическое обезвреживание отходящих газов осуществляют в устройствах двух типов:
— печах (камерах) различной конструкции.
К первым предъявляют следующие требования:
1. полнота сгорания без образования вредных газов;
2. отсутствие выделения дыма и сажи;
3. безопасность и бесшумность.
Факельные установки сооружают непосредственно на технологических агрегатах, со сбросом газов в факельную трубу (рис. 4.12) стр. 148 или с отбором газов для переработки (рис. 4 — 16).
Печи для сжигания отходящих газов (камеры) представляю собой установки, в футерованном (облицованном) корпусе которого размещаются устройства для осуществления процесса, линии ввода газа, оборудование для прокачки и т.д.
Применяют также многокамерные термические устройства для дожигания газа с предварительным подогревом
Высокая степень очистки достигается тем, что камеры с насадками перекрыты дополнительными сводами, обеспечивающими подвод отводящего газа к корням факелов горелок.
Разработаны также установки с вращающимися насадками, обладающие меньшими габаритами.
Конструкция термического нейтрализатора должна обеспечивать необходимое время пребывания газов в аппарате при температуре, гарантирующей термическую обработку (нейтрализацию).
Время пребывания обычно составляет 0,1 – 1 сек, рабочая температура в большинстве случаев ориентирована на нижний предел самовоспламенения обезвреживаемых газовых смесей и превосходит ее на 100 – 150 0 . Аммиак — 649 0 С, ацетон – 260 0 С, керосин — 254 0 С.
В некоторых случаях отходящие газы со значительным содержанием горючих компонентов могут быть использованы как топливо. В качестве самостоятельного топлива могут сжигаться отходящие газы с теплотворной способностью 3,35 – 3,77 МДж/м 2 , если они обладают повышенной температурой.
Принципиальные схемы термических нейтрализаторов отходящих газов представлены на рис.
Область применения термической нейтрализации вредных примесей ограничивается характером образующихся продуктов реакции. Так при сжигании газов, содержащих фосфор, галогены, серу, образующие продукты реакции по токсичности во много раз превышают исходный выброс, то есть для газов, содержащих эти компоненты, метод не применим.
Различают 3 схемы термической нейтрализации газовых выбросов:
1. прямое сжигание в пламени;
2. термическое окисление;
3. каталитическое сжигание.
И термоокисление осуществляют при температурах 600 — 800 0 С, каталитическое сжигание – при 250 – 450 0 С.
Выбор схемы нейтрализации определяется химическим составом ЗВ, их концентрацией, начальной температурой, расходом и т.д.
Прямое сжигание в пламени.
Следует использовать только в тех случаях, когда отходящие газы обеспечивают подвод значительной части энергии. Для безопасности транспортировки сжигание газа в промышленных масштабах осуществляется при концентрациях горючих компонентов не более 25 % от нижнего предела взрываемости. Сложность прямого сжигания связана с тем, что температура пламени может достигать 1300 0 C. При наличии избытка воздуха это приводит к образованию оксида азота, то есть обезвреживая вещества одного типа процесс сжигания становится источником ЗВ другого типа.
Примером прямого сжигания являются: сжигание углеводородов непосредственно в факеле, то есть в открытой горелке, направленной вверх.
Существует ряд решений, позволяющие проводить прямое сжигание в замкнутой камере (время пребывания 0,2 – 0,7 сек) – в таких камерах обычно идет дожигание газов для удаления органических отходов от лакокрасочных цехов.
Разработана и применяется циклонная топка, скомпонованная с газовой горелкой и камерой разбавления газов после их очистки (рис. 41, стр. 122).
Воздух, загрязненный примесями органических веществ (толуол, стирол и др.) поступает в вихревую горелку 2 по каналу 6 и непосредственно во внутреннюю полость печи 4 по тангенциальным каналам 5. природный газ подается по трубе 3. время пребывания в аппарате не менее 0,5 сек. Атмосферный воздух подается по центральной трубе 1 только при обезвреживании выбросов, содержащих менее 15 % кислорода. Эффективность очистки – 90 – 99 %. Малозатратный метод.
Применяют либо когда отходящие газы имеют высокую температуру, но в них практически нет кислорода, либо концентрация горючих примесей настолько низка, что они не обеспечивают подвод теплоты.
Важнейшими факторами при проектировании устройств термического окисления являются время, температура и турбулентность.
Время обычно составляет 0,3 – 0,8 сек. Турбулентность характеризует степень механического перемешивания для контактирования кислорода и горючих примесей. Рабочие температуры – 500 – 800 0 С.
Если отходящие газы имеют высокую температуру, то процесс происходит в камере с подмешиванием свежего воздуха (дожигание оксида углерода, углеводородов и продуктов неполного сгорания автомобильных двигателей ) непосредственно на выходе.
Когда температура отходящих газов недостаточна для протекания процесса окисления, поток газов подогревают в теплообменнике , а затем пропускают через рабочую зону. При этом горючие компоненты доводят до температур, превышающих точки самовоспламенения и они сгорают под действием кислорода. При недостатке кислорода его вводят при помощи воздуходувки или вентилятора.
— низкая температура процесса, что позволяет сократить расходы на изготовление камеры сжигания и избежать значительного образования оксидов азота.
Расчеты процессов термического окисления выполняют с целью определения дополнительного количества топлива, объемов газообразных продуктов сгорания и объема камеры сгорания. Диаметр камеры сгорания определяют исходя из необходимости обеспечения достаточного времени пребывания и интенсивности турбулентности (рациональное время пребывания 0,3 – 0,9 сек). Оптимальная скорость газа, проходящего через сопло горелки должна составлять 4,5 – 7,5 м/сек. Объемный расход дополнительного топлива Qг, м 3 /сек зависит от количества теплоты qг, кДж/сек и теплотворной способности топлива qr,кДж/м 3 .
, м 3 /сек.
Тепловые методы воздействия на пзс — лекция, которая пользуется популярностью у тех, кто читал эту лекцию.
Используют для превращения токсичных компонентов промышленных выбросов в вещества безвредные путем введения в систему катализатора.
Каталитическое окисление отличается от термического тем, что позволяет резко сократить габариты реактора при значительном снижении температуры.
Схема каталитического реактора представлена на рис.
Источник
Методы каталитической и термической очистки отходящих газов
Автор работы: Пользователь скрыл имя, 31 Октября 2013 в 19:37, доклад
Краткое описание
Постоянно усиливающееся загрязнение атмосферы связано с интенсивным развитием промышленности и энергетических производств, сопровождающимся все возрастающими объемами расходования невосполнимых природных ресурсов. Одной из важнейших проблем при охране окружающей среды является защита воздушного бассейна от чрезмерных загрязнений. Следовательно, развитие новых технологических процессов должно быть сбалансировано с разработкой технологии и аппаратуры, предотвращающих выбросы в атмосферу либо ограничивающих их до допустимых уровней.
Содержание
4. Достоинства и недостатки некоторых типов катализаторов………………………………………………………………
6. Преимущества термического метода………………………………
Вложенные файлы: 1 файл
Реферат Экология.docx
Реферат по дисциплине «Экология»
«Методы каталитической и термической очистки отходящих газов»
Выполнил: курсант 1 курса, уч. гр. Д-13-1
Тигров Игорь Владимирович
2. Суть каталитического метода……………………………………………………………… ……2
4. Достоинства и недостатки некоторых типов катализаторов…………………………………………… …………………
6. Преимущества термического метода………………………………
Постоянно усиливающееся загрязнение атмосферы связано с интенсивным развитием промышленности и энергетических производств, сопровождающимся все возрастающими объемами расходования невосполнимых природных ресурсов. Одной из важнейших проблем при охране окружающей среды является защита воздушного бассейна от чрезмерных загрязнений. Следовательно, развитие новых технологических процессов должно быть сбалансировано с разработкой технологии и аппаратуры, предотвращающих выбросы в атмосферу либо ограничивающих их до допустимых уровней.
Целью моей работы является изучить каталитический и термический методы очистки отходящих газов.
Все способы очистки газов определяются в первую очередь физико-химическими свойствами примесей, их агрегатным состоянием, дисперсностью, химическим составом и др. Разнообразие вредных примесей в промышленных газовых выбросах приводит к большому разнообразию методов очистки, применяемых реакторов и химических реагентов.
Суть каталитического метода
Суть каталитических процессов газоочистки заключается в реализации химических взаимодействий, приводящих к конверсии подлежащих обезвреживанию примесей в другие продукты в присутствии специальных катализаторов. Последние не вызывают изменения энергетического уровня молекул взаимодействующих веществ и смещения равновесия простых реакций. Их роль сводится к увеличению скорости химических взаимодействий. Каталитические взаимодействия в гетерогенном катализе происходят на границе раздела фаз конвертируемой газовой смеси и катализатора. Последний обеспечивает взаимодействие на его поверхности конвертируемых веществ с образованием активированных комплексов в виде промежуточных поверхностных соединений катализатора и реагирующих веществ, формирующих затем продукты катализа, освобождающие (восстанавливающие) поверхность катализатора. Схема этого явления для газовой реакции А + В→С в присутствии катализатора К может быть представлена следующим образом:
где К[АВ] – активированное промежуточное соединение на поверхности катализатора.
В ряде случаев функции поверхности катализатора заключаются в зарождении реакционных цепей, развивающихся затем в объеме конвертируемой газовой фазы, где осуществляется дальнейшая конверсия целевого компонента по гетерогенно-гомогенному механизму.
Активность катализатора обычно определяется совокупностью физико-химических свойств, как самого катализатора, так и конвертируемого газового потока. В наибольшей степени она зависит от температуры каталитического превращения, структуры катализатора, содержания в нем промоторов, давления, объемного расхода, концентрации и молекулярных масс исходных реагентов и продуктов конверсии в газовой смеси.
Масса и свойства катализатора теоретически не должны претерпевать изменений в процессе его работы. На практике, однако, в процессе эксплуатации катализаторов они в той или иной степени подвергаются постепенной дезактивации или деструкции. Последние вызываются химическими (отравление каталитическими ядами, присутствующими в конвертируемых газах, недостаточная селективность катализатора, возможность образования нелетучих продуктов и т. п.) и физическими (механическое истирание, спекание, агрегатирование под действием избыточной свободной энергии поверхности и т. п.) факторами и ведут к необходимости периодической регенерации (активации) или замены катализаторов. В этой связи к промышленным катализаторам предъявляют требования в отношении высокой активности и теплопроводности, а также стойкости к механическим и термическим нагрузкам. Наряду с этим они должны быть дешевыми и, обладая необходимыми структурными параметрами, иметь, возможно, более низкие температуры зажигания и геометрию частиц, обеспечивающую низкое гидравлическое сопротивление слоя.
Необходимые для эффективного осуществления соответствующих процессов газоочистки катализаторы обычно подбирают экспериментальным путем.
Среди катализаторов условно различают:
цельнометаллические – представляют собой металлы платиновой группы или неблагородные металлы, нанесенные на сетки, ленты, спирали;
смешанные — включают металлы платиновой группы и оксиды неблагородных металлов, нанесенных на оксид алюминия или другие металлы;
керамические – состоящие из металлов платиновой группы или оксидов неблагородных металлов, нанесенных на керамическую основу виде сот или решеток;
насыпные – приготовленные в виде гранул или таблеток различной формы с нанесенными на него металлом платиновой группы или оксидами неблагородных металлов, а так же виде зерен оксидов неблагородных металлов.
Достоинства и недостатки.
Наибольшее преимущество перед другими типами катализаторов имеют катализаторы, нанесенные на металлические носители: более термостабильные имеют период эксплуатации 1 год и более, отличаются высокой износостойкостью и прочностными характеристиками; имеют развитую поверхность и пониженную насыпную плотность; их регенерация не представляет существенных трудностей. Это обуславливают широкую распространенность цельно-металлических каталлизаторов для обработки значительных объемов газовых выбросов, содержащих пары растворителей, фенолов и других токсичных органических веществ.
Более простые и дешевые в изготовлении катализаторы на основе из керамики: характеризуются низким гидравлическим сопротивлением, меньшей насыпной плотностью, но менее термостабильные, чем цельнометаллические.
Термический метод обезвреживания получил более широкое распространение, так как некоторые вредные примеси трудно или невозможно полностью нейтрализовать другими методами из-за сложности их состава, низкой концентрации, а также из-за отсутствия эффективных средств улавливания. Он заключается в том, что все органические вещества полностью окисляются кислородом воздуха при высокой температуре до нетоксичных соединений. В результате выделяются минеральные продукты, вода, диоксид углерода, а также теплота, которые требуют дальнейшей их утилизации.
Метод термического окисления (дожига) органических веществ, содержащихся в отходящих газах, относится к энергоемким. Для поддержания необходимой температуры обезвреживания отходящих газов (800 -1200°С) используется высококалорийное топливо, поэтому преимущественно этот способ применяется для обезвреживания газов сложного состава и в тех случаях, когда возврат уловленных примесей в производство экономически нерентабелен.
Наиболее экономичным приемом термического обезвреживания газов из выбросов является их использование вместо дутьевого воздуха при сжигании высококалорийного топлива (природного газа, мазута) в действующих тепловых агрегатах, таких как печи, сушилки, топки и т. д. Для обеспечения надежного и качественного горения минимальное содержание кислорода в газовых выбросах должно быть около 17 %.
Преимущества термического метода.
К преимуществам термического метода обезвреживания отходящих газов относятся отсутствие шламового хозяйства, небольшие габариты установок, простота обслуживания, высокая эффективность, возможность обезвреживания горючих выбросов сложного состава.
Метод дожига углеводородов получает все большее распространение. Накоплен опыт термического обезвреживания воздуха, содержащего примеси стирола, формальдегида, толуола, бутилацетата и других органических веществ.
Установки прямого сжигания представляют собой камеру, в которую по самостоятельным каналам подается топливо, очищаемый газ и воздух. Для полного окисления горючих компонентов необходимо тщательное перемешивание смеси. С целью снижения затрат отходящие газы чаще всего сжигаются совместно с твердыми отходами. В результате упрощается проблема утилизации промышленных отходов в целом, а также резко снижаются энергетические и эксплуатационные затраты. С помощью современных установок термодожига можно обеспечить полную безвредность и высокую производительность этого процесса.
Одним из таких устройств является установка типа «Вихрь» для бездымного сжигания нефтепродуктов, подлежащих вторичному использованию. В этой установке совмещены функции обезвреживания газов и сжигания отходов. Поступающий в установку шлам первоначально автоматически обезвоживается, а затем направляется в топочную камеру, где сжигается в ускоренном режиме при температуре порядка 1000 °С и подаче строго рассчитанного количества сжатого воздуха. Такие жесткие условия процесса способствуют тому, что побочные реакции окисления, ведущие к образованию тяжелых смолистых продуктов, оседающих плотными трудновыгораемыми наслоениями, отсутствуют. Процесс обеспечивает полное окисление продуктов, бездымность горения, отсутствие запахов и требуемую степень обезвреживания отходящих газов. По простоте конструкции, надежности в работе, высокому КПД и возможности подключения теплообменников для утилизации тепла установка «Вихрь» значительно превосходит другие агрегаты аналогичного назначения.
Необходимость высоких температур, что приводит к повышенным энергозатратам.
С целью снижения температуры обезвреживания органических примесей применяют установки сжигания, где в качестве инициатора окисления используются различные катализаторы. Тем самым достигается снижение температуры обезвреживания более чем в два раза и обеспечивается возможность нейтрализации газов с низким содержанием вредных примесей.
Наиболее надежным и самым экономичным способом охраны биосферы от вредных газовых выбросов является переход к безотходному производству, или к безотходным технологиям. Термин «безотходная технология» впервые предложен академиком Н.Н. Семеновым. Под ним подразумевается создание оптимальных технологических систем с замкнутыми материальными и энергетическими потоками. Такое производство не должно иметь сточных вод, вредных выбросов в атмосферу и твердых отходов и не должно потреблять воду из природных водоемов.
Конечно же, понятие «безотходное производство» имеет несколько условный характер; это идеальная модель производства, так как в реальных условиях нельзя полностью ликвидировать отходы и избавиться от влияния производства на окружающую среду. Точнее следует называть такие системы малоотходными, дающими минимальные выбросы, при которых ущерб природным экосистемам будет минимален.
Разработка и внедрение принципиально новых технологических процессов и систем, работающих по замкнутому циклу, позволяющих исключить образование основного количества отходов, является основным направлением технического прогресса.
Список использованной литературы .
- Луканин В.Н., Трофименко Ю.В. Промышленно-транспортная экология;Учебние для вузов/Под редакцией В.Н. Луканина. –М.;Высшая школа, 2001, — 273с.
- Калыгин В.Г. Промышленная экология; Учебное пособие для студентов высших учебных заведений, — М.;Издательский центр «Академия», 2004, — 432с.
- Белов С.В.
Источник
