Сущность предмета "Технология очистки и утилизации газовых выбросов" и история развития

>А
– коэффициент, зависящий от температуры стратификации атмосферы и определяющий условия горизонтального и вертикального рассеивания атмосферных примесей. На территории Украины А = 160.

F
– безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания загрязняющих веществ в атмосфере. Для газообразных веществ и мелкодисперсных аэрозолей, скорость упорядоченного оседания которых не более 3–5 м/с F = 1. Для более крупнодисперсных пыли и золы при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки не менее 90% F =2. При эксплуатационном коэффициенте очистки от75% до 90% F = 2,5, а менее 75% или при его отсутствии F = 3.

Н
– высота источника выброса.

∆Т
– разность между температурой газа и температурой воздуха.

ή
– коэффициент, учитывающий влияние рельефа на рассеивание примесей.

V1
– объем газовоздушной смеси, определяется по формуле.

П
= 3,14.

D
– диаметр устья источника выбросов.

ω0
– средняя скорость выхода смеси из источника.

При Vm
< 0,3 n = 3

0,3 < Vm
≤ 2 n определяется по формуле (1)

Vm
> 2 n = 1

(1)

Максимальную приземную концентрацию загрязняющего вещества рассчитывают по формуле

Необходимо соблюдать условие: Сm
< ПДК.

Метод достижения ПДК с помощью «высоких труб» служит лишь паллиативом, так как не предохраняет атмосферу, а лишь переносит загрязнения из одного района в другие.

В соответствии с характером вредных примесей различают методы очистки газов от аэрозолей и от газообразных и парообразных примесей. Все способы очистки газов определяются в первую очередь физико-химическими свойствами примесей, их агрегатным состоянием, дисперсностью, химическим составом и др. Разнообразие вредных примесей в промышленных газовых выбросах приводит к большому разнообразию методов очистки, применяемых реакторов и химических реагентов.

2. Очистка газов от
SOx

2.1 Процесс с использованием
CuO
/
CuS
04

В настоящее время существует несколько методов очистки топочных дымов от оксидов серы с использованием химических превращений. Все методы предполагают предварительную стадию адсорбции SO2
, тем не менее обсуждаются в данной главе, поскольку их основу составляет химическое превращение оксидов серы в новое химическое соединение, выделяемое из газового потока.

2.2 Катализаторы

Метод обеспечивает одновременную очистку газов от NOX
и SOX
в присутствии катализатора - оксида меди (CuO), нанесенного на оксид алюминия. Топочный газ подается в реактор с параллельным расположением каналов для прохождения газового потока, заполненных катализатором. Процесс с учетом последовательности операций может быть представлен брутто-уравнениями.

Поглощение оксидов:

CuO + ½O2
+ SO2
-* CuSO4
;

2NO + 2NH4
+ ½ O2
→2N2
+3H2
O

Регенерация:

CuS04
+ 2H2
→ Cu + SO2
+2H2
0;

Cu+½O2
→ CuO

Топочный газ при 390 °C подается в один из реакторов где оксид серы взаимодействует с CuO с образованием сульфата меди (CuSO4
). Сульфат меди и в меньшей степени оксид катализаторами процесса восстановления оксидов азота аммиаком. После насыщения реактора CuSO4
топочный газ переключается на новый реактор, в то время как отработанный подвергается регенерации. Молекулярный (Н2
) восстанавливает сульфат меди до меди, при этом из реактора поток содержит достаточное количество SО2.
Для получения серной или сернистой кислоты. После окисления в оксид меди (CuO) реактор снова готов к поглощению оксидов из потока. В промежутке между стадиями поглощения и генерации реактор продувается паром до полной отдувки топочного газа или водорода во избежание взрыва. Установка может пользоваться также только для выделения оксидов азота (при этом опускается стадия регенерации) или предназначаться для деления SOX
(при этом в газовый поток не вводится аммиак). В настоящее время в США создается проект городской котельной с одновременным 90 %-ным удалением оксидов азота и серы указанным способом.

2.3 Угольное топливо с добавками извести

В связи с необходимостью перевода топочных устройств на угольное топливо возникла потребность в разработке новых методов сжигания, обеспечивающих чистоту выбросов в атмосферу в соответствии с экологическими требованиями. Для уменьшения содержания SO2
разработаны два способа с применением извести: приготовление гранул из угольной крошки с добавкой извести для использования в колосниковых топках и добавление порошкообразной извести к угольной пыли для использования в топках с форсуночным распылением топлива. Проблема уменьшения количества оксидов серы в топочных газах должна решаться параллельно со снижением в них содержания NO. Лабораторные опыты показывают, что меры по снижению концентрации оксидов азота в отходящем дыме (повышенное время пребывания топочного дыма в зоне сгорания и снижение максимальной температуры пламени) также приводят к снижению концентрации SO2
при введении извести. Реакция связывания SO2
описывается брутто-уравнением

CaS03
+½O2
+ S02
→ CaS04
+ C02
.

Использование гранул с добавкой извести при отношении Ca : S = 3 : 5 уменьшает концентрацию оксидов серы на 70 % в лабораторных опытах и на 50 % при сжигании в колосниковых с небольшой мощности. Эти показатели несколько ниже, для традиционной очистки газов от SO2
методом промывки, однако если учесть простоту и широкое распространение угольных. топок, то этот метод имеет значительные перспективы. Дальнейшее развитие метода предполагает усовершенствование процесса приготовления гранул, повышение их механической прочности а также детальное изучение процесса их сгорания.

Хорошие результаты получены при добавках извести ной пыли в топках форсуночного типа. Данные, на пилотной установке, показали снижение на 80 % оксидов серы в топочном дыме при отношении Са : S = 3• 1. Высокий эффект обусловлен повышенной подачей топлива по отношению к воздуху и снижением максимальной температуры пламени, что одновременно обеспечило хороший показатель по содержанию оксидов азота в отходящем потоке.

Для двух приведенных методов введения в топку извести требуется получение более полной информации в следующих областях: эффективность связывания оксидов серы в зависимости типа угля, типа известковой добавки и ее количества; конструкциятопки и условия эксплуатации; вопросы шлакообразований засорение топки и забивка дымоходов, сбор твердых отходов и и утилизация. Перспективность этого метода во многом определяет его эффективностью при большей простоте и меньших капиталовложениях по сравнению с традиционной промывкой топочного газа в скрубберах.

2.4 Введение сухого сорбента

Сухой сорбент вводят методом, аналогичным изложенному в предыдущем разделе, при этом концентрацию SO2
в топочном газе можно снизить на 50 %. Сухой щелочной агент вдувается под давлением в магистраль отходящего топочного дыма и прореагировавшие твердые продукты отделяются от потока. Для отделения используют тканевые фильтры. Подбором сорбентов установлено, что натриевые соли гораздо эффективнее кальциевых соединений. Реакция с оксидами серы описывается уравнениями:

2NaHC03
+ S02
→ Na2
SO3
+ 2СО2
+ Н2
О;

Na2
C03
+ S02
→ Na2
S03
+ CO2
.

В качестве сорбента удобно использовать нахколит приpодный -минерал Na2
CO3
*NaHCO3
*2H2
O, который доступен, недорог хорошей реакционной способностью. Реакция протекает с достаточной скоростью при температурах 110 - 150°С; повышение температуры приводит к увеличению степени использования сорбента и снижает содержание SO2
в газовом потоке

Потенциально метод можно использовать во многих сжигающих устройствах, но в данное время опыт накоплен применительно к котельным небольшой мощности. Преимущества метода:

1) возможность практического использования;

2) низкие капиталовложения по сравнению с устройствами для обессеривания отходящих газов путем промывки;

3) более высокая производительность;

4) простота удаления отходов.

Основные недостатки:

1) более низкая степень удаления SO2
из газового потока по равнению с методом промывки в скрубберах;

2) нет данных об эффективности при использовании в топках высокой мощности;

3) твердые отходы вместе с золой растворимы в воде и при хранении представляют опасность с точки зрения загрязнения грунтовых вод.

Еще один метод удаления SO2
основан на реакции SO2
с известью/карбонатом натрия, однако здесь этот метод не рассматривается, поскольку, как и при промывании раствором извести или известняка, основным процессом является абсорбция, а не химическая реакция.

Литература

1. Родионов А.И. и др. Техника защиты окружающей среды. Учебник для вузов. - М.: Химия, 1989. - 512 с.

2. Защита атмосферы от промышленных загрязнений. Справочник в 2-х частях. Под ред. С. Калверта. - М.: Металлургия. - 1988. - 760 с.

3. Кузнецов И.Е., Троицкая Т.М. Защита воздушного бассейна от загрязнений вредными веществами химических предприятий. М.: Химия, 1979. 344 с.

4. Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. Справочник. Л.: Химия, 1985. 528 с.