Комплекс по предмету “химия нефти и природного газа

Тема 5. Методы очистки газов

1 Механическая очистка газов

2 Каталитические методы газоочистки
3 Абсорбция

1.1 Механическая очистка газов

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:
1. Абсорбционная;
2. Адсорбционная;
3. Селективная газоочистка;
4. Термическую обработку
5. 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.
1.2 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.
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.
1.3 Абсорбция
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.
В этих методах сероводород поглощают растворами моноэтаноламина и триэтаноламина. Преимущественно используют 15 - 20%-й водный раствор моноэтаноламина, поскольку он обладает большей поглотительной способностью на единицу массы растворителя, большей реакционной способностью и легко регенерируется.
органических соединений).
Абсорбция водой. При абсорбции диоксида азота водой в газовую фазу выделяется часть оксида азота, скорость окисления которого при низких концентрациях мала:
Для утилизации оксидов можно использовать разбавленные растворы пероксида водорода с получением азотной кислоты:
Основным фактором, определяющим экономику процесса, является расход пероксида водорода. Он приблизительно равен 6 кг на 1 т кислоты в сутки.
Разработан процесс очистки газов водой и циркулирующей . Физическая абсорбция оксидов азота в азотной кислоте увеличивается с ростом концентрации кислоты и парциального давления . Увеличение поверхности контакта способствует протеканию процесса, так как на границе раздела фаз идет реакция окисления NO в NO2. Для интенсификации процесса используют катализатор. Степень очистки может достигать 97%.