4. Адсорбционная очистка газов

Адсорбция позволяет почти полностью извлечь из газовой смеси загрязняющие компоненты, она дает возможность осуществлять глубокую очистку газов. Этим объясняется все большее применение в защите окружающей среды адсорбционных методов разделения и очистки там, где другие методы оказываются недостаточно эффективными.

Процесс адсорбции происходит на поверхности твердого пористого тела – адсорбента, где ненасыщенные поверхностные силы вступают во взаимодействие с силовыми полями адсорбируемых молекул.

Адсорбенты, используемые в сис­темах очистки отходящих газов, должны удовлетворять следую­щим требованиям: иметь большую адсорбционную способность при поглощении компонентов при небольших концентрациях их в газовых смесях, обладать высокой селективностью, иметь вы­сокую механическую прочность, обладать способностью к реге­нерации и иметь низкую стоимость.

На практике нашли применение следующие адсорбенты: ак­тивные угли, силикагели, алюмогели и цеолиты. Характеристи­ка и области применения некоторых активных углей представ­лены в табл. 4.1.

Таблица 4.1.

Характеристика и области применения активных углей

Марка адсорбента	Размер гранул, мм	Насыпная плотность, кг/м^3	Время защитного действия, мин	Предельный адсорбционный объем микропор, см^3/г	Область применения
БАУ	1-5	350	-	0,26	Адсорбция газов и паров
СКТ	1-3,5	380-500	70	0,45-0,59	То же
АГ-3	1,5-2,7	450	38	0,3	То же
АГ-5	1-1,5	450	45	0,3	То же
САУ	1-5	450	-	0,36	То же
КАУ	1-5	400	-	0,33	То же
АР-3	1-5,5	550	-	0,33	Для рекуперации
АРТ	1-6	550-600	-	0,33	То же
СКТ-3	1-3,5	420-450	-	0,46	То же

Силикагели используют для осушки газов и поглоще­ния паров полярных органиче­ских веществ (например, ме­тилового спирта). Промышлен­ность выпускает кусковые и гранулированные силикагели с зернами размером 0,2…7 мм, насыпной плотностью 400… 900 кг/м³. Характеристика силикагелей дана в табл. 5.6.

По сравнению с углями силикагели. негорючи и имеют низкую температуру регенера­ции (100...200°С), низкую стоимость и относительно высокую механическую прочность к истиранию.

Алюмогели (активный оксид алюминия) используются для осушки газов и поглощения полярных органических веществ из газовых смесей. Промышленность выпускает гранулированные алюмогели цилиндрической формы (диаметр гранул 2,5…5,0 мм и высота 3…7 мм, насыпная плотность 500…700 кг/м³, средний радиус пор 6^.10^-9…10^-8), а также шарообразной формы (диа­метр частиц 3…4 мм, насыпная плотность 600…900 кг/м³, сред­ний радиус пор 3^.10^-9…4^.10^-9 м).

Цеолиты — алюмосиликаты, содержащие оксиды щелочных и щелочноземельных металлов. Они подразделяются на природ­ные и синтетические. Из природных цеолитов практически ис­пользуются клиноптилолит, морденит, шабазит, эрионит. Клиноптилолит имеет размер пор до (3,5…4)^.10^-10, а объем микропор 0,15 см³/г.

Используются синтетические цеолиты следующих марок:

Цеолит КА NaA CaA CaX NaX

Размер входных «окон», м . . 3^.10^-10 4^.10^-10 5^.10^-10 8^.10^-10 10^-9

Примечание. Первый индекс марки соответствует форме катионов, а второй обозначает тип кристаллической решетки.

Синтетические цеолиты выпускаются в виде гранул шаро­образной формы (диаметр 2…5 мм) и цилиндрической формы (d = 2…4 мм и длина 2…4 мм).

Цеолит КА используется только для осушки газов; цеолит NaA адсорбирует газы, критический размер молекул которых не превышает 4^.10^-10 м (сероводород, сероуглерод, аммиак, этан, пропилен, метан, оксид углерода и др.), цеолит CaA по­глощает углеводороды и спирты только нормального строения. Цеолиты CaX и NaX имеют большие входные «окна» и сорбируют все молекулы, адсорбируемые цеолитами NaA и СаА, а также нафтеновые и ароматические углеводороды, органиче­ские сернистые, азотистые и кислородные соединения, галогензамещенные углеводороды с открытой цепью и др.

Для очистки газовых выбросов от вредных примесей в по­следнее время исследуются активированные углеродные волок­на. Достоинства их по сравнению с активными углями следую­щие: они обладают фильтрующими и адсорбционными свойст­вами, высокой скоростью процессов адсорбции — десорбции, а также высокой химической, термической и радиационной стой­костью.