Содержание
-
7. Термообезвреживание газообразных выбросов
9. Конденсация газообразных примесей 8. Каталитическая очистка газов Из ГОС: катализ, конденсация, пиролиз, переплав, обжиг, огневое обезвреживание, высокотемпературная агломерация.
-
Очистка промышленных г/о выбросов, содержащих токсичные вещества, в наст. время является непременным требованием для всех производств.Помимо механических, физико-химических и химических методов для очистки газов широко применяют термические методы.
Термовосстановительные методы специфичны и индивидуальны к загрязни-телю. В газоочистке приме-няют способы термохим. (с использованием аммиака) и термокат. восстановления NOxдо N2, термокат. восст-нияSO2 до S2 и нек. др. Термоокислительные процессы для термообез-вреживания пригодны толь-ко с кислородом, т.к. с др. окислителями безвредные продукты окисления прин-ципиально невозможны. Методы термообезвреживания:
-
Состав отходящих газов по отраслям промышленности
-
Термоокисление г/о загрязнителей может происходить в газов. фазе (в объеме) и на границе раздела фаз (на пов-сти).
Газофазный процесс – прямоесжигание в пламени газ. выбросов при т-рахвышет-ры воспламенения горючих компонентов выбросов (для паров углевод-ов - 500...750°С). дожигание орг. соед-ний в газовом факеле при более высоких т-рах (800–11500C). Каталитическийпроцесс требует более низких т-р200 – 4000С до 500 (нижет-ры воспламенения). Используют при малом содержании горючих орг. в-в в отходящих газах, когда прямое сжигание не выгодно. Степень очистки газа до 99,9 %. установки камерные печи факельное сжигание
-
камерная печь факельное сжигание
-
Прямое сжиганиепроводят с использованием г/о или жидкого топлива и применяют для обезвреживания промышл. газов, содержащих легко окисляющиеся орг. примеси, ех. пары углеводородов. Продуктами сгорания углеводородов являются СО2 и вода, а орг. сульфидов — SО2 и вода. Для сжигания необходим избыток кислорода на 10—15% больше стехиом-го кол-ва. Если конц-ция горючих компонентов выбросов не достигает нижнего предела воспламенения ("бедные" горючим выбросы), то их огневая обр-ка требует доп. расхода топлива на прогрев до т-ры самовоспламенения. Дожигание при высоких т-рах применяется для очистки от трудноокисляемых орг. смесей, в том числе в присутствии тв. в-в (сажа, древесная пыль и др.). При наличии в смеси соединений, содержащих серу, фосфор, галогены, последние превращаются в высокотоксичные соединения
-
Возможности ТО ограничиваются составом и содержанием в отбросных газах горючих компонентов. Система, содержащая токсичные в-ва, может быть обезврежена ТО, если при этом образуются менее токсичные продукты. Огневой обработкой, как и термокат. окислением, принципиально возможно обезвредить лишь в-ва, содержащие только Н, С и О (ех, Н2, СО, углеводороды CmHnи КПУ – СmНпОp). Загрязнители, содержащие S, Р, галогены, металлы и др., нельзя подавать на термоокислительную обработку, так как продукты их сгорания будут содержать высокотоксичные соединения.
-
Когда терм. метод не обеспечивает ПДК образующе-гося СО в воздухе, тогда он используется только на 1 ступени очистки. Экономичность дожигания м.б. значительно повышена предварит. адс-нымконцент-рированием загрязнений. Газы пропускают через слой адс-та, а насыщ. адсорбент продувают воздухом, к-рый затем поступает на дожигание. Такой метод позволяет повысить конц-цию загрязнителя в 40 раз. Недостатком ТО, резко снижающим его экологическую эфф-сть, явл-ся превращение части отходов и азота воздуха в токсичные продукты: терм. и топливные оксиды азота, СО, канцерогены (бензапирен, диоксины и др.). Термокатализ неприемлем для обр-ки паров ВМС и высококипящих соед-ний, к-рые, плохо испаряясь с кат-ра, коксуются и "отравляют" его сажистыми продуктами неполного ок-ния. Т-ры процесса термокат. ок-ния ниже (350...500°С), но также требуют соот-щих затрат топлива.
-
Каталитическая очистка газовых выбросов
-
Каталитические методы очистки газовых выбросов Суть каталитических процессов газоочистки заключается в реализации хим. р-ций обезвреживания примесей в присутствии кат-ров. Роль кат-ров сводится к ув-нию скорости хим. взаимодействий. Различают гомогенный и гетерогенный катализ. При гомогенном катализе реакции происходят в объёме фазы (газовой), при гетерогенном – на поверхности кат-ра. Схема этого процесса для газовой реакции А + В = С в присутствии катализатора K может быть представлена в виде: А + B + K → K[АВ]; K[АВ] → C + K, где K[АВ] - активированное промеж. соед-ние на пов-сти катализатора. Ускорение процесса в присутствии катализатора связано с понижением его энергии активации. Это следует из ур-ния Аррениуса: k = k0•exp(—E / RT), где k – константа скорости реакции; k0 – предэкспоненц. множитель; Е – энергия активации; R – газовая постоянная; Т – абс. температура.
-
Кинетика реакций гетерогенного катализа. Гетерогенный катализ – сложный многоступенчатый процесс, включающий: 1) диффузию исх. реагентов из ядра газ. потока к пов-сти гранул катализатора (внешняя диффузия), 2) проникание этих в-в по порам кат-ра к акт. центрам его внутренней поверхности (внутренняя диффузия), 3) активированную адсорбциюпродиф-ших реагентов пов-стьюкат-ра с обр-ниемповерхн. хим. соед-ний, 4) хим. взаим-еадс. в-вcобр-нием новых продуктов, 5) десорбцию продуктов 6) их перенос к внеш. пов-сти гранул кат-ра (внутр. диффузия) 7) затем от этой пов-сти в ядро газ. потока (внешняя диффузия).
-
Скорость гетерогенного катализа определяется относительными скоростями отдельных его стадий и лимитируется наиболее медленной из них. Скорость катализа можно выразить через кол-во примеси GA конвертируемой в единицу времени τ или кол-во образующегося в единицу времени продукта Gпкаталитического взаимодействия: W = dGA/ dτ = —k •ΔC; W = dGп/ dτ = k ΔC, где k - константа скорости процесса; ΔС - движущая сила процесса, представляющая по ЗДМ произведение конц-цийреаг-щих веществ. Константа скорости каталитического превращения при данной температуре является функцией констант скоростей прямой, обратной и побочной реакций, а также коэффициентов диффузии исходных реагентов и продуктов их взаимодействия.
-
Во внешнедиффузионной области скорость реакции опр-ся скоростью (dGA/dτ) переноса компонента к пов-сти зёрен кат-ра: где Fч- внешняя поверхность частицы катализатора; г - коэффициент массоотдачи в газовой фазе; СА– конц-цияв-ваА в газ. потоке; С*А– равновесная конц-ция А на пов-стич-цыкат-ра. Для внутридиффузионной области и реакции первого порядка суммарную скорость кат. процесса находят, комбинируя ур-ние массопередачи с ур-нием диффузии и реакции внутри частицы: гдеVч - объем частиц кат-ра; k - константа скорости реакции, на 1 м3кат-ра; ЭC= CА/CnА; CA- средняя конц-цияв-ваА внутри поры; CnA– макс.возможная конц-цияв-ваА у пов-стикат-ра; C0A- начальная концентрация в-ва А.
-
k = k0exp(—E / RT), lnk = lnko – E/RT где k– константа скорости реакции; k0 – предэкспоненц. множитель; Е – энергия активации; R– газовая постоянная; Т – абс. температура. lnk 1/T I II III При гетерогенно-каталитической очистке газ. загрязнений процесс может проходить в разных областях: адсорбционной внешне диффузионной внутри диффузионной кинетической В зав-сти от т-ры и особенностей процесса какая-то из них оказывается лимитирующей и определяет область протекания процесса?
-
Активностькатализатораопр-ся совокупностью физ.-хим. св-в как самого кат-ра, так и газового потока. В наиб. степени она зависит от т-ры, структуры кат-ра, промоторов, давления, объемного расхода, конц-ции и мол. масс исх. реагентов и продуктов конверсии в газ. смеси. Катализаторы могут обладать специфичностьюи избирательно увеличивает скорость только определенной реакции, не влияя заметно на скорость других, возможных в данной системе. Так, в зав-сти от типа кат-ра из этилового спирта при 300°С можно получить : Al2O3Сu, Ni C2H5OH → H2O+ C2H4; C2H5OH → H2+ CH3CHO. Специфичность не является общим свойством катализаторов. Так, металлические Ni, Pd или Pt катализируют целый ряд реакций гидрогенизации и дегидрогенизации.
-
В процессах санитарной очистки отходящих газов высокой активностью обладают кат-ры на основе благородных металлов (платина, палладий, серебро и др.), оксидов марганца, меди, кобальта, а также оксидные контактные массы, активированные благородными металлами (1,0-1,5%). Осн. недостатки: установки сложны и громоздки; в кач-веэфф. кат-ров — дорогостоящие платину, палладий, рутений; используют и более дешевые — никель, хром, медь, но они менее эффективны. Щелоч. металлы и их соед-ния, нанесённые на носители (ех, оксиды металлов), часто оказываются более эфф-ми, надежными, и более дешевыми, чем кат-ры из благородных металлов. На таких кат-рахр-ция окисления начинается при невысоких т-рах (около 200°С), что значительно повышает возм-сть их исп-ния для кат. сжигания газов. В кач-ве носителя - оксид алюминия, кизельгур и силикаты.
-
Особенность процессов кат. очистки газов заключается в том, что они протекают при малых конц-циях удаляемых примесей. Основным достоинством кат. метода очистки газов является то, что он даёт высокую степень очистки, а недостатком - образование новых веществ, которые надо удалять из газа абсорбцией или адсорбцией. В процессе эксплуатации катализаторов они в той или иной степени подвергаются постепенной дезактивации или деструкции, к-рые вызываются хим. отравлениями, кат. ядами, механическим истиранием, спеканием, агрегатированием, что приводит к необходимости периодической регенерации (активации) или замены катализаторов. Кат-ры должны обладать высокой активностью и теплопроводностью, развитой пористой структурой, стойкостью к ядам, механической прочностью, селективностью, термостойкостью, иметь низкие температуры «зажигания», обладать низким гидравлическим сопротивлением, иметь низкую стоимость.
-
Конденсация газообразных примесей
-
Парообразные загрязнители при их высокойконц-ции в выбросах часто удаляют методом конденсации. Эти способом улавливают и возвращают в технол. процесс пары р-лей лаков и красок соотв-щих производств, особенно при ощутимых потерях промежуточных или конечных продуктов. Иногда конденсацию применяют для извлечения дорогостоящих или особо опасныхв-в. КОНДЕНСАЦИЯ (уплотнение, сгущение) – это переход в-ва из газообразного состояния в жидкое или твёрдое при докритич. параметрах; фазовый переход первого рода. Конденсация – экзотермич. процесс, при к-ром выделяется теплота фазового перехода– теплота конденсации. Конденсир. фаза может образовываться в объёме пара или на пов-сти твёрдого тела и жидкости, имеющих более низкую т-ру, чем т-ра насыщения пара при данном давлении (точка росы). ТОЧКА РОСЫ – это температура парогазовой смеси, при к-рой парциальное давление водяного пара рпсоответствует давлению насыщенного пара рнас (рп = рнас). При достижении точки росы в парогазовой смеси и на предметах, с к-рыми она соприкасается, начинается конденсация пара, т.е. появляется роса.
-
При сжижении пара на смачивающейся пов-сти тв. тела обр-ся сплошная плёнка жидкости (плёночная конденсация); на пов-сти, не смачивающейся конденсатом или смачивающейся частично, - отдельные капли (капельная конденсация).
-
Конденсация происходит при изотермич. сжатии, адиабатич. расширении и охлаждении пара или одноврем. понижении его давления и т-ры, к-рое приводит к тому, что конденсиров. фаза становится Т.Д. более устойчивой, чем газообразная. pнасыщ
-
Первый закон Рауля– отн. понижение давления насыщ. пара р-ля над р-ром равно мольнойдоле растворённого вещества.N2 = Δp/po1 N2 N1 робщ 0 1 1 0 р1 р2 пар Второй закон Рауля – понижение т-ры кипения и повышение т-ры замерзания р-ра прямо пропорц. моляльнойконц-циир-ра: ∆Ткип = ЕСmи ∆Тзам = КСm
-
В смеси газов компонент А начинает конденсироваться, когда т-ра газа снижается до т-ры, при к-рой компонент А имеет давление пара pA= (pа)п. Начальная точка росы или т-ра насыщения для каждого компо-нента м. б. определена из кривой зависимости т-ры от давления пара для данного компонента при известной мольной доли в парах: уА• P = (рА)п, где yA– мольн.доля компонента А в парах; Р - суммарное абс. давление газа; (рА)п – парциаль-ное давление в-ваА в парах. t tB tA t1 t2 P = const Пар А + В Жидкость А + В А1 В1 А2 В2 хА1 хА2 уА1* уА2* х,у Линия конденсации Линия кипения Рис.1.Фазовая диаграмм t – x,y х – состав жидкости, у – состав пара.
-
Степень улавливания паров зависит от их давления и т-ры конденсации. В производственных условиях т-ру и давление принимают такими, чтобы энергозатраты составляли незначительную долю затрат на технологию. Поэтому степень извлечения даже дорогостоящих продуктов не превышает 70-80%. Конденсация паров производится в испарителях холодильных машин. При экономически и технически приемлемых параметрах хладагента конденсацию целесообразно применять, если конц-ция легкокипящих соединений в воздухе достигает 5-10 г/м3.
-
-
Существуют три направления в области газоочистки, где конденсация не только полезна, но и необходима. Это – предварит. осаждение осн. массы паров загрязнителей передадсорберами при высокой степени загрязнения выбросов; – парциальное извлечение паров соед-ний фосфора, мышьяка, тяж.металлов, галогенов перед ТО смеси загрязнителей; – конденсация загрязнителей после хим. обр-ки с целью перевода в легкоконденсируемыесоед-ния, ех, после хемосорбции. Конденсация м. б. применена для обр-ки систем, содержащих пары в-в при т-рах, близких к точке росы (углеводороды и др.орг.соед-ния с выс. т-рой кипения, при обычных усл. и присутствующие в газовой фазе в отн. выс. конц-циях). Для этого используют конденсаторы с водяным и воздушным охлаждением. Для более летучих р-лей возможна двухстадийная конденсация с исп. водяного охлаждения на 1 стадии и низкотемпературного - на 2. Макс. снижение содержания инертных или неконденсирующихся газов в обрабатываемой смеси позволяет облегчить проведение процесса конденсации и повысить ее эконом. эфф-сть, поскольку даёт возможность исключить необходимость охлаждения до очень низких т-р, соответствующих точке росы.
-
-
Изотермы реального газа. Область I – жидкость, область II – двухфазная система «жидкость + насыщенный пар», область III – газообразное вещество. K – критическая точка жидкость газ
-
-
-
Методы прямого сжигания применяют для обезвреживания газов от легко окисляемых токсичных и дурно пахнущих примесей. Их преимуществами явл-ся отн.простота аппаратуры и универсальность использования, т.к. на работу терм. нейтрализаторов мало влияет состав обрабатываемых газов. Суть высокотемпературной очистки газов заключается в окислении обезвреживаемых компонентов кислородом. Они применимы практ. для любых паров и газов, продукты сжигания к-рых менее токсичны, чем исх. в-ва. Прямое сжигание используют в случаях, когда конц-ция горючих в-в в отходящих газах не выходит за пределы воспламенения. При обр-ке горючих газов для разрушения токсичных орг. в-в может быть использовано дожигание, однако его применение затруднено тем, что конц-ция орг. примесей, распределенных в большом объеме воздуха, очень низка. Дожиганиепредставляет собой метод очистки газов терм. окислением углеводородов до СО2 и Н2О. В ходе дожигания др. компоненты газ. смеси, ех, галоген- и серосодержащие орг. соед-ния, также претерпевают хим. изменения и в новой форме могут эффективно удаляться из газовых потоков. Для нагрева таких больших количеств воздуха до температур дожигания расходуется очень большое кол-во энергии. Экономичность процесса дожигания может быть значительно повышена благодаря адсорбционному концентрированию загрязнений перед дожиганием. Газы пропускают через слой адсорбента, а насыщенный адсорбент продувают воздухом, к-рый затем поступает на дожигание. Такой метод позволяет повысить концентрацию загрязнителя в 40 раз.
-
Каталитические методы очистки газовых выбросов Каталитические методы очистки основаны на взаимодействии удаляемых веществ с вводимым в очищаемую газовую среду веществом в присутствии катализатора. В рез-те примеси превращаются в другие соединения, представляющие меньшую опасность, или легко отделяются от газа. Каталитическая очистка позволяет обезвреживать оксиды азота, оксид углерода, другие вредные газ. загрязнения. Благодаря применению кат-ров можно достичь 99,9 % степени очистки газа. Кат. очистка применяется при небольшой концентрации загрязн.в-в. Каталитическое термообезвреживание используют обычно тогда, когда содержание горючих органических продуктов в отходящих газах мало, и не выгодно использовать для их обезвреживания метод прямого сжигания. В этом случае процесс протекает при 200_300°С, что значительно меньше температуры, требуемой для полного обезвреживания при прямом сжигании в печах и равной 950_1100°С. При температуре 100_150°С процессы рассматриваются как необратимые, что позволяет получать газ с весьма низким содержанием примесей.
-
Щелочные металлы и их соед-ния, нанесенные на носители (ех, оксиды металлов), часто оказываются более эффективными, надежными, и более дешевыми, чем кат-ры из благородных металлов. На таких кат-рах р-ция окисления начинается при невысоких температурах (около 200°С), что значительно повышает возможность их использования для каталитического сжигания газов. В кач-ве носителя кат-ра рекомендуются оксид алюминия, кизельгур и силикаты. Каталитические методы очистки газов основаны на гетерогенном катализе и служат для превращения примесей в безвредные или легко удаляемые соединения. Суть каталитических процессов газоочистки заключается в реализации хим. взаим-ий, приводящих к конверсии обезвреживаемых примесей в др. продукты в присутствии специальных катализаторов. Их роль сводится к увеличению скорости хим. взаимодействий. Каталитические взаи-я в гетерогенном катализе происходят на границе раздела фаз газовой смеси и пов-сти кат-ра. Кат-р обеспечивает взаим-е на его пов-сти конвертируемых веществ с обр-нием акт. комплексов в виде промежуточных поверхностных соед-ний кат-ра и реагирующих в-в, формирующих затем продукты катализа, освобождающие и восстанавливающие пов-сть кат-ра.
Нет комментариев для данной презентации
Помогите другим пользователям — будьте первым, кто поделится своим мнением об этой презентации.