Кратко охарактеризуйте наиболее важные методы газоочистки

Обновлено: 02.07.2024

Очистка газов – методы, установки и системы промышленной газоочистки

Мы более 30 лет – по собственным патентам и на собственных производственных линиях – создаем эффективные, безотказные, компактные и доступные пылегазоуловители, которые, на текущий момент, с достоинством служат на 200+ индустриальных участках по всему Евразийскому континенту.

Очистка газов – в техническом смысле – это обширная совокупность процедур, включающая аспирацию (отсос, вытяжку), фильтрацию, сепарацию или нейтрализацию, а также промышленную вентиляцию механических и / или химических примесей, находящихся, (в том или ином виде), в составе газовой или воздушной среды .

Фильтровентиляционные агрегаты (ФВА), газоочистные установки (ГОУ), системы и комплексы значительно варьируют фундаментальному принципу действия, габаритам и назначениям (улавливание пыли, обезвреживание технологических газов, аэрозолей, пылегазоулавливание), формируя широчайшую номенклатуру оборудования.

Обоснование необходимости газоочистки

Современная промышленность – несмотря на непрерывно развивающиеся технологии – ежегодно эмитирует в атмосферу миллионы тонн вредных выбросов комплексной природы: пылевых взвешенных частиц, туманов, аэрозолей и паров, сажи, пепла, золы, копоти / гари и газообразных соединений.

Следует отметить, что почти все промышленные газовые выбросы представляют серьезную угрозу для биосистем и Человека. Так, к примеру, диоксид серы SO2 и диоксид азота NO2, (а также другие окислы серы и азота SOx и NOx) способны при контакте с атмосферной влагой – прямо или опосредованно – создавать в воздушном бассейне сернистые и азотистые кислоты, которые затем выпадают в виде кислотных дождей, снегов, туманов и смогов.

Среди других выбросов экстремальной опасности, свойственных, в частности, цветной металлургии, отметим галогены и галогениды – фтор, хлор, бром, йод и их производные. К списку можно добавить аммиак, сероводород, тяжелые углеводороды, монооксид углерода CO, а также множество других токсичных, горючих, дурнопахнущих, едких и коррозионных газов.

Разумеется, не обходятся без нежелательных выбросов и химия, нефтехимия, фармацевтика. Отходящие поллютанты в этих отраслях отличаются особо высокой токсичностью и химической активностью: кислоты, щелочи, альдегиды, кетоны, спирты, эфиры.

Впрочем, наиболее опасными – как с точки зрения токсикологии, так и массовой доли в общем объеме выбросов – являются дымовые газы – неизменные спутники энергетического и теплоэнергетического сектора (котельные, ТЭС, ТЭЦ, ГРЭС), металлургии (печи, плавильные агрегаты), мусоросжигательного сектора (инсинераторы, крематоры).

Главная особенность дымовых выбросов – их химическая и механическая многокомпонентность (и зачастую непостоянство состава); системы и установки очистки дымовых газов являются одним из самых продвинутых типов оборудования.

Методы очистки выбросов газов

Способов и подходов к газоочистке на сегодняшний день разработано множество, но каждый из методов показывает наибольшую рациональность в строго определённых условиях.

Классифицируем газоочистные методы и рассмотрим их характерные особенности и технологическую целесообразность с точки зрения соответствующих производственных процессов.

Грубая и тонкая очистка газов

Несмотря на кажущуюся очевидность понятий, вкратце коснемся тонкой и грубой газоочистки .

Под грубой фильтрацией, как правило, понимается очистка газообразных сред или воздуха от пыли и твердого партикулята , хотя прямого указания в термине на это нет. К аппаратам грубой газоочистки относятся механические пылеуловители, способные на результативную сепарацию взвешенных частиц крупной и – реже – средней дисперсности: решетчатые и сетчатые фильтры, жалюзи, а также инерционные вихревые циклоны.

Быстрое знакомство с циклонами

Элементы и агрегаты грубой газоочистки нередко используются в качестве предфильтров, то есть, первичных ступеней фильтрации – для разгрузки и увеличения эффективности центрального фильтровентиляционного аппарата, например, фильтра ФРИП, мокрого абсорбера или скруббера.

Рукавный пылеуловитель для топочных / печных выбросов – особенности, принципы работы и характеристики

К устройствам тонкой очистки газа относятся системы, способные проводить финишную фильтрацию газовоздушных потоков путем сепарации или нейтрализации конгломератов ультрамалых размеров, вплоть до молекулярных.

К этой же группе установок относятся и таковые химического типа, например, абсорберы со стационарной насадкой и каталитические адсорберы, призванные осуществлять гигиеническую, санитарную очистку воздуха, в том числе, и от дурнопахнущих примесей – промышленную дезодорацию.

Мокрая и сухая газоочистка

По фундаментальному принципу действия газоочистные установки подразделяют на сухие и мокрые.

Как следует из названия, сухие аппараты не подразумевают использование в своей работе жидкости в каком бы то ни было виде, (за исключением мокрых электрофильтров, которые, относящиеся к сухому типу ГОУ, утилизируют воду только для промывки / регенерации осадительных электродов).

К сухим (безжидкостным) агрегатам относят гравитационные вихревые циклоны , рукавные тканевые фильтры , кассетные / картриджные / патронные фильтраторы, а также жалюзи, решетки и сетки.

Системы мокрой очистки газов, напротив, подразумевают обязательное использование жидкости – воды или активного абсорбента, (например, слабокислого, слабощелочного, бромистого, марганцевого или иного раствора). К установкам мокрой фильтрации воздуха и газов относятся скрубберы , (включая мокрые полые орошаемые циклоны ), абсорберы и некоторые другие ГОУ.

Скрубберы и абсорберы – знакомство с оборудованием мокрой газоочистки

Водяная или абсорбентная преграда, в которой протекают сорбционные процессы, в различных типах скрубберов и абсорберов дистрибутирована нижеследующими способами:

слой метастабильной самоподдерживающейся пены (пенные абсорберы / барботажные фильтры);
капельная завеса + падающая пленка (полые форсуночные / пленочные скрубберы);
турбулентный микротуман (скоростные инжекторные скрубберы Вентури);
поверхностная микропленка (абсорберы со стационарной насадкой);
псевдоожиженный / кипящий слой (скрубберы с подвижной насадкой).

Среди экзотических аппаратов можно также отметить т.н. полусухие абсорберы и скрубберы , где жидкость присутствует в рабочей камере, но, в силу специфических условий, не доходит до точки конденсации.

В промышленности применяется механическая, электрическая и физико-химическая очистка газов. Механическую и электрическую очистку используют для улавливания из газов твёрдых и жидких примесей, а газообразные примеси улавливают физико-химическими способами.

Механическую очистку газов производят осаждением частиц примесей под действием силы тяжести или центробежной силы, фильтрацией сквозь волокнистые и пористые материалы, промывкой газа водой или др. жидкостью. Наиболее простым, является способ осаждения крупной пыли под действием силы тяжести в так называемых пылевых камерах. Инерционный способ осаждения частиц пыли (или капель жидкости) основан на изменении направления движения газа со взвешенными в нём частицами. Так как плотность частиц примерно в 1—3 тыс. раз больше плотности газа, они, продолжая двигаться по инерции в прежнем направлении, отделяются от газа.

Инерционными уловителями пыли служат так называемые пылевые мешки, жалюзийные решётки, зигзагообразные отделители и другие. В некоторых аппаратах используется и сила удара частиц.

Для очистки газов широко применяют Циклоны, в которых отделение от газа твёрдых и жидких частиц происходит под действием центробежной силы (при вращении газового потока). Так как центробежная сила во много раз превосходит силу тяжести, в циклонах осаждается и сравнительно мелкая пыль, с размером частиц примерно 10—20 мкм.

Тканевые и бумажные фильтры, а также фильтры в виде слоя коксовой мелочи, гравия или каких-либо пористых материалов (например, пористой керамики) применяют для очистки газов посредством фильтрации. Наиболее распространёнными газоочистителями такого типа являются тканевые мешочные, или рукавные, фильтры. В зависимости от характера пыли и состава газа мешки изготовляют из шерстяной, хлопчато-бумажной или специальной (например, стеклянной) ткани.

Газ проходит сквозь ткань, а частицы пыли задерживаются в мешках (рукавах). Рукавные фильтры служат главным образом для улавливания весьма тонкой пыли; например, при очистке газов, отходящих от ленточных агломерационных машин или от шахтных печей, в рукавных фильтрах улавливается 98—99% всей пыли.

Очистку газов от пыли промывкой водой применяют в аппаратах различного типа. Наиболее широкое распространение получили Скрубберы, мокрые циклоны, скоростные пылеуловители и пенные пылеуловители. В скоростных (турбулентных) пылеуловителях вода, вводимая в поток запылённого газа, движущегося с высокой скоростью, дробится на мелкие капли. Высокая степень турбулизации газового потока при такой скорости способствует слиянию частиц пыли с каплями воды. Относительно крупные капли воды вместе с частицами пыли легко отделяются затем в простейших уловителях (например, в мокрых циклонах). Аппараты этого типа широко применяются для улавливания очень мелкой пыли (возгонов) и могут обеспечить высокую степень очистки газов.

В пенных пылеуловителях запылённый газ в виде мелких пузырьков проходит через слой жидкости с определённой скоростью, вследствие чего образуется пена с высокоразвитой поверхностью контакта между жидкостью и газом. В пенном слое происходит смачивание и улавливание частиц пыли. Благодаря высокой степени улавливания пыли с размерами частиц более 2—3 мкм и малому гидравлическому сопротивлению (порядка 80—100 мм вод. ст.) пенные пылеуловители получили большое распространение.

Электрическая очистка газов основана на воздействии сил неоднородного электрического поля высокого напряжения (до 80 000 в). Аппараты для очистки газов этим методом называются электрическими фильтрами. При пропускании через такие фильтры загрязнённого газа происходит его ионизация, заряженные частицы увлекаются к осадительному электроду и осаждаются на нём. Применение электрических фильтров чрезвычайно распространено, особенно для тонкой очистки дымовых газов тепловых электростанций, в цементной промышленности, чёрной и цветной металлургии.

Методы физико-химической очистки применяют для удаления газообразных примесей. К таким методам относятся промывка газов растворителями (абсорбция); промывка газов растворами реагентов, связывающих примеси химически (химическая абсорбция); поглощение примесей твёрдыми активными веществами (адсорбция); физическое разделение (например, конденсация компонентов), каталитическое превращение примесей в безвредные соединения. Абсорбция газообразных примесей растворителями производится путём промывки газов в орошаемых аппаратах типа скрубберов либо в барботёрах, в последних газ проходит сквозь жидкий растворитель, хорошо растворяющий газообразные примеси и очень плохо — остальные компоненты газовой смеси. Так производится, например, улавливание водой аммиака из коксового газа, улавливание различными маслами ароматических углеводородов из коксового газа, извлечение двуокиси углерода из различных газов и т.д. В том случае, если необходимо использовать уловленные продукты, их извлекают из насыщенного ими растворителя путём десорбции.

Очистка газов средствами химической абсорбции производится в аппаратах аналогичного типа. Извлекаемые газовые примеси химически связываются растворами реактивов. Затем растворы нередко регенерируют, т. е. в результате тех или иных операций выделяют связанные примеси, и свойства растворов восстанавливаются.

Адсорбция газообразных примесей производится с помощью различных пористых активных веществ: активного угля, силикагеля, бокситов и др. Вредные примеси адсорбируются на поверхности поглотителя, а после его насыщения отгоняются продувкой горячим воздухом, газом или перегретым паром.

Некоторые содержащиеся в газах вредные газообразные примеси могут быть каталитически превращены в др., легкоулавливаемые, вещества; иногда превращение и улавливание совмещаются в одном процессе. Так производится, например, очистка газов от органических соединений серы (сероуглерода, сероокиси углерода, тиофена, меркаптанов); соединения эти при 300—400 °С в присутствии водорода или водяного пара превращаются на катализаторах в сероводород, который затем извлекается из газа и может быть разложен с утилизацией серы.

Лит.: Гордон Г. М., Пейсахов И. Л., Пылеулавливание и очистка газов, 2 изд., М., 1968; Ужов В. Н., Очистка промышленных газов электрофильтрами, 2 изд., М., 1967; Коуль А. Л., Ризенфельд Ф. С., Очистка газа, пер. с англ., М., 1968; Очистка от серы коксовального и других горючих газов, 2 изд., М., 1960. А. П. Андрианов.

Выброс загрязняющих веществ часто является результатом технологических процессов, осуществляющихся на производственных и перерабатывающих предприятиях различных отраслей промышленности, таких как газо- и нефтехимия, металлургия и энергетика. Усилия по модернизации предприятий до последних лет были направлены, как правило, на совершенствование технологий и замену оборудования основного производственного цикла. Оборудование же для очистки выбросов, как газовых, так и в виде жидкостей, оставалось без внимания. Если образующиеся в процессе производства газы и жидкости и очищались, например, от аммиака и углекислого газа, то в пределах, обоснованных экономическими, а не санитарными нормами.

С развитием экологических принципов, методов оценки последствий загрязнения окружающей среды и признанием негативного влияния органических и химических загрязняющих веществ, содержащихся в выбросах промышленных предприятий, на законодательном уровне были утверждены санитарно-гигиенические нормы их производственной деятельности. Законом зафиксирована необходимость применения стандарта - очистка газовых выбросов в атмосферу. Более того, очистка газовых выбросов, в которых содержатся токсичные вещества - обязательное условие во всех отраслях народного хозяйства.

Основные виды газообразных загрязняющих веществ

Газообразные загрязняющие вещества можно разделить на две основные категории: первичные и вторичные. Основной вред наносят вещества, которые выбрасываются непосредственно в процессе производства или в результате работы технологического оборудования. Типичными примерами первичных газообразных загрязняющих веществ являются содержащиеся в газовых выбросах диоксид серы, оксид азота и диоксид азота, окись углерода и частично окисленные органические соединения образующиеся в результате сжигания углеводородов.

Ко вторичным газообразным загрязняющим веществам относятся:

газообразные и парофазные соединения, образующиеся в результате реакций между первичными загрязнителями в атмосфере или между основным загрязняющим веществом и природными соединениями в окружающей среде;
фотохимические окислители, которые образуется в процессе инициированных солнечным светом взаимодействий оксидов азота, органических соединений и углерода.

На каком основании нужно внедрять очистку газовых выбросов?

Очевидно, что охрана атмосферного воздуха - основной приоритет для всех развитых стран мира. Не является исключением и Россия с ее Федеральным законом от 4 мая 1999 г. N 96-ФЗ "Об охране атмосферного воздуха", определяющим систему мер, осуществляемых органами государственной власти Российской Федерации, ее субъектов, органами местного самоуправления, юридическими и физическими лицами в целях улучшения качества атмосферного воздуха и предотвращения его вредного воздействия на здоровье человека и окружающую среду.

Какие методы используют для очистки газовых выбросов?

Существуют различные методы и способы очистки газовых выбросов. При выборе методов очистки газовых выбросов, учитывая не только состав смеси загрязняющих веществ, но и их фазовое состояние, рассматривают физические, химические или биологические методы очистки и различные способы их реализации.

К числу основных способов очистки газовых выбросов в атмосферу относят следующие.

Механическая очистка газовых выбросов. Механическая фильтрация используется везде, где газы содержат твердые частицами. Спектр этих процессов очень широк, и практически нет отрасли промышленности, в которой не было бы необходимости его использовать. Основными источниками твердых частиц, являющихся загрязняющими веществами, служат в основном процессы сжигания топлива (уголь, биомасса, отходы), процессы измельчения, сортировка, дробление, обжиг, выплавка и обработка стали, а также многие другие.

Пыль, выделяемая вместе с газами, наносит вред здоровью и окружающей среде. На практике технология механической очистки часто сочетается с абсорбционными и химическими методами нейтрализации газообразных вредных соединений. Затем в рамках одной установки происходит обезвреживание как пыли, так и газов.

Для очищения применяется ряд физических принципов, которые позволяют отделять твердые частицы от потока запыленных газов. Существует ряд решений – от основанных на простой газовой механике до многоступенчатой очистки с помощью фильтрационных нетканых материалов. Эти варианты часто объединяются в одном устройстве (фильтры с предварительными камерами, циклофильтры).

Следует помнить, что запрещено использовать в качестве устройства для нейтрализации запыленных газов на конкретном участке вытяжные устройства, которые выбрасывают токсичные компоненты в атмосферу. В результате образуются токсические туманы, содержащие опасные или ядовитые вещества.

Абсорбционная очистка газовых выбросов. Абсорбция - это процесс, при котором газообразный компонент переносится из газовой фазы в жидкую. Удаление нежелательных примесей из технологического потока осуществляется путем растворения их в жидкости. Абсорбционное оборудование, используемое для удаления газообразных загрязнений, называется абсорбером или мокрым скруббером. При проектировании установок для поглощения газовых выбросов основное внимание уделяют производительности комплекса.

Установка должна обеспечивать:

соответствующую объемам выбросов площадь межфазного контакта;
хорошее смешивание газовой и жидкой фаз;
достаточное время контакта между фазами;
высокую степень растворимости загрязняющего вещества в абсорбенте.

Производители оборудования для очистки отработанных газов при проектировании установок должны учитывать химический состав обрабатываемого потока и условия работы комплекса. Растворимость загрязняющего вещества влияет на объем выбросов, который может быть адсорбирован. Это функция зависит от рабочей температуры, и, в меньшей степени, давления системы. При увеличении t˚ системы, количество газа, которое может быть поглощено жидкостью, уменьшается, с увеличением давления - увеличивается. Данные по растворимости анализируются при помощи диаграммы равновесия и принимается соответствующее конкретным условиям технологическое решение.

Химическая очистка газовых выбросов. Химическая реакция, в которую вступают компоненты смеси, нейтрализует вредные вещества. В установке, работающей по этому принципу, реагенты выступают основным звеном по сравнению с процессами конденсации, адсорбции, абсорбции, термическому воздействию. К числу достаточно широко использующихся способов химического метода очистки газовых выбросов относится каталитическая очистка газовых выбросов, которая основана на реакциях в присутствии твердых катализаторов. В результате взаимодействия вредные примеси, содержащиеся в газе, нейтрализуются, переходя в безвредные соединения, которые могут быть направлены в окружающую среду либо утилизированы.

Очистка газообразных промышленных выбросов: эффективное решение.

Индивидуальное решение с учетом особенностей производства;
Эффективные решения, позволяющее соблюсти все действующие экологические нормы.
Конкурентная стоимость на установки, спроектированные и созданные непосредственным производителем.

Предложение профессионалов.

Специалисты компании помогут подобрать оптимально соответствующий существующим условиям работы тип технологии. В расчетах учитываются разновидность подлежащих нейтрализации вредных веществ, количество пыли, температура рабочей среды, требуемый уровень концентрации загрязняющих веществ в поступающем в атмосферный воздух газовом потоке. Независимо от отрасли производства, вы можете быть уверены, что очистка газовых выбросов будет осуществляться с учетом норм экологического законодательства.

Другие статьи

Причины изменения климата

Современное человечество все больше волнует вопрос глобального изменения климата на Земле. Изменение климата по-прежнему является актуальной темой для обсуждения в научной среде и повседневной жизни, важным фактором в экономике и политике, о чем свидетель

Механические методы газоочистки осуществляются в фильтрах, циклонах, инерционных пылеуловителях. Они состоят в удалении твердых примесей на основе механических сил, вызывающих расслоение системы "газ - твердое вещество" или на неспособности загрязняющих веществ проходить через поры в фильтрах.

Очистка от твердых частиц с помощью фильтров. Для очистки газовых выбросов от твердых частиц широко применяются фильтры из пористых материалов (волокнистых, тканевых, зернистых). Фильтры используются для очистки газов, содержащих частицы сажи, пыли, золы размером 5-25 мкм. Степень удаления твердых частиц очистки - выше 50 %.

Схема тканевого (матерчатого) фильтра:
1 - загрязненный поток;
2 - рукав из ворсистой ткани;
3 - очищенный поток

Инерционный пылеуловитель имеет следующий принцип действия: движущийся запыленный газ наталкивается на непроницаемую перегородку. Крупные частицы, двигаясь по инерции, останавливаются перегородкой, оседают на ней и постепенно ссыпаются на дно пылеуловителя. Поток очищенного воздуха, содержащий мелкие частицы, огибает перегородку и выходит из пылеуловителя. Инерционные пылеуловители предназначены для улавливания твердых частиц с размером 50-500 мкм. Степень очистки -ниже 50 %. Пример осадительного лабиринта приведен на рисунке.

В циклонах удаление примесей основано на действии центробежной силы. Принцип действия следующий. Газопылевая смесь подводится к корпусу циклона горизонтально. При этом частицы пыли, вращаясь около внутренной поверхности корпуса, осаждаются и удаляются снизу, а очищенный газ через расположенную в центре трубу уходит в атмосферу.

Эффективность действия одного циклона невелика, поэтому применяют группу циклонов. Они очищают смесь последовательно, которая проходит из одного циклона в другой. При механической очистке удалить газообразные загрязнители нельзя, поэтому необходимы физико-химические методы

Читайте также: