Физико-химические методы очистки загрязненного воздуха.

Системы и аппараты пылеулавливания (механические методы очистки запыленного воздуха).

Классификация систем очистки воздуха.

Методы защиты атмосферы от химических примесей.

Тема 3. Методы и средства защиты атмосферы от загрязняющих ее веществ.

 

Все известные методы и средства защиты атмосферы от химических примесей можно объединить в три группы:

1.мероприятия, направленные на снижение мощности выбросов, т.е. уменьшение количества выбрасываемого вещества в единицу времени. Для снижения мощности выбросов химических примесей в атмосферу наиболее широко используют:

-замену менее экологичных видов топлива экологичными (применяют топливо с более низким баллом загрязнения атмосферы);

-сжигание топлива по специальной технологии (либо в кипящем (псевдоожиженном) слое, либо предварительной их газификацией);

-создание замкнутых производственных циклов (вторично используются и потребляются выбрасываемые в атмосферу отходы).

2. мероприятия по нормированию выбросов как на отдельных предприятиях и устройствах, так и в регионе в целом.

3. мероприятия, направленные на защиту атмосферы путем обработки и нейтрализации вредных выбросов специальными системами очистки.

По агрегатному состоянию загрязнители воздуха подразделяются на пыли, туманы и газопарообразные примеси.

Механические системы очистки воздуха от пыли (см. рис.2) делятся на четыре основные группы: сухие и мокрые пылеуловители, а также электрофильтры и фильтры. При повышенном содержании пыли в воздухе используют пылеуловители и электрофильтры. Фильтры применяют для тонкой очистки воздуха с концентрацией примесей менее 100 мг/м³. Выбор пылеулавливающего устройства также определяется дисперсным составом улавливаемой частицы промышленной пыли.

Для механической очистки воздуха от туманов (например, кислот, щелочей, масел и др. жидкостей) используют системы фильтров, называемых туманоуловителями.

Средства защиты воздуха от газопарообразных примесей зависят от выбранного метода очистки. По характеру протекания физико-химических процессов выделяют методы абсорбции (промывка выбросов растворителями примеси), хемосорбции (промывка выбросов растворами реагентов, связывающих примеси химически), адсорбции (поглощение газообразных примесей за счет катализаторов), термической нейтрализации (сжигание) и каталитический метод.

Процесс очистки от вредных примесей характеризуется тремя основными параметрами: общей эффективностью очистки, гидравлическим сопротивлением, производительностью.

1.Общая эффективность очистки показывает степень снижения вредных примесей в применяемом средстве и характеризуется коэффициентом

где Свх и Свых - концентрации вредных примесей до и после средства очистки.

2.Гидравлическое сопротивление определяется как разность давления на входе Рт и выходе Рвых из системы очистки.

3.Производительность систем очистки показывает, какое количество воздуха проходит через нее в единицу времени (м³/ч).

 

Сухие пылеуловители. К сухим пылеуловителям относятся такие, в которых очистка движущегося воздуха от пыли происходит механически под действием сил гравитации и инерции. Эти системы называются инерционными, так как в них при резком изменении направления движения воздуха частицы пыли, по инерции сохраняя направление своего движения, ударяются о поверхность, теряют свою энергию и под действием сил гравитации осаждаются в специальном бункере.

Для сухой очистки воздуха чаще употребляют центробежные обеспыливающие системы (циклоны). Воздух, попадая во внутренний корпус циклона, совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса по направлению к бункеру (вниз). Под действием сил инерции частицы пыли осаждаются на стенках корпуса, а затем попадают в бункер. Очищенный воздух выходит из бункера через выходную трубу.

Особенностью таких систем очистки является обязательная герметичность бункера, в противном случае из-за подсоса воздуха осаждаемые частицы пыли падают в выходную трубу. Эффективность циклонов зависит от концентрации пыли и размеров ее частиц и резко снижается при уменьшении этих показателей. Общая степень улавливания циклона составляет 95 %. Преимущество циклонов - простота конструкции, небольшие размеры, отсутствие движущихся частей; недостатки - затраты энергии на вращение и большой абразивный износ частей аппарата пылью.

Мокрые пылеуловители - скрубберы. Особенностью этих систем очистки является высокая эффективность очистки воздуха от мелкодисперсной пыли (менее 1,0 мкм). Эти системы обеспечивают возможность очистки от пыли горячих и взрывоопасных газов. Они работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхность капель (или пленки) жидкости под действием сил инерции и броуновского движения.

В качестве орошающего агента в скруббер может подаваться химический агент (например, известковое молоко), тогда в аппарате будет происходить химическая очистка газов.

Электрофильтры. Их работа основана на одном из наиболее эффективных видов очистки газов от пыли - электрическом. Основной принцип работы - ударная ионизация газа в неоднородном электрическом поле, которое создается в зазоре между коронирующим и осадительным электродами. Загрязненные газы, попав между электродами, способны проводить электрический ток вследствие имеющейся частичной ионизации. Отрицательно заряженные частицы движутся к осадительному электроду, положительно заряженные оседают на коронирующем электроде. Так как большинство частиц пыли получают отрицательный заряд, основная масса пыли осаждается на положительном осадительном электроде, с которого затем легко удаляется. Эффективность очистки газов электрофильтрами достигает 97%. Преимущества: способность очищать газы от мелких частиц (от 0,2 мкм). Недостатки: значительный расход энергии, необходимость чистить электроды с помощью встряхивающих устройств, высокие требования к технике безопасности.

Фильтры широко используются для тонкой очистки промышленных выбросов. Работа их основана на фильтровании воздуха через пористую перегородку, в процессе которой твердые частицы примесей задерживаются на ней. В промышленности наиболее употребительны тканевые рукавные фильтры. В корпусе фильтра устанавливается необходимое число рукавов, на которые подается загрязненный воздух, при этом очищенный воздух выходит через патрубок. Частицы загрязнений оседают на фильтре. Насыщенные загрязненными частицами рукава продувают и встряхивают для удаления осажденных частиц пыли. Эффективность таких фильтров достигает 0,99 для частиц размером боле 0,5 мкм.

Туманоуловители. Для очистки воздуха от туманов, кислот, щелочей, масел и других жидкостей используются волокнистые фильтры, принцип действия которых основан на осаждении капель на поверхности пор с последующим их стеканием под действием гравитационных сил.

Метод абсорбции заключается в разделении газовоздушной смеси на составные части путем поглощения одного или нескольких газовых компонентов поглотителем (абсорбентом) с образованием раствора. Состав абсорбента выбирается из условия растворения в нем поглощаемого газа. Например, для удаления из технологических выбросов таких газов, как аммиак, хлористый водород и др., целесообразно применять в качестве поглотительной жидкости воду. Для улавливания водяных паров используют серную кислоту, а ароматических углеводородов - вязкие масла.

Абсорберы чаще всего представляют собой скрубберы, в которые подается не вода, а жидкий реагент. В абсорберах в отличие от обычных скрубберов имеется насадка для увеличения площади поверхности контакта жидкости и газов. В них происходит механическая и главным образом химическая очистка газов от таких вредных выбросов, как оксиды азота, серы, угля, а также от сероуглерода и меркаптанов. Скорость абсорбции зависит главным образом от температуры и давления: чем выше давление и ниже температура, тем выше скорость абсорбции.

Метод хемосорбции основан на поглощении газов и паров твердыми или жидкими поглотителями с образованием химических соединений. Реакции хемосорбции экзотермические (поглощение тепла). Установки для хемосорбции внешне напоминают абсорберы. Оба эти метода называются мокрыми и в зависимости от очищаемого компонента и применяемого растворителя или поглотителя их эффективность может достигать 0,75-0,92.

Метод адсорбции основан на физических свойствах некоторых пористых материалов, извлекать из газовоздушной смеси отдельные ее компоненты. Широко известный пример адсорбента с ультрамикроскопической структурой - активированный уголь. Метод адсорбции позволяет проводить очистку вредных выбросов при повышенных температурах. Конструктивно адсорберы выполняются в виде вертикальных или горизонтальных емкостей, заполненных адсорбентом, через который проходит поток очищаемых газов.

При каталитическом методе токсичные компоненты газовоздушной смеси, взаимодействуя со специальным веществом - катализатором, превращаются в безвредные вещества. В качестве катализаторов используются металлы или их соединения (платина, оксиды меди и марганца и пр.). Катализатор, выполняемый в виде шаров, колец или спиральной проволоки, играет роль ускорителя химического процесса. Добавка благородных металлов в виде пленки на поверхности катализатора составляет сотые доли процента к его массе.

Термический метод требует поддержания высоких температур очищаемого газа и наличия достаточного количества кислорода. В термических катализаторах сжигаются такие газы, как, например, углеводороды, оксид углерода, выбросы лакокрасочного производства. Эффективность этих систем очистки достигает 0,9-0,99, температура в зоне горения 500-750°С.

Характерным примером очистки газов этим способом является применение факела на нефтеперерабатывающих заводах. Со всех производств нефтеперерабатывающего завода отработавшие газы с различным содержанием горючих веществ собираются в одну магистраль, подаются в трубу и на высоте около 100 м сжигаются. Выброс этих газов (отходов производства) без сжигания недопустим, так как они не только ядовиты, но и взрывоопасны. Преимуществом метода сжигания вредных примесей является полная очистка газов в широком диапазоне типов загрязнителей с выделением оксида углерода и пара, а недостатком - дополнительный расход топлива.