Очистване на отпадни газове

Специфики на адсорбционните методи

Oпазването на околната среда от замърсяване и борбата с климатичните промени са едни от най-дискутираните въпроси в последните години. Редица са предприетите мерки в тази насока, свързани както с нормативно регламентирани изисквания към потенциалните замърсители и налагането на строги санкции, така и с разработването и внедряването на различни технологии за пречистване.

Известно е, че изхвърляните от различни индустриални производства отпадни газове се явяват едни от основните замърсители на атмосферния въздух. Това се дължи преди всичко на съдържащите се в тях вредни газове като азотни, серни и въглеродни окиси, сероводород, амоняк, различни органични и неорганични вещества, пари и т.н. Съответно, тяхното пречистване се явява основен начин за намаляване замърсяването на атмосферата.

Активни и пасивни методи
Използваните методи за опазване на околната среда от замърсяване обикновено се обединяват в две основни групи – активни и пасивни. Активните методи са насочени основно към разработване и внедряване на безотпадъчни технологии и оползотворяване на отпадъците. Пасивните методи, от своя страна, са предимно със защитен характер и са насочени към рационално разполагане на възможните източници на замърсяване и неговата локализация.

По отношение на пречистването на отпадните газове процесът обикновено включва три етапа. Първият е улавяне на отпадъчните газове в непосредствена близост до зоната на изхвърляне, познат още като каптиране, вторият е охлаждане и третият е отделяне на вредните вещества, за което принципно се използват различни методи и съоръжения за пречистване от твърди частици (аерозоли) и газообразни замърсители.

Пречистването на отпадните газове от газообразни и парообразни замърсители е посредством тяхното отделяне или обезвреждане. Използваните методи обикновено се разделят на: сорбционни, термични и каталитични.

Сорбционни методи
При използването на сорбционни методи са дава възможност за оползтовровяне на отделените вредни вещества. Сорбционните методи биват адсорбционни и абсорбционни. При адсорбционните методи газовете и парите се поглъщат от твърди, сухи поглъщатели или адсорбенти, характеризиращи се с висока порьозност и голяма специфична повърхност. В ролята на адсорбенти обикновено се използват активен въглен, силикагел, алуминиев окис и др.

Този метод е предпочитан при малки скорости и обеми на отпадъчните газове. Широко използван е при очистването на димни газове, образуващи се при изгарянето на горива с високо съдържание на сяра, както и при преработката на газове, отделяни при преработката на суровини, съдържащи сяра. Според специалисти, адсорбционният метод осигурява най-висока степен на очистване, поради което бива препоръчван при очистване на особено вредни вещества.

Абсорбционните методи, от своя страна, се основават на промиване на отпадъчните газове с течни реагенти (абсорбенти). Пречистването е вследствие на дифузното или химично поглъщане на замърсителите, обикновено киселинни газове (SO2, H2S, HF и др.) от абсорбенти, най-често силни основи като вода или органични течности.

Адсорбционни методи
Те се едни от най-разпространените методи за защита на атмосферата. Основните промишлени адсорбенти са активен въглен, сложни окиси и импрегнирани сорбенти. Активният въглен се получава от някои видове дървесина, торф и други химични вещества след подходяща обработка. Той се явява неутрален по отношение на полярността на молекулите на адсорбираните съединения и по-малко селективен в сравнение с други сорбенти.

Активният въглен се явява един от малкото сорбенти, подходящи за работа с влажни газови потоци. Подходящ е за очистка на газове от лошо миришещи вещества, рекуперация на разтворители и т.н. Като основно негово предимство обикновено се посочва голямата му специфична повърхност (600 – 1700 m2/g), а кото основен недостатък - лесната му запалимост.

Окисите, използвани като адсорбенти, се характеризират с висока селективност по отношение на полярността на молекулите поради техния собствен нееднородно разпределен електрически потенциал. Техни недостатъци се явяват по-ниската ефективност в присъствието на влага.

Към тази група се причисляват силикагелът, синтетичните зеолити, окисите на алуминия. Един от най-широко използваните е силикагелът. Той обикновено се получава от силициева киселина след обработка със солна или сярна киселина или при взаимодействие на натриев силикат със солна киселина. Специфичната му повърхност е до 600 m2/g.

Все по-широко използвани са и влакнестите сорбционно-активни материали. По отношение на капацитета те не се различават съществено от адсорбентите на гранули, но ги превъзхождат по ред други показатели като например по химическата и топлинната устойчивост, значителния обем микропори, високия коефициент на масопренасяне, еднородната пореста структура. Също така системите, използващи подобни сорбенти, заемат по-малка площ.

Очистването на газовете чрез адсорбция може да протече по различни начини. В единия случай след адсорбцията протича десорбция, като уловените компоненти се извличат за повторно използване. Използва се за улавяне на различни разтворители, серовъглерод при производството на изкуствени влакна и редица други примеси.

Извличането на уловените вещества от адсорбента може да бъде чрез неговото нагряване, чрез вакуум, чрез продухване с инертен газ, изместване на погълнатите компоненти от по-лесно адсорбиращи се вещества, като водна пара, например.

За очистването на изходящите газове от химико-фармацевтичната промишленост и от предприятията за производство на бои, хранително-вкусовата промишленост и др. обикновено след адсорбцията примесите не се използват. В този случай най-често се прибягва до тяхното топлинно или каталитично доизгаряне.

От икономическа гледна точка тази разновидност на адсорбционното очистване се счита за подходяща при ниски концентрации на замърсяващите вещества и (или) при многокомпонентни замърсители. Друг начин е използването на адсорбенти, които не се регенерират. След поглъщането на вредните вещества, те се депонират или изгарят заедно с адсорбираните замърсители. Счита се за подходящ при използването на сравнително евтини адсорбенти.

Използвани съоръжения
За протичане на адсорбционните процеси в практиката се използват различни конструкции апарати. Едни от най-разпространените се явяват адсорберите с неподвижен слой адсорбент под формата на гранули или медена пита. Обикновено адсорберът представлява метален цилиндър, в който е разположен адсорбентът.

Газовата смес постъпва през входа на адсорбера, преминава през адсорбента, при което се извлича дадената компонента, и го напуска през изхода. Когато адсорбентът се насити, се преминава към десорбция за регенериране на адсорбента и получаване на погълнатата компонента в чист вид. При необходимост от ускоряване на процеса на топлообмен при адсорбция и десорбция, е възможно използването на кожухотръбен адсорбер.

При необходимост от непрекъснат процес на адсорбция и десорбция се препоръчва използването на апарати с кипящ слой. В този случай процесите се извършват в различни зони на апарата.

Повишаване на ефективността
За повишаване на технико-икономическите показатели на съществуващите процеси един от препоръчваните начини от специалистите е подобряване на организацията на процеса на десорбция чрез програмирано повишаване на температурата. Следва да се отбележи и ефективността на очистване на активния въглен под формата на восъчна пита, характеризиращ се с по-добри хидравлични характеристики.

Друго направление за повишаване на ефективността на адсорбционните методи се явява разработването на нови модификации адсорбенти – силикагел и зеолити, характеризиращи се с висока топлинна и механична устойчивост. Тяхното използване за момента се ограничава от хидрофилността им.

Най-голямо разпространение са получили адсорбционните методи, извличащи от изходящите газове разтворители. Това е свързано с високата ефективност на процеса на очистване на газовете, отсъствието на химични реакции, образуващи вторични замърсявания, бързо откупуване на инсталацията благодарение на повторното използване на разтворителите.
Адсорбционните методи са сред най-разпространените в промишлеността начини за намаляване на концентрациите от вредни органични компоненти и окиси на въглерода в изхвърляните промишлени газове.

Тяхното използване позволява да се върнат в производството редица ценни съединения. Те се явяват и едни от най-универсалните методи за очистка на газове. Основен недостатък на адсорбционните методи се явява голямата енергоемкост на десорбцията и последващото разделение, което значително усложнява използването им за многокомпонентни смеси. Също така те изискват и немалка инвестиция.