АдсорбцияАдсорбция — это поглощение газов твёрдыми пористыми материалами (адсорбентами). Наиболее часто используют активированный уголь, силикагель, цеолиты.
Применение- удаление паров органических растворителей (бензол, толуол, ксилол);
- улавливание летучих органических соединений с последующей регенерацией;
- связывание паров ртути и её соединений.
Аппараты:- Адсорбционные колонны с неподвижным слоем адсорбента — состоят из полого корпуса с горизонтальной решеткой внутри. На данной решетке размещают слой адсорбента. Данная конструкция
- Адсорбционные колонны с подвижным слоем адсорбента. В аппаратах такого типа адсорбент непрерывно перемещается по колонне сверху вниз под действием силы тяжести, очищаемый газ при этом движется снизу вверх. У таких установок выше степень очистки, но постоянное перемещение адсорбента приводит к его ускоренному разрушению.
- Адсорбционные колонны с кипящим слоем адсорбента. В кипящем слое адсорбция протекает более интенсивно, чем в неподвижном слое за счет высоких скоростей очищаемого газа, но зерна адсорбента при этом истираются сильнее.
Регенерация адсорбента проводится нагревом, продувкой инертным газом или паром.
Каталитическое окислениеМетод основан на ускорении реакции окисления загрязнителей катализатором при температурах 200−400 °C.
Катализаторы: оксиды Mn, Cu, V, а также благородные металлы (Pt, Pd, Rh) на керамических или металлических носителях.
Примеры реакций:- 2CO + O₂ → 2CO₂
- C₆H₆ + 7,5O₂ → 6CO₂ + 3H₂O
Метод эффективен для ЛОС, окиси углерода и органических паров.
Аппараты- Реакторы с неподвижным слоем катализатора — полая колонна с распределительной горизонтальной решеткой для размещения на ней катализатора.
- Контактные аппараты с катализатором в виде сеток из активного металла или сплава.
- Мембраны-контакторы — аппараты, в которых рабочим элементом являются пористые мембраны с нанесенным слоем катализатора.
Все виды аппаратов должны быть выполнены из специальных жаропрочных сталей и огнеупорных керамик.
Термическое окислениеТермическое обезвреживание газов проводится при температурах 700−1000 °C. Суть метода в нагреве газообразных выбросов до температуры выше значений температуры самовоспламенения компонентов очищаемого газа. Данный метод запрещено использовать для очистки выбросов, содержащих галогены, серу, фосфор во избежание образования опасных газов.
Используются:
- Регенеративные термические окислители (RTO). Данные аппараты для очистки промышленных газовых выбросов работают при высоких температурах, способны восстанавливать и повторно использовать тепло, образующееся в процессе окисления (за счет регенеративной системы теплообмена из слоев керамических теплообменников.
- Рекуперативные каталитические установки с теплообменом — это аппараты, в которых выделяющееся тепло от катализатора передается потоку холодного воздуха через стенку, т. е. без смешения потоков. Установки отличаются повышенной энергоэффективностью.
Метод применяют для выбросов с высокой концентрацией горючих веществ, когда выделяемое тепло можно частично вернуть в производство.
Пример комплексной системы газоочисткиМногоступенчатые (комплексные) системы очистки применяют на предприятиях, где технологические процессы характеризуются сложным составом выбросов и высокими концентрациями компонентов. В качестве примера можно рассмотреть завод по производству минеральных кислот, последовательно применяют следующие ступени:
- Скруббер Вентури — улавливание пыли и SO₂.
- Насадочный абсорбер с NaOH — удаление остатков SO₂.
- Каталитический реактор — окисление органических примесей.
- Адсорбер с активированным углём — доочистка перед выбросом.
Подобная многоступенчатая система очистки позволяет минимизировать выбросы и эффективно улавливать загрязняющие вещества.
Требования к системам очисткиДля промышленных предприятий важно, чтобы оборудование обеспечивало:
- эффективность не ниже 95−99%;
- устойчивую работу при колебаниях состава газа;
- минимальные эксплуатационные затраты;
- возможность автоматического контроля параметров.
Значение и перспективы
Основные методы очистки воздуха от примесей всё чаще проектируются с учётом замкнутых циклов — возврат улавливаемых веществ обратно в производство.
Перспективы:
- мембранные технологии, с применением нанофильтров — фильтрующих материалов, структура которых создана на уровне наночастиц размером 100 нанометров. Нанофильтры характеризуются высокой эффективностью, низким аэродинамическим сопротивлением, долговечностью и возможностью очищения.
- усовершенствованные катализаторы — в которых улучшены показатели активности, устойчивости к воздействию температур и загрязняющим веществам. Например, катализатор SCR для снижения выбросов NOx, с ультратонкой пористой структурой, увеличивающей площадь поверхности и, соответственно, улучшает контакт реагентов с катализатором и повышает эффективность реакции.
- цифровые системы управления газоочисткой — комплекс средств, обеспечивающих сбор, обработку и анализ данных о газоочистном оборудовании в режиме реального времени. Система включает в себя датчики, программное обеспечение и облачный сервис.