Очистка газов от монооксида углерода

Оксид углерода является высокотоксичным газом. Образуется при неполном сгорании органических веществ. Входит в состав газов, выделяющихся в процессе выплавки и переработки металлов, выхлопных газов и т.д. Для очистки газов от оксида углерода используют абсорбционные и каталитические методы.

1. Абсорбционная очистка. Медно-аммиачный метод. Метод основан на способности медно-аммиачных растворов образовывать комплексные соединения с оксидом углерода:

Так как МАР имеют слабощелочной характер за счет образования гидроксида аммония, то происходит также поглощение диоксида углерода:

Процесс ведут в насадочных скрубберах при низких температурах (0-25⁰С) и давлении 10-30 МПа. Десорбцию проводят нагреванием раствора паром до температуры 80⁰С. Регенерированный раствор возвращается в абсорбер, а концентрированный монооксид углерода направляется на переработку. Схема установки очистки приведена на рисунке 1.

1-абсорбер; 2-насос; 3-водяной холодильник; 4-аммиачный холодильник; 5-емкость; 6-десорбер

Рисунок 1. – Схема очистки газа от монооксида углерода медно-аммиачным методом.

Очистка промывкой жидким азотом. Этот процесс представляет собой физическую абсорбцию. Процесс проводят в колоннах тарельчатого типа. При этом наряду с монооксидом углерода поглощаются и другие компоненты газовой смеси.

2. Каталитическая очистка. Для очистки газов от монооксида углерода применяют каталитическое гидрирование и каталитическое окисление.

Метод каталитического гидрирования мы рассмотрели в предыдущей теме (очистка от диоксида углерода).

Каталитическое окисление является наиболее рациональным методом очистки газовых выбросов от монооксида углерода. Для окисления монооксида углерода используют марганцевые, медно-хромовые и содержащие металлы платиновой группы катализаторы.

Очистка газов от диоксида серы

Для снижения негативного воздействия диоксида серы на ОС долгое время применяли единственный метод – сооружение высоких дымовых труб, способствующих снижению приземной концентрации ЗВ в атмосферном воздухе. Однако вследствие все увеличивающихся объемов выброса диоксида серы, а также явления трансграничного переноса оксида серы на большие расстояния, возникла необходимость разработки способов очистки отходящих газов от диоксида серы.

Применяемые в промышленности методы можно разделить на три группы:

- нейтрализация при помощи абсорбентов;

- каталитическое окисление;

- адсорбционные методы.

Методы нейтрализации диоксида серы основаны на поглощении его из газов растворами или суспензиями различных реагентов. Таких способов очень много, мы рассмотрим основные:

Абсорбция водой применяется мало, так как растворимость диоксида серы в воде очень низкая и для очистки требуются большие ее объемы и абсорберы с высокой производительностью. Кроме того, для регенерации раствора, необходимо нагреть его до температуры 100⁰ С, что также связано с большими энергозатратами.

Известковый метод заключается во взаимодействии диоксида серы с известняком или известью.

Основным достоинством метода является высокая степень очистки (989%), простота технологической схемы, доступность и дешевизна сорбента, возможность очистки газа без предварительного охлаждения и обеспыливания. Основные недостатки: 1)образование шлама, содержащего сульфиты и сульфаты кальция, непрореагировавшую известь или известняк и пыль. Такой шлам не находит широкого применения и в основном, сбрасывается в отвал; 2)зарастание систем очистки отложениями гипса. Простейшая схема установки очистки газовых выбросов от диоксида серы суспензией известняка представлена на рисунке 2.

1 - абсорбер; 2 - сборник; 3 - вакуум-фильтр.

Рисунок 2. – Схема установки абсорбции диоксида серы суспензией известняка.

Содовый метод по химизму близок к известковому; основан на поглощении диоксида серы раствором соды, с образованием сульфита и бисульфита натрия:

Извлечение диоксида серы из раствора проводят обработкой оксидом цинка:

Полученный сульфит цинка обжигают:

Диоксид серы перерабатывают в серную кислоту или серу, а оксид цинка возвращают в процесс.

Аммиачные методы основаны на взаимодействии диоксида серы с водными растворами сульфита аммония:

В зависимости от способа разложения бисульфита аммония различают несколько вариантов этого метода.

Аммиачно-сернокислотный метод заключается в обработке бисульфита аммония серной кислотой:

Выделяющийся диоксид серы направляют на производство серной кислоты, которую частично используют в самом процессе очистки, частично отгружают как товарный продукт, а сульфат аммония используется в производстве удобрений.

Аммиачно-азотнокислотный метод основан на разложении бисульфита аммония азотной кислотой, аммиачно-фосфорнокислотный – фосфорной кислотой. При этом образуется диоксид серы, азотные и фосфорные удобрения.

Аммиачно-автоклавный метод основан на разложении раствора бисульфита аммония не кислотами, а нагреванием в автоклаве при 140-160⁰ С и 0,5-0,6 МПа с получением товарных продуктов – сульфата аммония и серы.

Аммиачно-циклический метод заключается в поглощении диоксида серы раствором сульфита аммония при низкой температуре и выделении его при нагревании. Степень очистки при этом составляет 90%.

Аммиачные методы относительно экономны и эффективны,их основной недостаток – безвозвратные потери ценного продукта – аммиака.

Магнезитовый метод основан на взаимодействии диоксида серы с суспензией оксида магния:

Образовавшиеся кристаллы сульфита магния отделяют от воды центрифугированием и обжигают во вращающихся печах с получением диоксида серы и оксида магния.

Оксид магния возвращают в процесс, а диоксид серы направляют на переработку в серную кислоту.

Преимущества магнезитового метода – возможность очистки запыленных газов, отсутствие отходов и сточных вод, высокая степень извлечения диоксида серы (95-96%). Недостатки – частые забивка насадок в абсорбционных колоннах, большой расход энергии на регенерацию поглотителя, сложность технологической схемы, громоздкость оборудования. Принципиальная технологическая схема очистки отходящих газов от диоксида серы магнезитовым методом представлена на рисунке 3.

1 - абсорбер; 2 - нейтрализатор; 3 – центрифуга; 4 - сушилка; 5 – печь.

Рисунок 3. – Схема очистки газов от диоксида серы суспензией оксида магния.

Цинковый метод основан на поглощении диоксида серы суспензией оксида цинка

Кристаллы сульфита цинка отделяют фильтрацией или центрифугированием и разлагают при 300-350⁰ С на воду, диоксид серы и оксид цинка, который возвращают в производство.

Основное достоинство метода – возможность очистки при высокой температуре (до 250⁰ С).

Каталитическое окисление диоксида серы. Известно несколько способов каталитического окисления диоксида серы, отличающихся катализатором и механизмом.

Пиролюзитный метод основан на окислении диоксида серы кислородом в жидкой фазе в присутствии катализатора – пиролюзита на основе оксида марганца. При наличии кислорода двухвалентный марганец окисляется в трехвалентный, при этом одновременно окисляется и диоксид серы:

Далее трехвалентный марганец окисляет диоксид серы, переходя снова в двухвалентный:

Полученный триоксид серы направляют в производство серной кислоты.

Озоно-каталитический метод отличается от пиролюзитного только тем, что двухвалентный марганец окисляется до трехвалентоного озоно-воздушной смесью, которая способствует более быстрому окислению и способна разрушать каталитические яды.

Адсорбционные методы основаны на применении в качестве поглотителей активных углей, синтетических и природных цеолитов, оксидов металлов, а также извести или известняка. Обычно адсорбционную очистку проводят введением поглотителя в пылевидной форме непосредственно в газоходы с последующей фильтрацией.