6.2.2. Електричні методи очищення газуватих викидів

Електрофільтрація. Запилені гази проходять між електродами, на одному з яких, позитивно зарядженому, відбувається осадження. До електродів прикладена постійна напруга 50-110 кВ, під дією якої гази у повітрі іонізуються. Іони стикаються з аерозольними частинками пилу і заряджають їх, а ті осаджуються на протилежно зарядженому електроді (рис.6.6). Для регенерації фільтру осаджене на електродах забруднення видаляють вібрацією чи ударом. Фільтри бувають трубчасті (одним з електродів є труба, а другий, на якому відбувається осадження – протягнута посередині дротина) та пластинчасті. Ефективність очищення досягає 99%.

Апарати електричного очищення є однозонні (заряджання часточок і їх осадження відбувається в одній зоні) і двозонні (зарядження газів проходить в іонізаторі, а осадження в іншій зоні). Останні мають більшу віддаль між електродами, вони придатні для очищення газів з меншим вмістом пилу. Електрофільтри вловлюють тверді та рідкі частинки будь-яких розмірів (0,01-100 мкм) при температурах до 400-500С, причому при невеликих енергозатратах, а також в корозійно-активному середовищі. Ефективність очищення досягає 99,9%. Так можна очищати великі об’єми газів. Недоліком електродів є їхня громіздкість, небезпека при роботі з вибухо- та пожежонебезпечними речовинами.

Рис.6.6 Електрофільтр: 1 – осаджувальний електрод; 2 – коронуючий електрод; 3 – рама; 4 – ізолятор; 5 – пристрій для струшування.

Різновидом є електрофільтри з декількома електричними полями, параметри кожного з цих полів можна регулювати.

Застосовують також зволожені електрофільтри.

Електромагнітні пиловловлювачі. Ці апарати призначені для відділення з газових потоків намагнічених часточок.

6.2.3. Фізико-хімічні методи очищення газів

Очищення газових викидів здійснюється внаслідок адсорбції речовин, абсорбції, хемосорбції. Більшість реакцій, які протікають під час хемосорбції, є екзотермічними та оборотними, тому краще проходять при невисоких температурах.

Адсорбційні методи очищення полягають у поглинанні речовин з газового потоку твердим сорбентом. Як сорбенти застосовують активоване вугілля, силікагель, алюмосилікагель, природні та синтетичні цеоліти у формі гранул розміром 2-8 мм. Адсорбентами можуть бути також зернисті фільтри. Сорбенти бувають макропористі з радіусом пор 100-200 нм, середньопористі і мікропористі (1,5-2,0 нм). Найбільш ефективним є мікропористе активоване вугілля, яке може бути гранульоване (циліндри діаметром 2-5 мм) та порошок. Для регенерації сорбенту речовин з нього десорбують. Для активованого вугілля найкращою є термічна десорбція при 800-900С в умовах недостатку кисню у водяній парі або атмосфері СО₂ протягом до 30 хв. З полімерного сорбенту десорбцію найкраще проводити пропусканням гарячої водяної пари.

Адсорбери за конструкцією бувають вертикальні, горизонтальні, з кільцевими полицями, на яких розміщено сорбент. Адсорбер є складною установкою, в якій спочатку відбувається процес адсорбції, а після завершення вона перемикається на процес десорбції. За способом контакту газу з сорбентом адсорбери бувають зі стаціонарним шаром сорбенту, з рухомим та киплячим шаром з постійним перемішуванням. Останній спосіб застосовують при неперервному очищенні газу в автоматичному режимі. Швидкість очищення газу є в межах 0,5 м/с, температура – до 60С.

Сорбційним методом усувають з повітря пари органічних речовин (бензолу, ацетону, кетонів, карбон сульфіду та ін.). Активованим вугіллям з газів добре поглинаються J₂, H₂S; силікагелем – оксиди нітрогену.

Хімічна взаємодія з сорбентом підвищує ефективність погли-нання. Для цього сорбент насичують розчином відповідного реагенту, і при контакті з речовиною перебігає процес хемосорбції. Так пари Hg зв’язують на активованому вугіллі, обробленому кислотами або сіркою, йодом. На сорбенті утворюється сульфід, йодид, інші сполуки меркурію. Наприклад, з димових газів SO₂ вловлюють на твердому оксиді кальцію або магнію:

CaCO₃+SO₂=CaSO₃+CO₂,

CaO+SO₂=CaSO₃, MgO+SO₂=MgSO₃.

Утворені важкорозчинні сульфіти відділяють, висушують та піддають термічному розкладу, а знову утворений SO₂ використовують для одержання сульфатної кислоти. Крім того, частково відбувається окиснення:

2CaSO₃+O₂=2CaSO₄.

Абсорбційні та хемосорбційні методи очищення застосовується для очищення газових викидів від H₂S, NH₃, НCl, Cl₂, SO₂. Газ пропускають через рідину, з якою взаємодіють ці речовини або розчиняються. Найчастіше застосовуваними рідинами є розчини етаноламіну, диетаноламіну, аміаку, натрій карбонату, калій фосфату. Абсорбент вибирають так, щоб у ньому добре розчинялася речовина, була відповідна температура і парціальний тиск газу. Процес абсорбції є селективним і оборотним. Хемосорбцію можна провести, пропускаючи газ через твердий іоніт.

Апарати, у яких очищають гази методом поглинання відповідним реагентом, називають абсорберами. У них забруднений газ рухається у протилежному напрямку до руху абсорбційної рідини. В абсорбері відбувається поглинання речовини з газового потоку відповідним розчином без нагрівання, після чого одержаний розчин потрапляє у теплообмінник, нагрівається і поступає у десорбер, в якому поглинута речовина випаровується. Очищений поглинаючий розчин охолоджується і знову повертається в сорбційну камеру.

Абсорбери є різних конструкцій: плівкові, з насадками, трубчасті. У баштовому абсорбері з насадкою газовий потік рухається знизу вверх, а розчин абсорбента подається зверху. Ефективність абсорбційного очищення газів висока. Недоліком цього методу є утворення великої кількості шламів, які часто містять важкорозчинні речовини. Абсорбцією очищають повітря і відхідні гази переважно від неорганічних домішок – аерозолів кислот, оксидів карбону, нітрогену, сульфуру, ціанідів.

У ролі поглинаючих речовин часто використовують суспензії вапняку, гідрооксидів кальцію, магнію, воду.

Приклади: Для очищення газових викидів від SO₂ їх пропускають через розчин (NH₄)₂SO₃ при 30-35С, а як побічний продукт утворюється (NH₄)₂SO₄:

SO₂+(NH₄)₂SO₃+Н₂О=2NH₄НSO₃, 2(NH₄)₂SO₃+О₂=2(NH₄)₂SO₄.

Замість амоній сульфіту можна використати розчин натрій сульфіту. Утворені сульфіти при нагріванні розкладаються і процес повторюється. Побічні продукти Na₂SO₄ та (NH₄)₂SO₄ доводиться періодично видаляти. Перевага застосування Na₂SO₃ в тому, що можна проводити очищення гарячого газу, у якому (NH₄)₂SO₃ розкладається.

Для очищення газів від NH₃ їх пропускають через воду. Одержаний концентрований розчин аміаку можна використовувати як готовий продукт, а можна видаляти з нього аміак нагріванням. Якщо додатково очищення проводять сульфатною або фосфатною кислотою, то одержується амонійне та амонійно-фосфатне добриво ((NH₄)₂SO₄, (NH₄)₃PO₄).

Cl₂ i HCl містяться у викидах переробки руд, виробництва хлоридної кислоти електролізом. Для очищення пропускають газ через воду, розчини лугів і солей лужних металів: NaOH, Ca(OH)₂, Na₂CO₃, СаСО₃. Утворюються солі NaCl, NaClO, Ca(ClO)₂, CaCl₂. Одержаний розчин NaCl можна використовувати як сировину для електролітичного одержання лугу.

СО утворюється при багатьох технологічних процесах. Його зв’язують пропусканням через водний-аміачний розчин солі купруму (I) під тиском 32 МПа і низькій температурі (ОС):

[Cu(NH₃)₂]⁺+CO+NH₃=[Cu(NH₃)₃CO]⁺.

Регенерацію проводять при атмосферному тиску і нагріванні до 80С.

СО₂ поглинають водою; метанолом; розчином етаноламіну:

2NH₂(CH₂)₂OH+CO₂+H₂O  O=C(ONH₃(CH₂)₂OH)₂;

розчином амоній карбонату:

(NH₄)₂CO₃+H₂O+CO₂ = 2NH₄HCO₃.

HF та SiF₄ вловлюють водою, розчином соди, аміаку; калій фториду:

3SiF₄+2H₂O=2H₂SiF₄+SiO₂,

HF+KF=KHF₂, SiF₄+2KHF₂=K₂SiF₆+2HF.

Пари, що містять Br₂ та сполуки брому, пропускають через розчини ферум броміду, через розчини бромідів лужних металів, соди, воду. Інші способи очищення – пропускання пари над залізною стружкою:

2Fe+3Br₂=2FeBr₃.

Пароподібний Hg видаляють, пропускаючи газувату суміш через розчин окисника – хлорного вапна, хлору:

Ca(OCl₂)₂+2H₂O=2Cl₂+O₂+2Ca(OH)₂,

Hg+Cl₂=HgCl₂, 2Hg+O₂=2HgO.

Оксиди нітрогену NO, NO₂ вловлюють пропусканням газу через суміш торфу з гідроксидом кальцію або амонію:

2NO+O₂=2NO₂,

2Ca(OH)₂+4NO₂ +O₂=2Ca(NO₃)₂ +2H₂O,

4NH₃+4NO₂+O₂+2H₂O=4NH₄NO₃.

Одержані продукти можна використати як добриво.

Термічні методи очищення газів полягають у розкладі хімічних речовин при високій температурі. Метод застосовують у випадку, коли газові викиди містять токсичні речовини, продукти неповного згоряння речовин. Процес вимагає належного доступу повітря та високих температур. Найпростіший пристрій – полуменеві печі, застосовують і пальники. Спалювання проводять при температурах 700-1200С і доброму доступі повітря. Використовують цей метод для очищення викидів від відходів лако-фарбового виробництва, залишків вуглеводнів. Для цього газ пропускають через циклон, який містить пальник і камеру для розбавляння очищених газів. Недоліком є значне теплове забруднення довкілля.

Каталітичний метод. Газову суміш пропускають при температурі 500-650С над каталізатором (Pt, CuO, MnO₂), під дією якого речовини перетворюються (окиснюються, відновлюються, розкладаються), а потім модифікований газ спалюють. Процес відбувається в термокаталітичних реакторах, ефективність очищення досягає 90-99%. Так каталічно (Pt, Ir, Rh) відновлюють оксиди NO і NO₂ дією H₂, NH₃, CH₄. Цей метод очищення застосовується не тільки в промисловості, а й для знешкодження відхідних газів автомобільного транспорту, під час якого СО окиснюється в СО₂.