Газообразные выбросы - конспект - Химия, Конспект из Химия
zaycev_ia
zaycev_ia20 June 2013

Газообразные выбросы - конспект - Химия, Конспект из Химия

PDF (838 KB)
17 страница
230количество посещений
Описание
I.M. Sechenov Moscow Medical Academy. Реферат по химии. Газообразные выбросы очень неблагоприятно влияют на экологическую обстановку в местах расположения этих промышленных предприятий, а также ухудшают санитарно-гигиен...
20очки
пункты необходимо загрузить
этот документ
скачать документ
предварительный показ3 страница / 17
это только предварительный показ
3 shown on 17 pages
скачать документ
это только предварительный показ
3 shown on 17 pages
скачать документ
это только предварительный показ
3 shown on 17 pages
скачать документ
это только предварительный показ
3 shown on 17 pages
скачать документ
??????????

___________________________________________________Очистка газообразных промышленных выбросов_______

1

Содержание 1. Введение ……………………………………………….……………………………………….. 2 стр

2. Очистка промышленных газов от окислов азота ………………………………………… 2 стр

3. Очистка газов от двуокиси серы ……………………………………………………………. 8 стр

4. Очистка газов от сероводорода ………………………………………………………………. 12 стр

5. Очистка газов от СО2 ………………………………………………………………………….. 15 стр

6. Список использованной литературы ………………………………………………………... 17 стр

___________________________________________________Очистка газообразных промышленных выбросов_______

1

ВВЕДЕНИЕ

Газообразные выбросы очень неблагоприятно влияют на экологическую обстановку в местах расположения этих промышленных предприятий, а также ухудшают санитарно-гигиенические условия труда. К агрессивным массовым выбросам относятся окислы азота, сероводород, сернистый, углекислый и многие другие газы.

Например, азотнокислотные, сернокислотные и другие заводы нашей страны ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки мил лионов кубометров окислов азота, представляющих собой сильный и опасный яд. Из этих окислов азота можно было бы выработать тысячи тонн азотной кислоты.

Не менее важной задачей является очистка газов от двуокиси серы. Общее количество серы, которое выбрасывается в нашей стране в атмосферу только в виде сернистого газа, составляет око ло 16 млн. т. в год. Из этого количества серы можно выработать до 40 млн. т. серной кислоты.

Значительное количество серы, главным образом, в виде серо водорода содержится в коксовом газе.

Серосодержащий газ, используемый в металлургической про мышленности для обогрева мартеновских и нагревательных печей, вызывает угар металла и повышает содержание серы и стали, ухуд шая ее качество. Потери металла при этом исчисляются сотнями тысяч тонн в год.

С дымовыми газами из заводских труб и энергетических уста новок ежегодно выбрасываются в атмосферу несколько миллиар дов кубометров углекислого газа. Этот газ может быть использован для получения эффективных углеродсодержащих удобрений.

Приведенные примеры показывают, какие огромные материаль ные ценности выбрасываются в атмосферу с газообразными выбросами.

Но более серьезный ущерб эти выбросы приносят тем, что они от равляют воздушный бассейн в городах и на предприятиях: ядови тые газы губят растительность, крайне вредно действуют на здо ровье людей и животных, разрушают металлические сооружения и коррозируют оборудование.

Хотя в последние годы отечественные промышленные предприятия работают не на полную мощность, но проблема борьбы с вредными выбросами стоит очень остро. А учитывая общую экологическую обстановку на планете, необходимо принять самые срочные и самые радикальные меры по очистке выбросных газов от вредных примесей.

ОЧИСТКА ПРОМЫШЛЕННЫХ ГАЗОВ ОТ ОКИСЛОВ АЗОТА

Существующие методы очистки подразделяются на три группы: поглощение окислов азота жидкими сорбентами, поглощение окис лов азота твердыми сорбентами и восстановление окислов азота до элементарного азота на катализаторе.

Наиболее распространенным методом в нашей стране является очистка газов от окислов азота путем поглощения их растворами Na2CO3 и Са (ОН)2 , сравнительно реже — NaOH и КОН.

Метод щелочной очистки требует больших капитальных затрат и эксплуатационных расходов, но главный его недостаток в том, что степень абсорбции окислов азота не превышает 60—75% и, таким образом, этот метод не обеспечивает санитарной нормы очистки газов. Полученные в процессе очистки щелока нуждаются в дальнейшей многостадийной переработке для получения из них твердых солей.

Метод поглощения окислов азота твердыми сорбентами — силикагелем, алюмогелем, активированным углем и другими тверды ми поглотителями — не нашел промышленного применения из-за сложности, малой надежности и дороговизны.

Метод каталитического восстановления окислов азота начал применяться только в последние годы и пока является наиболее совершенным методом. Главными его недостатками являются:

большие капитальные затраты; громоздкость оборудования, изго товляемого из дефицитной нержавеющей стали; необходимость применения дорогостоящего катализатора; большие потери катализатора при регенерации; значительные расходы газов восстанови телей (Н2, СН4 или СО). В

___________________________________________________Очистка газообразных промышленных выбросов_______

1

результате каталитической очистки в атмосферу выбрасывается другой ядовитый газ — окись углерода в количестве 0,10-0,15 %. Кроме того, каталитическая очистка не предусматривает утилизацию окислов азота и применима лишь в случае очистки слабо концентрированных газов, содержащих лишь до 0,5 % NO+NO2 и до 4-5 % кислорода.

Основная трудность очистки выхлопных газов от окислов азота состоит в том, что в газах присутствуют окислы азота с различной степенью окисленности: газы слабо окисленные (содержание окиси азота в газе более 60% от общего количества NO+NO2 средне окисленные (содержание NO в пределах 45-60%) высоко окисленные (окислы азота преимущественно в виде NO2 более 60-70 % от их общего количества). Наиболее трудно производить очистку слабо окисленных газов. Двуокись и высшие окислы азота сравнительно хорошо поглощаются водой и водными растворами некоторых солей, окись азота (NO) большинством из указанных растворов не поглощается. Для полного поглощения окислов азота из газовых смесей необходимо предварительное окисление NO до NO2 не менее чем на 50—55%.

Разработаны конструкции аб сорбционных аппаратов, работающих при высоко турбулентном режиме, — это механические ротационные аппараты горизонталь ного и вертикального типов и полые распылительные абсор беры.

Поглощение окислов азота жидкими сорбентами в механиче ских абсорберах с большим числом оборотов. Влияние гидродина мических условий на скорость абсорбции окислов азота опреде лялись в механических абсорберах с большим числом оборотов, а в качестве поглотителей испытывались растворы Са (ОН)2, NH3, Na2CO3 и др.

Общий вид горизонтального механического абсорбера показан на рис. 1. Аппарат представляет собой разъемный цилиндр 1, вы полненный из нержавеющей стали. Внутри цилиндра на подшипниках

Рис. 1. Общий вид горизонтального механического абсорбера.

установлен вал 4 с закрепленными на нем перфорированными дисками 5. Вал приводится в движение электродвигателем 2 через редуктор 3 или клиноременную передачу.

На 1/3 диаметра диски имеют радиальные разрезы, с помощью которых формируются лопатки, отогнутые навстречу друг другу под углом 15—17°. Области между дисками в аппарате разделены полудисками, создающими зигзагообразное движение газа в ап парате.

При вращении дисков лопатки захватывают жидкость, которая заполняет нижнюю часть аппарата и распыляет ее по всему объе му аппарата, при этом обеспечивается интенсивное перемешивание газа с жидкостью и высокоразвитая поверхность контакта фаз.

Поглощение окислов азота раствором Са (ОН)2 протекает с образованием нитрит-нитратных солей по уравнению

4 NО2 + 2 Са (ОН)2 == Са (NO3)2 + Са (NO2)2 + 2 Н2О.

В случае взаимодействия Са(ОН)2 с N2O3 образуется только Са(NО2)2 по уравнению

N2О3 + Са (ОН)2 = Са (NО2)2 + Н2О.

___________________________________________________Очистка газообразных промышленных выбросов_______

1

Механические абсорберы являются эффективными массообменными аппаратами, но применение их наиболее целесообразно при переработке сравнительно небольших количеств газа.

Рис. 2. Схема установки по очистке газов от окислов азота в равно проточной полой башне.

Очистка газов от окислов азота в равно проточной полой башне. Схема уста новки показана на рис. 2. Основным аппаратом является полый равно проточный абсорбер, представляющий собой цилиндрическую башню, в верхней части которой установлен центробежный объем ный распылитель.

Газ, содержащий окислы азота, из общего газопровода 1 по трубе 2 через задвижку 3 поступает в аппарат барботажного ти па 4, в котором регулируется степень окисленности окислов азота, а в случае необходимости и концентрация газа.

Из барботера газ через теплообменник 5 и измерительную диа фрагму 10 поступает в абсорбционную башню, в нижней части ко торой размещен экран из слоя колец Рашига 22. Благодаря экрану газ равномерно распределяется по всему сечению башни и движет ся противотоком навстречу диспергируемой жидкости. С целью создания равномерного движения газа по сечению в верхней час ти башни устанавливается второй экран 18, пройдя через который газ через выхлопную трубу 16 выбрасывается в атмосферу. Погло тительная жидкость поступает из напорного бака 8 через вентиль 3 и ротаметр 13 в приемную камеру распылительного устройства. Распыленная жидкость, благодаря наличию в башне отража тельных колец 20, равномерно распределяется по всему сечению башни. Через штуцер жидкость поступает в приемный сосуд 12, оборудованный гидравлическим затвором, а оттуда забирается на сосом 11 и снова подается в напорный бачок. Количество посту пающего на абсорбцию нитрозного газа регулируется с помощью задвижки и измерительной диафрагмы. Температура газа меняется при прохождении через трубчатый теплообменник, в межтрубное пространство которого подается холодная вода или пар.

Температура поглотительного раствора изменяется путем пред варительного подогрева или охлаждения его в приемном бачке. Средняя температура в зоне реакции измеряется с помощью ртут ного термометра 17.

Установлено, что в полых распылительных абсорберах может быть достигнута высокая степень абсорбции окислов азота до 86— 88% и более.

___________________________________________________Очистка газообразных промышленных выбросов_______

1

Очистка газов от окислов азота в аппаратах комбинированного типа.

Рис. 3. Схема промышленной установки для очистки газов от окислов азота в аппаратах комбинированного типа.

Разработана конструкция абсорбционного аппа рата, в нижней части которого установлен механический разбрыз гиватель, приводимый во вращение электродвигателем через клиноременную передачу. Такие абсорберы успешно эксплуатируются на предприятиях, выбрасывающих газы с большим содержанием окислов азота.

Комбинированные аппараты, или вертикальные механические абсорберы, хорошо зарекомендовали себя в эксплуатации. Некоторые из этих установок, предназначенные для санитарной очистки газов от окислов азота, включают две ступени абсорбции с одним или двумя различными поглотителями. На одной из дей ствующих установок (рис. 3) в качестве поглотителя первой ступе ни применяется раствор NаОН, а на второй ступени для доочистки газа используется слабый водно-аммиачный раствор, содержащий до 1,5—2,0% аммиака.

Газы, поступающие на очистку, проходят по газоходу через клапан 2 и поступают в общий коллектор 3. Пройдя регулятор напора 4, газ через магистральный клапан 5 направляется по газо ходу 7 в абсорбер первой ступени 14. Если температура поступаю щего газа ниже 0° С, он дополнительно нагревается до 10, 30°С в теплообменнике 6, в межтрубное пространство которого подается пар. Регулятор напора 4 автоматически, независимо от давления в об щем коллекторе, обеспечивает опреде ленный равномерный расход газа в те чение всего периода его подачи в аб сорбер. Если газ имеет температуру 250—350°С, он, как правило, содержит большое количество NО и поэтому, кро ме охлаждения, нуждается в доокислении. С этой целью газ направляется через клапан 8 в теплообменник 9, где охлаждается до температуры 18—30°С и далее поступает в регулятор напора 10, после чего направляется в доокислитель 11. Сюда же высоконапорным вентилятором 12 через клапан 13 пода ется воздух в количестве, необходимом для окисления окиси азота. Объем доокисления рассчитан таким образом, что проходящий через него газ успева ет окислиться не менее, чем на 50%, что необходимо для полной очистки газов от окислов азота. Охлажденный и окисленный газ по газоходу 7 посту пает на очистку в абсорбер первой сту пени 14.

Система очистки газов состоит из двух последовательно установленных абсорберов 14 и 34, имеющих автоном ное орошение.

Орошение абсорбера первой ступени производится 8—10%-ным водным раствором NаОН из бака 23, второй ступени — 3—4%-ным водным раствором NН4OН с помощью центробежных насосов 22. Приготовление рабочих растворов NаОН и NН4OН осуществляет ся в баках 23, 24 и 27.

Уровень в баках приготовления автоматически поддерживается уравнемером 30, поплавками 32 и

___________________________________________________Очистка газообразных промышленных выбросов_______

1

регуляторами 28 и 29. Слив от работанной жидкости производится через вентили 33; регулировка подачи жидкости на абсорберы осуществляется вентилями 31.

Отделение капелек жидкости от очищенного газа происходит на колпачковой тарелке 35.

Остановка системы производится автоматически, как только давление во входных штуцерах понизится и сработает реле давле ния 1. Автоматическое управление второй системой, работающей на аммиачной воде, осуществляется по аналогичной схеме. При использовании более концентрированных раст воров увеличиваются потери аммиака с отходящими газами.

При работе установки уже после первого каскада щелочной очистки концентрация окислов азота в газе составляет 0,12—0,63%. Степень очистки газа при этом равна 95—99%. После аммиачного каскада очистки окислы азота в отходящем газе не обнаружива ются.

Успешная очистка газов от окислов азота до санитарных норм достигается и в случае, если орошение второго абсорбера произ водится раствором NаОН

Очистка газов от слабоокисленных окислов азота. Наибольшую трудность в промышленных условиях представляет поглощение окислов азота с низкой степенью окисленности. Из-за избыточного количества окиси азота в этих газах необходимо подобрать такой поглотитель, который вступал бы в химическое соединение с NО или окислял ее до высших окислов. К первой группе относятся растворы солей кобальта, никеля, меди, марганца, двухвалент ного железа, сульфиты натрия и аммония, ко второй — окис лители, растворы перекиси водорода, марганцевокислого ка лия и др.

Поглощение окиси азота растворами сернокислой закиси же леза. Пределом химической сорб ции NО раствором FeSO4 является молярное отношение NО к Fе++ равное 1:1. Присутствие в растворе FеSO4 серной и азотной кислот, солей или органических добавок снижает поглотительную способ ность раствора.

При сравнительно низких концентрациях NО в газе, в интерва ле скоростей газа от 0,1 до 1 м/сек, коэффициенты абсорбции NО увеличиваются пропорционально степени 0,8 линейной скорости газа.

При абсорбции NО в условиях высокотурбулентного режима основными факторами, определяющими скорость процесса, являют ся: окружная скорость дисков, объемная скорость газа и парциальное давление окиси азота в газе. Абсорбция NO растворами FeSO4 при интенсивном перемешивании газовой и жидкой фазы проте кает со значительной скоростью, превышающей скорость абсорб ции окислов азота растворами щелочей при тех же условиях. Для очистки газа от небольших концентраций окислов азота могут быть применены отбросные травильные растворы металлообраба тывающих заводов с последующей регенерацией раствора и полу чением окиси азота в концентрированном виде.

Поглощение окиси азота растворами сульфита аммония. Про цесс очистки газов от окислов азота (при малой степени окисленности) раствором сульфита аммония основан на реакциях

(NH4)2 SO3 + 2 NО (NH4)2 SO3* 2 NО;

( NH4)2SO3 +NO2 (NН4)2 SO4 + NО.

При поглощении NО раствором сульфита аммония получается комплексная соль, стойкая лишь в щелочной среде. В кислой среде соль распадается на сульфат аммония и закись азота

(NH4)2SO3 + 2 NО (NН4)2SO4+ N2O.

Таким образом, в результате очистки газа от окислов азота образуется сульфат аммония и закись азота.

Окисление и абсорбция окислов азота водными растворами окислителей. В основе этого метода лежат процессы взаимодейст вия окиси азота с водными растворами H2O2, КMnО4, КСlO3, КСlO, NаСlO, NаС1O2, Nа2O2, РbО2, Na2S2O3, К1, K2Cr2O7, (NH4)2S2O8, К2S2O3 и др.

Образующаяся в процессе окисления NО азотная кислота вступает в реакцию с продуктами распада окислителя, при этом в растворе образуются соответствующие соли азотной кислоты.

Скорость окисления NО жидкими окислителями на один, два порядка больше, чем скорость окисления окиси азота кислородом в газовой фазе. Однако жидкие окислители имеют относительно высокую стоимость и поэтому применение их может быть оправ дано лишь в отдельных специфических условиях.

Очистка газов от окислов азота водными растворами перекиси водорода.

___________________________________________________Очистка газообразных промышленных выбросов_______

1

Применение для окисления окиси азота - слабого водного раст вора перекиси водорода не загрязняет раствор побочными продук тами. Взаимодействие перекиси водорода с окисью азота в общем виде может быть представлено уравнениями

Н2O2 + NО NО2 + H2O

3NO2 +H2O 2HNO3 +NO.

Образующаяся в процессе реакции азотная кислота может быть возвращена в систему или использована для других целей.

Очистка слабоокислен ных выхлопных газов от окислов азота растворами 3—5%-ной пе рекиси водорода может успешно заменить щелочной метод.

Абсорбция слабоокисленных окислов азота водными растворами перманганата калия. Реакция взаимодействия перманганата калия с окисью азота в общем виде может быть выражена уравнением

KMnО4 + NО + H2O КNО3 + МnО2 + H2O.

Образующиеся при этом продукты реакции могут быть исполь зованы как добавка к удобрениям.

Харак терной особенностью процесса абсорбции окислов азота водными растворами КMnO4 является полное окисление и поглощение ма лых концентраций NО (до 0,1—0,2%).

Процесс необходимо вести в щелочной среде, так как при этом достигается увеличение степени абсорбции окислов азота

Поглощение высокоокисленных окислов азота. На многих пред приятиях в атмосферу выбрасываются значительные количества NO2, N2O3 и паров азотной кислоты. Высоко окисленные окислы азота и пары НNО3 хорошо поглощаются водными растворами щелочей в аппаратах любого типа с образованием ценных нитрит-нитратных солей. В отдельных случаях и окислы азота при их небольшом содержании могут поглощаться такими поглотителями (раствор мочевины и др.), которые обеспечивают разложение окис лов азота на нейтральные продукты.

При поглощении окислов азота раствором мочевины происхо дит восстановление их до N2 и H 2O по уравнению

N2O3 + (NH2)2CO = СО2 + 2Н2О + 2 N2.

Поглощение окислов азота раствором мочевины производится в механическом абсорбере с большим числом оборотов.

Адсорбция окислов азота твердыми сорбентами. Методы адсорб ции о