Газов очистка

Особенности очистки кислых газов

Очистка кислых газов – технологический процесс удаления сероводородных соединений и попутных компонентов: сероокиси углерода и меркаптанов. Применяются в сферах, связанных с добычей и транспортировкой попутного и природного газов.

Процесс очистки: польза и вред

Каждое из месторождений характеризуется своими параметрами сероводородных соединений. Извлеченные на поверхность земли, компоненты вредят окружающей среде. Высокая концентрация серы замедляет (или делает невозможным) выполнение следующих этапов переработки и транспортировки газа.

Сероводородные соединения:

• ядовиты для человеческого организма;
• разъедают газоперерабатывающего оборудования и стенки трубопроводов;
• препятствуют работе катализаторов, которые используются при синтезе газа.

Согласно нормативам, в магистрали доля тиоловой серы не должна превышать 16 мг/м3, сероводорода — 7 мг/м3. Перед отправкой потребителю природное сырье очищают от серосодержащих соединений.

Широкое использование извлеченных серосодержащих добавок повышает рентабельность добычи. Кислые компоненты используют:

• при изготовлении сухого льда для заведений общественного питания;
• на предприятиях химической промышленности для получения углекислого газа, серной кислоты;
• как удобрение — при обработке земли и уходе за растениями.

Технологические приемы очистки

Очистку кислых газов производят с помощью трех методов: абсорбции, адсорбции и катализа. В состав первых двух групп входят технологии химической и физической очистки. При первом случае дополнительно используют комплексный метод.

Абсорбционная технология – наиболее востребованная. При выборе компонентов руководствуются требованиями:

• доступностью реактивов по цене и распространенности;
• высокой поглотительной способностью;
• стабильностью свойств в процессе использования, особенно — стойкостью термической и химической;
• низкими показателями: вязкости, токсичности, теплоемкости, селективности, регенерируемости, упругости паров.

Очистку катализатором специалисты разделяют на окисление и восстановление. Адсорбционный и каталитический методы используют редко: для переработки небольших объемов и тонкой очистки газов.

Особенности очистки газов

Сущность метода химической очистки основана на взаимодействии кислой среды с сорбентами. Особенность взаимодействия сероводорода с аминами — мгновенная реакция, которая сопровождается образованием сульфида амина или гидросульфида.

В качестве сорбентов чаще применяют алканоламины – вязкие прозрачные жидкости, обладающие повышенной гигроскопичностью. Когда алканоламины вступают в реакцию с низкомолекулярными спиртами (или водой), образуют нерастворимые в неполярной среде соединения.

При использовании безводной формы, сорбент предварительно растворяют в жидкости. При выборе концентрации исходят из коррозионной стойкости оборудования. Кроме алканоламина, применяют моноэтаноламин, триэтаноламин, метилдиэтаноламин, диэтаноламин, диизопропаноламин, дигликольамин.

Если в газе присутствует сероокись, первичные алканоламины не применяют. Это связано со значительными потерями аминов и образованием трудноизвлекаемых побочных продуктов химической реакции. Используют диэтаноламин.

Для селективного извлечения сероводорода выгоднее применять третичные амины, например, метилдиэтаноламин.

Для физической очистки применяют технологию растворения кислых компонентов в абсорбенте. Важное значение имеет отдельно взятое давление каждого из компонентов. Чем выше парциальное давление, тем эффективнее процесс. В качестве хемосорбентов применяют

• метанол;
• пропиленкарбонат;
• N-метилпирролидон;
• полиэтиленгликоля алкиловые эфиры.

По сравнению с хемосорбентов, активные вещества для физического метода стоят дороже. Несмотря на это, итоговая стоимость очистки кислых газов получается ниже. Выгода от применения физических сорбентов — одновременное извлечение сероводорода, диоксида углерода и органических серосодержащих примесей. Нередким спутником процесса является осушение кислых газов с повышенной концентрацией влаги.

Кислые газы: выбор метода очистки

Технологии очистки газа от сероводородных соединений подразделяются в зависимости от состояния поглотителя. Есть сухие и мокрые способы. К популярным сухим реагентам относят: активированный уголь и гидрат окиси железа. Реже используют марганцевые руды. При мокрых технологиях применяют сульфат аммония и слабые щелочи.

Выбор метода определяется экономической целесообразностью добычи основного компонента. Перечень критериев включает:

• назначение, в том числе, требуемую степень чистоты газа;
• металлоемкость процесса;
• доступность энергоресурсов для конкретного месторождения;
• возможность применения безотходной технологии.

Извлечения кислых компонентов из газа относится к опасным и вредным производствам. На территории добычи складывается неблагоприятная обстановка, с повышенной концентрацией вредных соединений и пыли.

Работа насосно-компрессорных установок сопровождается высоким уровнем шума, достигающим 95-100 дБ. К сложностям процесса относят:

• постоянную вибрацию;
• статическое электричество;
• зависимость от метеоусловий;
• повышенную или пониженную температуру рабочих частей оборудования.

Факторы по обеспечению безопасности и предотвращению вреда, который может быть нанесен окружающей обстановке, снижают рентабельность бизнеса.

Перейти в раздел «Установки газоочистки и фильтры»

Системы очистки воздуха

Механическая очистка газов ориентирована на задержание твердых крупных частиц. Сухой способ газоочистки основан на установке в трубах фильтров. В основе мокрого способа – взаимодействие с водой и последующее осаждение примесей. Получило распространение фильтрование для улавливания тонких компонентов.

Способы, которыми осуществляется газоочистка от летучих примесей:

• Абсорбционная;
• Адсорбционная;
• Селективная газоочистка;
• Термическую обработку
• Каталитическая газоочистка.

Очистка газов от твёрдых крупных частиц:

• сухой способ газоочистки — основан в основном на установке в трубах фильтров
• мокрый способ – взаимодействие газов с водой и последующее осаждение примесей
• фильтрование — получило распространение для улавливания тонкодисперсных компонентов
• прочие методы

Сухие способы очистки газов. Наиболее распространены уловители, в которых осаждение твердых или жидких частиц происходит вследствие резкого изменения направления или скорости газового потока (аппараты типа «ВЗП», «Циклоны», пылеосадительные камеры). Среди этих аппаратов газоочистки, применяемых, как правило, только для улавливания сравнительно крупных частиц (≥ 5 мкм), максимальной эффективностью обладают аппараты очистки газов от пылей типа «ВЗП» (встречные закрученные потоки) с эффективностью очистки до 99%.

Мокрые способы очистки газов. Основаны на контакте газового потока с промывной жидкостью (обычно водой).

Большинство схем газоочистки  имеют оборотное водоснабжение: жидкость вместе с шламом из газопромывателей направляют в отстойники для отделения от твёрдых частиц и повторного использования; при наличии в шламе ценных веществ его обезвоживают, а уловленные ценные твердые вещества используют. Метод используют для улавливания тонкодисперсных пылей или туманов.

Фильтрование. При этом способе газоочистки газовые потоки проходят через пористые фильтрующие системы, пропускающие газ, но задерживающие твердые частицы. Фильтры служат для улавливания весьма тонких фракций пыли (менее 1 мкм) и характеризуются высокой эффективностью при очистке газов, однако, требуют частой замены или очистки фильтрующих материалов

Электрическая очистка газов. Основана на ионизации электрическим зарядом под действием постоянного электрического тока (напряжением до 90 кВ) взвешенных в газах твердых и жидких частиц с последующим осаждением их на электродах.

Очистка газов осуществляется, в частности, с целью технологической подготовки газов, газовых смесей и извлечения из них ценных веществ, а также для предотвращения загрязнения атмосферного воздуха вредными отходами.

Основные методы, которыми осуществляется газоочистка от летучих примесей:

• каталитическая газоочистка;
• абсорбционная;
• адсорбционная;
• селективная газоочистка;
• термическая обработка.

Каталитические методы газоочистки — применяются, как правило, для глубокой очистки технологических газов.

Суть способа – вступление в реакцию различных веществ при наличии катализатора. Для очистки газов в промышленности используют следующие катализаторы: оксиды железа, хрома, меди, цинка, кобальта, платины и т.д. Данные вещества в процессе газоочистки наносятся на поверхность носителя катализатора, помещенного внутри аппарата-реактора.

Необходимо следить, чтобы внешний слой катализатора не был поврежден. В противном случае газоочистка не осуществляется в полном объеме, выбросы в атмосферу вредных веществ превышают допустимые показатели. Требования к оборудованию для производства очистки газов с каждым днем ужесточаются.

Следует анализировать уровень выбросов, контролируя весь процесс.

Наиболее крупным источником выбросов в атмосферу твердых частиц — таких как сажа, пыль, зола; газовых примесей — оксидов серы SO2, SO3; азота NOx; а также оксидов углерода CO, CO2  — является энергетика. На долю ТЭС приходится около 60% дымовых газовых выбросов (и в том числе NOx) от общего поступления оксидов азота в атмосферу.

Каталитические методы очистки газов применяют часто для предварительной очистки технологических газов.

Каталитические методы газоочистки основаны на взаимодействии примесей с другими газообразными компонентами в присутствии катализатора преимущественно при 300-400 °С и высоких объемных скоростях газа (500 — 3000 ч-1). Катализаторы — оксиды Fe, Cr, Cu, Zn, Со, Pt, Pd и др.

, которые наносят на носитель, имеющий развитую поверхность или на металлические материалы (проволоку, сетку, ленту из легиров. стали, Ti, анодированный Al и т.п.); активные бокситы и уголь, цеолиты, гопкалит (марганцевомедный катализатор.) и др. Процесс каталитической газоочистки проводят, как правило, в реакторе с неподвижным слоем катализатора.

Для большинства катализаторов во избежание их забивки и дезактивации, содержание инертных твердых примесей в газе не должно превышать 1,5 мг/м3(5 ppm).

К каталитическим методам газоочистки относятся окисление примесей с применением О2 или их восстановление так называемым газом-восстановителем (например, гидрирование при использовании Н2). Окисляют обычно: кислородсодержащие органические соединения до СО2 и Н2О, например: спирты и эфиры. (очистка от ЛОС)

Каталитическая очистка газов с применением газа-восстановителя используется:

• для гидрирования сераорганических соединений SO2 в H2S (например, на кобальтмолибденовом катализаторе при 300-400 °С) с последующим улавливанием образовавшегося H2S оксидом ZnO или после охлаждения газа растворами алканоламинов;
• восстановления метаном или конвертированным природным газом SO2 и паров S в H2S с его селективным извлечением в производстве серы (кобальтмолибденовый или никельмолибденовый катализатор при 300-450 °С);
• восстановления NOx до N2 оксидов азота, например, в отходящих газах производства HNO3, с помощью СН4 или Н2 (при 800-900 °С), которые одновременно связывают О2, содержащийся в газе, в СО2 и Н2О, или селективного восстановления с использованием NH3 (при 200-270 °С) в присутствии катализаторов на основе Pt или Pd.
• и в ряде других способов каталитической очистки.

Абсорбционные методы основаны на поглощении в основном кислых газовых примесей (SO2, H2S, HF и др.).

Адсорбционные методы очистки газов с использованием активных твердых адсорбентов таких как активированные угли или цеолиты наиболее часто применяют для улавливания органических  соединений.

Обе группы методов очистки газов могут быть циклическими и нециклическими. В первом случае отработанный жидкий или твердый сорбент регенерируют нагреванием, понижением давления, продувкой инертным газом или воздухом, отпаркой водяным паром или химическими способами; продукты десорбции перерабатывают или выбрасывают.

Если восстановить поглотительную способность сорбента полностью не удается, не регенерируемые соединения частично выводят из системы и добавляют соответствующее количество свежего сорбента. В нециклических методах отработанный сорбент целиком заменяют.

Данные методы применяются, в частности, при очистке газов от аммиака и для улавливания ЛОС (летучих органических соединений).

Селективная газоочистка включает три группы методов очистки газов: абсорбционные циклические с применением водных щелочных растворов неорганических и органических  веществ; окислительные адсорбционные (хемосорбционные); абсорбционно-десорбционные с регенерацией поглотителя путем отпарки. При этом содержание, например, H2S в очищенном газе достигает при применении методов первой и второй групп не более 20 мг/м3, третьей — не более 1-2 г/м3.

Термические методы очистки газов. Применяются в газоочистке для удаления или обезвреживания газо- и каплеобразных, а также твердых неорганических и органических примесей. Заключаются в превращении их при повышенных температурах в менее токсичные вещества, которые могут быть удалены в атмосферу либо уловлены.

Термическое дожигание осуществляется при температурах 800-1200°С путем термического разложения примесей. При необходимости сжигают дополнительное количество топлива, используя различные способы регенерации теплоты продуктов сгорания (утилизация теплоты отходящих газов в теплообменниках, например, с целью получения водяного пара, горячей воды и др.).

« Аппараты для очистки газов ВОЗДЕЙСТВИЕ АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ НА ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА »

Разделение газовой смеси. Очистка газа

К оборудованию для сухой очистки газов относятся такие аппараты, как циклоны, батарейные циклоны, а также дымососы-пылеуловители.

Циклоны

Эти аппараты получили широкое распространение в самых различных отраслях отечественной промышленности.

Циклоны могут выступать как в качестве первой ступени очистки перед тканевыми и мокрыми фильтрами, так и могут быть вполне самостоятельными аппаратами обеспыливания.

Они способны улавливать средне дисперсные и довольно грубые частицы пыли, средний размер которых составляет более 10 микрон.

Для очистки очень больших объемов газов, как правило, используют прямоточные циклоны.

Такие аппараты, по сравнению с другими уловителями пыли, имеют массу своих преимуществ: они довольно просты в изготовлении, имеют совсем небольшое гидравлическое сопротивление, очень надежны в работе и требуют лишь минимальных затрат на эксплуатацию. Для повышения КПД (коэффициент полезного действия) сепарации запыленный поток газа отклоняют как можно ближе к стенке аппарата.

Для повышения КПД сепарации в аппарате так же могут быть установлены промежуточные отборы пыли.

Чтобы усилить процесс сепарации слипаемой пыли при помощи увеличения центробежных сил прямоточный циклон оснащают эжектором (см.рис), который встраивают вовнутрь обтекателя.

Циклон для сепарации слипаемых пылей

Эжектор имеет одну камеру пониженного давления и одну повышенного давления. Первая соединена радиальными патрубками  с пылевой камерой, вторая посредством кольцевой щели  соединена с сепарационной камерой.

Кольцевая щель оснащена направляющими лопатками, которые задают тангенциальное направление газу.

Перед выхлопным патрубком  имеются конические кольца, размер которых по направлению движения газа несколько уменьшается.

Часть газа вместе с частицами пыли, за счет создаваемого эжектором в верхней части разряжения, тоже проникает через те же зазоры, перемещая тем самым частицы пыли в отстойную зону.

Скорость газа в кольцевой щели и в зазорах между коническими кольцами регулируется некоторым количеством газа, который подается в эжектор по патрубку.

Батарейные циклоны

задача батарейных циклонов – сухая очистка газа от частиц пыли, размер которых составляет от 5 до 10 микрон. Такие циклоны состоят из множества параллельно работающих элементов с малым диаметром, которые установлены в общем корпусе. Диаметр самых распространенных циклонных элементов обычно составляет 150 и 250 миллиметров.

Рукавные фильтры

Рукавные фильтры являются одними из самых эффективных устройств очистки газовых промышленных выбросов.

Современные рукавные фильтры оснащаются мешками из высокопрочных и теплостойких тканей.

Конструкция рукавных фильтров представлена корпусом, в котором размещены тканевые рукава, верхние концы мешков оснащены крышками и подвешены к общей раме. Нижние концы мешков открыты и крепятся на патрубках общей трубной решетки. Загрязненный газ проходит сквозь ткань рукавов изнутри наружу. Частицы пыли осаждаются в порах ткани, а чистый газ выводится посредством выхлопной трубы.

Электрофильтры. Очистка газов в электрическом поле

Высокой степени очистки газа, содержащего очень мелкие частицы, можно достичь с помощью метода электроосаждения. При этом способе в специальных аппаратах создается электрическое поле, в котором молекулы газа ионизируются электрическим разрядом, в результате чего происходит осаждение твердой фазы.

Если газ содержит свободные заряды (электроны и ионы), его можно пропустить между двумя электродами, которые создают постоянное электрическое поле. В этом поле свободные заряды движутся по силовым линиям. Их скорость движения и кинетическая энергия зависит от напряженности электрического поля.

Когда разность потенциалов составит около нескольких десятков кВ, ионы и электроны будут иметь достаточно кинетической энергии и скорости, чтобы, сталкиваясь с молекулами газа, расщеплять их на ионы и свободные электроны.

В свою очередь вновь образовавшиеся заряды также будут сталкиваться с нейтральными молекулами и ионизировать их. Таким образом будет происходить ионизация газа до тех пор, пока не останется нейтральных газовых молекул.

Такое явление называют ударной ионизацией.

Если напряженность поля будет увеличиваться, это может привести к электрическому пробою и короткому замыканию электродов. Поэтому в очистных аппаратах один электрод представляет собой проволоку, второй – пластину, расположенную около проволоки или трубу, которая охватывает эту проволоку. Это позволяет создать неоднородное электрическое поле.

При этом у проволоки напряженность поля максимальная и убывает по направлению к трубе или пластине. В этом месте напряженности уже недостаточно для электрического пробоя.

Между электродами, создающими напряженность поля для полной ионизации газа, возникает коронный разряд, о чем свидетельствует появление светящейся «короны» у проволоки. Благодаря этому эффекту проволоку называют коронирующим электродом. Другой электрод, имеющий вид трубы или пластины, называют осадительным.

Установленные в аппаратах коронирующие электроды подсоединены к отрицательному источнику полюсу источника электрического тока. Осадительные электроды соединяются с положительным полюсом. В подобных условиях есть возможность создать более высокое напряжение поля без риска появления пробоя.

При этом на пути к осадительному электроду ионы сталкиваются с частичками пыли и жидкости, находящиеся в газовзвеси, сообщают им отрицательный заряд и увлекают за собой. Таким образом, частицы пыли осаждаются на пластине или трубе.

Небольшая часть твердой фазы сталкивается с положительными ионами, заряжается от них и устремляется к коронирующему электроду, а затем осаждается на его поверхности.

При очистке газов в электрофильтре эффективность процесса зависит преимущественно от электропроводности частиц пыли и их адгезионной способности. При высокой электропроводности и низкой адгезии частицы, попадая на электрод, отдают ему свой заряд и получают заряд электрода, после чего снова попадают в поток запыленного газа. Тем самым снижают степень очистки.

Если частицы обладают низкой электропроводностью и высокой адгезией, они создают на электроде достаточно большой слой отрицательных ионов, который противодействует электрическому полю.

Увеличение толщины этого слоя приводит к повышению напряжения в его порах до критического, вследствие чего происходит коронирование газа рядом с осадительным электродом с образованием так называемой «обратной короны». В данном случае это также снижает эффективность очистки газа.

Чтобы предотвратить появление коронирования газа необходимо своевременно очищать электроды от осевшей пыли.

Высокая концентрация частиц пыли может способствовать снижению силы тока вплоть до нуля. Такое явление называют «запиранием короны».

Причины его появления в том, что в данных условиях ток переносится только заряженными частицами пыли, которые движутся намного медленнее, чем ионы.

Поэтому для сильнозапыленных газов применяют предварительную очистку другими способами, чтобы снизить концентрацию твердой фазы, или уменьшают скорость поступающего газа в электрофильтр для снижения нагрузки на него.

Учесть все факторы при расчетах не представляется возможным. Поэтому эффективность очистки газа определяется экспериментально.

Трубчатые и пластинчатые электрофильтры

В зависимости от формы электродов выделяют электрофильтры трубчатые и пластинчатые. Кроме того, по виду удаляемых частиц аппараты делятся на мокрые и сухие. В мокрых электрофильтрах из газа удаляется влажная пыль, а также осаждаются взвешенные в газе капли жидкости.

Схема трубчатого электрофильтра изображена на рисунке А. В аппарате установлены осадительные электроды, представляющие собой трубы диаметром 0,15-0,3 м и длиной 3-4 м. Коронирующие электроды, выполненные в виде проволок диаметром 1,5-2 мм, расположены по оси труб и подвешены к раме. В свою очередь рама опирается на изоляторы.

В нижней части корпуса электрофильтра находится штуцер, через который поступает исходный газ и проходит внутри труб. Частицы пыли оседают на стенках труб, а очищенный газ удаляется из корпуса через верхний штуцер.

Для удаления осевшей пыли в сухих электрофильтрах предусмотрено специальное устройство, которое периодически встряхивает электроды. В мокрых электрофильтрах для удаления пыли внутренние поверхности электродов периодически или непрерывно промываются водой.

Трубчатый электрофильтр

Пластинчатый электрофильтр

Пластинчатый электрофильтр имеет аналогичное устройство. Существенное отличие от трубчатых аппаратов только в том, что в качестве осадительных электродов вместо труб используются прямоугольные пластины или сетки, натянутые на рамы.

Пластинчатые электрофильтры обладают более компактной конструкцией, с электродов легче удаляется осевшие твердые частицы. Преимущество трубчатых электрофильтров в том, что их электроды создают более высокое напряжение электрического поля, что увеличивает производительность и позволяет более эффективно отделять трудноулавливаемую пыль и туманы.

Электрофильтры чаще всего изготавливаются пластинчатыми. Такие фильтры состоят из некоторого количества пластин, которые расположены параллельно. Эти пластины выполняют функцию осадительных электродов.

При этом частицы заряжаются и остаются на пластинах устройства.

Пластинчатый электрофильтр

При помощи таких аппаратов удаляются частицы пыли, размер которых находится в пределах от 0,001 до 10 мкм.

Как правило, электрофильтры отличаются низким энергопотреблением (0,2-0,3 кВт∙ч на 1000 м³ газа) несмотря на то, что для их работы необходимо высокое напряжение постоянного тока (40-75 кВ). Гидравлическое сопротивление электрофильтров по сравнению со многими другими устройствами, относительно невелико и составляет 150-200 Па. Степень очистки газа достигает 95-99%.

Также для электрофильтров характерна достаточно высокая стоимость и сложность в эксплуатации. Подобные установки не используются для очистки газов, содержащих частицы с малым электросопротивлением.

Очистка промышленных газов

Металлургический завод, производящий 1 млн. т. стали в год, за сутки выбрасывает в атмосферу 350 т пыли, 400 т окиси углерода и 200 т двуокиси серы.

От общего количества выбросов на долю металлургических заводов приходится 20% выбросов пыли, 43% окиси углерода, 16% сернистого ангидрида и 23% окислов азота. Больше всего выбросов у аглофабрики и ТЭЦ.

От общего количества выбросов аглофабрика даёт 34% пыли, 82% сернистого ангидрида, 23% окислов азота. ТЭЦ выбрасывает 36% пыли. Таким образом, аглофабрика и ТЭЦ вместе выбрасывают в атмосферу около 70% общезаводских выбросов пыли.

Различают очистку газов от взвешенных твёрдых частиц (пыли) и улавливание вредных газообразных веществ химическими методами газоочистки. В настоящее время очистка выбрасываемых в атмосферу газов от вредных газообразных веществ почти не применяется, за исключением коксохимического производства, где такая очистка широко распространена в связи с необходимостью улавливания ряда ценных веществ.

На заводах чёрной металлургии, главным образом, осуществляют механическую очистку газов от пыли. По принципу действия применяемые методы очистки делят на сухие и мокрые. Мокрые пылеуловители позволяют одновременно с улавливанием пыли частично очищать газы от диоксида серы (SO2). Однако эти пылеуловители потребляют значительные количества воды, которую затем требуется очищать.

Аппараты для сухой механической очистки газов

Эти аппараты делятся на пылеуловители и фильтры. В свою очередь, пылеуловители подразделяются на гравитационные и инерционные. Гравитационные пылеуловители имеют пылевые камеры различной конструкции, в которых осаждение пыли происходит, в основном, под действием сил тяжести. Силы инерции здесь оказывают незначительное влияние на процесс извлечения пыли из потока газа.

На рис. 10.1 приведена схема радиального пылеуловителя.

Рис. 10.1. Схема радиального пылеуловителя

Через центральный газоход поступает запыленный газ, который в корпусе пылеуловителя снижает скорость своего движения и меняет направление движения на 180° .

Пыль, содержащаяся в газе, под действием сил тяжести и по инерции, оседает в бункер, а газ удаляется в очищенном виде. Гравитационные пылеуловители эффективны при удалении частиц пыли с размерами, большими 100 мкм, т.е. достаточно крупных частиц.

Они обеспечивают грубую очистку газа, улавливая до 60% пыли.

Рис. 10.2. Схема циклона

В инерционных (центробежных) пылеуловителях на частицы пыли действует сила инерции, возникающая при повороте или вращении газового потока. Так как эта сила значительно превосходит гравитационную, то и удаляются из газового потока частицы более мелкие, чем при гравитационной очистке. Пример такого пылеуловителя – циклон (рис. 10.2).

В циклоне из газового потока удаляются частицы пыли с размерами, большими 20 мкм. Запыленный газовый поток вводится в верхнюю часть корпуса циклона через патрубок, расположенный тангенциально относительно корпуса.

Поток приобретает вращательное движение, частицы пыли силами инерции отбрасываются к стенкам циклона и под действием сил тяжести опускаются в бункер, а очищенный газ удаляется из циклона. Улавливается до 95% пыли.

Рис. 10.3. Фильтр тканевый

Фильтры — это аппараты, обеспечивающие тонкую очистку газа (улавливается до 99% пыли). По типу фильтрующего элемента они подразделяются на фильтры с волокнистым, тканевым, зернистым, металлокерамическим, керамическим фильтрующим элементом.

Типичным примером являются фильтры с тканевым фильтрующим элементом: из натуральных и синтетических тканей или металлотканый, выдерживающий температуру до 600 ºС (рис. 10.3). Запыленный газ проходит через рукавную ткань, оставляя на ней частички пыли, и очищенным удаляется из фильтра. Пыль оседает в бункер по мере её накопления на ткани.

Когда сопротивление ткани существенно возрастает, регенерация тканевого фильтра осуществляется обратной продувкой сжатым воздухом. При этом тканевый рукав очищается от пыли.

Электрофильтры

Электрофильтры — это аппараты для тонкой очистки газа (удаляется 98% пыли). Их принцип действия основан на силовом взаимодействии заряженных частиц между собой и с металлическими электродами.

Известно, что одноимённо заряженные частицы отталкиваются, а разноименно заряженные — притягиваются.

В электрофильтре частицы пыли, попадая в электрическое поле, заряжаются, а затем под действием сил взаимодействия с осадительными электродами притягиваются к ним, осаждаются на них и теряют свой заряд.

В качестве примера рассмотрим работу трубчатого электрофильтра (рис. 10.4).

Рис. 10.4. Схема электрофильтра

Фильтр состоит из корпуса и системы электродов. Корпус фильтра заземляется. Электроды представляют собой металлические пластины, часть из которых (осадительные электроды) подсоединена к корпусу, а другая часть (коронарные электроды) — изолирована от него. Изолированные и подсоединённые к корпусу электроды чередуются.

Между ними с помощью источника постоянного тока высокого напряжения создаётся разность потенциалов порядка 25-100 кВ. Величина разности потенциалов определяется геометрией электродов и тем больше, чем больше расстояние между ними. Это связано с тем, что электрофильтр работает, если между электродами существует коронный разряд.

Производится периодическая очистка фильтра встряхиванием или промывкой, на время очистки фильтр отключается.

При работе на доменном газе фильтр промывают через каждые 8 часов в течение 15 минут. Максимальная температура очищаемого газа не должна превышать 300 °С, рабочая температура до 250 °С. Высота электродов до 12 м.

Электрофильтр очищает газ от частиц пыли с размерами до 0,1 мкм.

Мокрая очистка газов

В аппаратах мокрой очистки запыленный газ промывается водой, что позволяет отделить значительную часть пыли.

Наибольшее применение в чёрной металлургии нашли скрубберы различной конструкции (рис. 10.5) и турбулентные газопромыватели (рис. 10.6).

Рис. 10.5. Схема скруббера

Скрубберы — это агрегаты, в которых запыленный газ поднимается навстречу орошающей воде. С целью защиты от коррозии внутреннюю поверхность скруббера футеруют керамической плиткой.

Максимальная температура газа в скруббере 300 °С. Размеры скруббера: диаметр — 6-8 м, высота — 20-30 м. Расход воды — 1-2 кг/м3 газа.

В скрубберах осуществляется полутонкая очистка от пыли (улавливается до 80% пыли).

Рис. 10.6. Схема скоростного газопромывателя

Скоростной газопромыватель — эффективный аппарат тонкой очистки (улавливается до 98% пыли), применяемый как самостоятельно, так и для подготовки газа перед электрофильтром.

Состоит из трубы-распылителя и циклона каплеуловителя. Улавливает частицы пыли размерами до 0,1 мкм. Производительность по газу 40000 м3/ч и более. Удельный расход орошающей воды 0,15-0,5 кг/м3 газа.

Скорость газа в горловине трубы-распылителя 40-150 м/с.

Принцип действия скоростного газопромывателя основан на улавливании в циклоне мелких частиц пыли, утяжелённых смачивающей их водой. Смачивание частиц пыли осуществляется в трубе-распылителе.

В заключение следует отметить, что пыль с частицами крупнее 10-20 мкм хорошо улавливается в большинстве аппаратов газоочистки. Для очистки от пыли с частицами, меньшими 1 мкм, пригодны только аппараты тонкой очистки: пористые фильтры, электрофильтры, скоростные газопромыватели.

9. Очистка газовых выбросов

9.1 Механическиеметоды очистки отходящих газов.

9.2 Физико-химическиеметоды очистки газовых выбросов

Защита окружающейсреды от загрязнений включает, с однойстороны, специальные методы и оборудованиедля очистки газовых и жидких сред,переработки отходов и шламов, вторичногоиспользования теплоты и максимальногоснижения теплового загрязнения. С другойстороны, для этого разрабатываюттехнологические процессы и оборудование,отвечающие требованиям промышленнойэкологии, причем технику защиты окружающейсреды применяют практически на всехэтапах технологий.

Газообразныепромышленные отходы включают в себя невступившие в реакции газы (компоненты)исходного сырья; газообразные продукты;отработанный воздух окислительныхпроцессов; сжатый (компрессорный) воздухдля транспортировки порошковыхматериалов, для сушки, нагрева, охлажденияи регенерации катализаторов; для продувкиосадков на фильтровальных тканях идругих элементах; индивидуальные газы(аммиак, водород, диоксид серы и др.);смеси нескольких компонентов(азотоводородная смесь, аммиачно-воздушнаясмесь, смесь диоксида серы ифосгена);газопылевые потоки различныхтехнологий; отходящие дымовые газытермических реакторов, топок и др., атакже отходы газов, образующиеся привентиляции рабочих мест и помещений.Кроме этого, все порошковые технологиисопровождаются интенсивным выделениемгазопылевых отходов. Пылеобразованиепроисходит в процессах измельчения,классификации, смешения, сушки итранспортирования порошковых игранулированных сыпучих материалов[1, 2].

9.1 Механические методы очистки отходящих газов

Для очисткигазообразныхи газопылевыхвыбросов с целью их обезвреживания илиизвлечения из них дорогих и дефицитныхкомпонентов применяют различное очистноеоборудование и соответствующиетехнологические приемы.

В настоящее времяметоды очистки запыленных газовклассифицируют на следующие группы:

I.«Сухие» механические пылеуловители.

II.Пористые фильтры.

III.Электрофильтры.

IV.«Мокрые» пылеулавливающие аппараты.

Механические («сухие») пылеуловители

Такие пылеуловителиусловно делятся на три группы:

—пылеосадительныекамеры,принцип работы которых основан надействии силы тяжести (гравитационнойсилы);

—инерционныепылеуловители,принцип работы которых основан надействии силы инерции;

—циклоны,батарейные циклоны, вращающиесяпылеуловители,принцип работы которых основан надействии центробежной силы.

Пылеуловительнаякамерапредставляет собой пустотелый или сгоризонтальными полками во внутреннейполости прямоугольный короб, в нижнейчасти которого имеется отверстие илибункер для сбора пыли (рис. 9.1.).

Рис.9.1.Пылеосадительные камеры:

а— полая:б— сгоризонтальными полками; в, г— свертикальными перегородками:/ —запыленный газ;// —очищенный газ;/// —пыль;1 —корпус;2 —бункер;3 —штуцер для удаления;

4 —полки;5 —перегородки.

Скорость газа вкамерах составляет0,2-1,5 м/с,гидравлическое сопротивление50-150 Па.Пылеосадительные камеры пригодны дляулавливания крупных частиц размеромне менее50 мкм.Степень очистки газа в камерах непревышает40-50%.

В инерционныхпылеуловителяхдля изменения направления движениягазов устанавливают перегородки (рис.9.2). Приэтом наряду с силой тяжести действуюти силы инерции.

Пылевые частицы, стремясьсохранить направление движения послеизменения направления движения потокагазов, осаждаются в бункере. Газ винерционном аппарате поступает соскоростью5-15 м/с.

Рис.9.2.Инерционные пылеуловители с различнымиспособами подачи и распределениягазового потока:

а— камерас перегородкой; б— камерас расширяющимся конусом; в— камерас заглубленным бункером.

Циклонырекомендуется использовать дляпредварительнойочистки газови устанавливать перед высокоэффективнымиаппаратами (например, фильтрами илиэлектрофильтрами) очистки.

Основными элементамициклонов являются корпус, выхлопнаятруба и бункер. Газ поступает в верхнюючасть корпуса через входной патрубок,приваренный к корпусу тангенциально.Улавливание пыли происходит под действиемцентробежной силы, возникающей придвижении газа между корпусом и выхлопнойтрубой. Уловленная пыль ссыпается вбункер, а очищенный газ выбрасываетсячерез выхлопную трубу (рис.9. 3).

В зависимости отпроизводительности циклоны можноустанавливать по одному (одиночныециклоны) или объединять в группы издвух, четырех, шести или восьми циклонов(групповые циклоны).

Существуютбатарейные циклоны. Конструктивнойособенностью последних является то,что закручивание газового потока иулавливание пыли в них обеспечиваетсяразмещенными в корпусе аппаратациклонными элементами.

Рис.9.3.Циклон типа ЦН-15П:

1 —коническая часть циклона;2 —цилиндрическая часть циклона;3 —винтообразная крышка;4 —камера очищенного газа;5 —патрубок входа запыленного газа;6 —выхлопная труба;7 —бункер;8 — люк;9 —опорный пояс;10 —пылевыпускное отверстие.

Очисткагазов в фильтрах

Воснове работы пористых фильтров всехвидов лежит процесс фильтрации газовчерез пористую перегородку, в ходекоторого твёрдые частицы задерживаются,а газ полностью проходит сквозь неё.Фильтрующие перегородки весьмаразнообразны по своей структуре, но восновном они состоят из волокнистыхили зернистых элементов.

Вфильтрах уловленные частицы накапливаютсяв порах или образуют пылевойслой на поверхности перегородки, и такимобразом сами становятся длявновь поступающих частиц частьюфильтрующей среды. По мере накоп­ленияпыли пористость перегородки уменьшается,а сопротивление возраста­ет. Поэтомувозникает необходимость удаления пылии регенерации фильтра.

Взависимости от назначения и величинывходной и выход­нойконцентрации фильтры условно разделяютна три класса:

фильтрытонкой очистки(высокоэффективныеили абсолютныефильтры) — предназначены для улавливанияс оченьвысокой эффективностью (>99%) в основномсубмик­ронныхчастиц из промышленных газов с низкойвходной кон­центрацией(