Газоочистване в индустрията

Основната цел на технологиите за пречистване на промишлени отпадъчни газове е редуцирането или елиминирането на емисиите в атмосферата на вредни вещества, които могат да окажат вредно въздействие върху околната среда или човешкото здраве. Въздухът се смята за замърсен, когато съдържа определени вредни вещества в достатъчно високи концентрации и за достатъчно дълъг период от време. Източниците на замърсяване могат да бъдат както естествени, така и антропогенни. Единствено замърсяването вследствие на човешката дейност, като индустрията и транспорта, е обект на контрол.

Контрол на прахови частици
Пренасяните с газовия поток прахови частици могат да бъдат отстранени чрез редица физични процеси. Сред най-разпространените съоръжения за прахоулавяне са циклоните, скруберите, електрофилтрите и ръкавните филтри. Веднъж уловени, частиците се слепват една за друга, образувайки агломерати, които лесно могат да бъдат отстранени от оборудването и да бъдат обезвредени, обикновено на депо.

Тъй като всеки случай, в който е необходимо прахоулавяне, е различен, обикновено не е възможно предварително да се определи кое съоръжение (или комбинация от съоръжения) ще бъде най-подходящо. Системите за контрол трябва да бъдат проектирани спрямо конкретния случай. Важни параметри на праховите частици, които влияят върху избора на прахоуловител, са корозивността, химичната активност, формата, плътността и най-вече размерът на частиците и тяхното разпределение. Други значими фактори са характеристиките на газовия поток (например налягане, температура и вискозитет), дебитът, изискванията за ефективността на пречистване и допустимото съпротивление на въздушния поток. Обикновено циклонните прахоуловители се използват за контрол на индустриалните прахови емисии и като съоръжения за предварително пречистване преди използването на друго прахоулавящо оборудване. Мокрите скрубери намират приложение за контрол на запалими или взривоопасни прахове и мъгли от източници в химични предприятия и инсинератори за опасни отпадъци. Те могат да работят с горещи газови потоци и лепкави частици. Електрофилтрите и ръкавните филтри често се използват в електроцентрали.

Контрол на газообразни замърсители
Емисиите на газообразни замърсители, както и на летливи органични съединения (ЛОС), се контролират чрез три основни техники – абсорбция, адсорбция и изгаряне. Тези методи могат да бъдат прилагани поотделно или в комбинация. Ефективни са и за ограничаване на емисиите на основните парникови газове. Като допълнителна четвърта техника може да се класифицира улавянето на въглероден диоксид.

Абсорбция
В контекста на газоочистването в индустрията абсорбцията включва преноса на газообразния замърсител от въздуха в контактна течност, например вода. Течността трябва да може да действа или като разтворител за замърсителя, или да го улавя чрез протичането на химична реакция.

Абсорбцията на газове може да се проведе в скрубери с пълнеж, в които течността присъства под формата на омокрена повърхност или се разпръсква като капчици в газовия поток. Един от най-разпространените видове скрубери е противотоковият, при който замърсеният газ навлиза от долната част и преминава във възходяща посока през колона от пълнеж от лек и химически инертен материал. Течният абсорбент се движи в низходящо направление и е равномерно разпределен в пълнежа, което увеличава общата повърхност на контакт между газа и течността. Най-широко прилагани като пълнеж в противотоковите скруберни колони са термопластичните материали. Този вид съоръжения се отличават с ефективност на газоочистване между 90 и 95%.

За абсорбция се използват и правотокови скрубери и такива с кръстосан поток. При правотоковите колони и газовият, и течният поток се движат в една посока – вертикално надолу през скрубера. Въпреки че не са толкова ефективни колкото противотоковите конструкции, правотоковите съоръжения могат да работят с по-високи дебити на течната фаза. Повишеният дебит предотвратява запушването на пълнежа при високи концентрации на частици в газовия поток. Правотоковите конструкции осигуряват по-ниско съпротивление на въздушния поток и позволяват намаляване на напречното сечение на колоната. При съоръженията с кръстосан поток отпадъчният газ се движи хоризонтално през пълнежа, а течността преминава през него във вертикално низходящо направление. Тези скрубери също могат да работят с по-ниско съпротивление на въздушния поток при високи нива на прахови частици.

Най-често скруберите се използват в заводите за производство на торове (за отстраняване на амоняка от газовете) и стъкло (пречистване от флуороводород), в предприятията от химическата промишленост (за отстраняване на водоразтворими разтворители като ацетон и метил алкохол) и в екарисажи (за контрол на миризмите).

Десулфуризация
Серният диоксид в димните газове от работещи на изкопаеми горива централи може да бъде контролиран чрез процес на абсорбция, известен като десулфуризация. Системите за сероочистване могат да включват мокри или сухи скрубери. В мокрите системи за десулфуризация отпадъчните газовe встъпват в контакт с абсорбент, който може да бъде или течност, или суспензия. Серният диоксид се разтваря или реагира с абсорбента и се задържа в него. При сухите системи абсорбентът е суха пулверизирана вар. След абсорбция твърдите частици се отстраняват посредством ръкавни филтри. Сухите сероочистващи системи предлагат възможност за финансови и енергийни спестявания и по-лесна експлоатация, но при тях потреблението на химикали е по-високо и приложението им се ограничава до димните газове от изгарянето на въглища с ниско съдържание на сяра.

В допълнение, системите за десулфуризация се класифицират или като регенериращи, или като нерегенериращи в зависимост от това дали отстранената от отпадъчния газ сяра се възстановява или не. В САЩ повечето системи в експлоатация са нерегенериращи заради по-ниските им капиталови и оперативни разходи. За разлика от това, в Япония повечето системи са регенериращи, а в Германия те се изискват по нормативна уредба. От нерегенериращите системи за десулфуризация се получава серосъдържаща утайка, която изисква подходящо обезвреждане, а при регенериращите системи са необходими допълнителни процеси за превръщане на серния диоксид в полезни продукти, например сярна киселина.

Съществуват няколко метода за десулфуризация, различаващи се предимно по използваните в процеса химикали. Сероочистващите процеси, при които като реагент се използва вар или варовикова суспензия, са широко прилагани. В процеса на газоочистване с варовик серният диоксид реагира с частиците калциев карбонат в суспензията, като се получават калциев сулфит и въглероден диоксид. При използване на варно мляко (калциев хидроксид) продуктите са калциев сулфит и вода. В зависимост от концентрациите на серен диоксид и условията на окисление калциевият сулфит може да продължи да реагира с водата до получаването на калциев сулфат (гипс). Нито калциевият сулфит, нито калциевият сулфат са много разтворими във вода, което позволява утаяването им под действието на гравитацията. Отделената гъста утайка представлява сериозно предизвикателство по отношение на обезвреждането. Десулфуризацията на димни газове спомага за намаляване на нивата на серен диоксид в атмосферата и ограничава проблема с киселинните дъждове. Въпреки това, освен високите разходи (които се прехвърлят директно на потребителите под формата на по-високи тарифи за електроенергия), десулфуризацията води и до генерирането на милиони тонове утайка всяка година.

Адсорбция
За разлика от абсорбцията, при адсорбцията газообразните молекули се сорбират върху повърхността на твърдо вещество. Адсорбционните методи се използват за контрол на миришещи вещества в различни предприятия от химическата и хранително-вкусовата промишленост, при регенерирането на летливи разтворители (например бензен) и при емисионния контрол на ЛОС от индустрията.

Сред най-разпространените адсорбиращи материали е активният въглен. Той е силно порьозен и се отличава с изключително високо съотношение повърхност-обем. Активният въглен е особено ефективен като адсорбент за пречистване на газови потоци, съдържащи ЛОС, за възстановяване на разтворители и контрол на миризми. Една подходящо проектирана адсорбционна система с активен въглен може да достигне ефективност над 95%.

Адсорбционните системи се конфигурират като съоръжения с неподвижен или подвижен слой. При адсорберите с неподвижен слой замърсеният газов поток навлиза от горната страна, преминава през слоя активен въглен и напуска колоната от долната й страна. При адсорберите с подвижен слой активният въглен се движи бавно надолу през специални каналчета, като предвиденият за газоочистване поток преминава напречно (кръстосан поток).

Изгаряне
Този процес на бързо окисление може да бъде използван за превръщането на ЛОС и други газообразни въглеводородни замърсители във въглероден диоксид и вода. Изгарянето на ЛОС и въглеводородни изпарения обикновено се провежда в специални инсинератори. За да се постигне пълно изгаряне, съоръжението трябва да осигурява подходяща степен на турбулентност и време на престой, както и да поддържа достатъчно високи температури. Подходящата степен на турбулентност, или смесване, е фактор от ключово значение за процеса, тъй като тя намалява необходимите време на престой и температура. Процесът, известен като директно факелно изгаряне, може да се използва, когато самият отпадъчен газ е горима смес и няма необходимост от добавянето на въздух или гориво.

Инсинераторите обикновено се състоят от стоманен корпус, облицован със защитен огнеупорен материал, който служи като топлоизолация. При достатъчно време и високи температури газообразните органични замърсители могат да се окислят почти напълно, като ефективността достига близо 100%. Някои вещества, например платина, могат да подпомогнат протичането на горивната реакция. Тези катализатори позволяват пълно окисление на горимите газове при относително ниски температури.

Инсинераторите се използват за контрол на миризми, унищожаване на токсични съединения или понижаване на количеството на изпускани в атмосферата фотохимично активни вещества. Те намират приложение в различни индустриални предприятия, в които от горивните процеси се отделят пари на ЛОС или има изпарение на разтворители (например рафинерии, бояджийски цехове и заводи за хартия).

Улавяне на въглерода
Най-добрият начин за редуциране на нивата на въглероден диоксид в атмосферния въздух е по-ефективното използване на енергия, както и намаляване на изгарянето на изкопаеми горива чрез използването на алтернативни енергийни източници. За постигане на тази цел може да се приложи и улавяне на въглерода, което включва дългосрочно съхранение на въглеродния диоксид под земята, както и на земната повърхност – в горите и океаните. Подземното съхранение на въглероден диоксид е технология, която все още е в процес на разработка, и включва изпомпване на газа директно в подземните слоеве. Това обаче е свързано с необходимостта от разделяне на въглеродния диоксид от димните газове от централите (или друг източник), което е доста скъп процес.