Адсорбция и методы ее реализации при очистке газовоздушных выбрасов.

В настоящее время пристальное внимание уделяется проблеме удаления первопричин возникновения таких нежелательных явлений, как выбросы в атмосферу.
В газообразных промышленных выбросах вредные примеси можно разделить на две группы:
а) взвешенные частицы (аэрозоли) твердых веществ — пыль, дым; жидкостей — туман
б) газообразные и парообразные вещества.

Очистка газов от парообразных и газообразных примесей. Газы в промышленности обычно загрязнены вредны­ми примесями, поэтому очистка широко применяется на заводах и предприятиях для технологических и санитарных (экологических) целей. Промышленные способы очистки газовых выбросов от газо- и парообразных токсичных примесей можно разделить на три основные группы:
1) абсорбция жидкостями;
2) адсорбция твердыми поглотителями ;
3) каталитическая очистка.
В мень­ших масштабах применяются термические методы сжигания (или дожигания) горючих загрязнений, способ химического взаимодей­ствия примесей с сухими поглотителями и окисление примесей озоном

Абсорбция жидкостями применяется в промышленно­сти для извлечения из газов диоксида серы, сероводорода и дру­гих сернистых соединений, оксидов азота, паров кислот (НСl, HF, H2SO4), диоксида и оксида углерода, разнообразных органических соединений (фенол, формальдегид, летучие растворители и др.).
Схема установки для абсорбционно-десорбционного мето­да разделения газов:
1 — абсорбер;
2 — десорбер;
3 — теплообменник;
4 — холодильник

Абсорбционные методы служат для технологической и сани­тарной очистки газов. Они основаны на избирательной раствори­мости газо- и парообразных примесей в жидкости (физическая абсорбция) или на избирательном извлечении примесей химичес­кими реакциями с активным компонентом поглотителя (хемосорбция). Абсорбционная очистка –непрерывный и, как правило, циклический процесс, так как поглощение примесей обычно сопро­вождается регенерацией поглотительного раствора и его возвра­щением в начале цикла очистки. При физической абсорбции (и в некоторых хемосорбционных процессах) регенерацию абсорбента проводят нагреванием и снижением давления, в результате чего происходит десорбция поглощенной газовой примеси и ее концен­трированно.

Каталитические методы очистки газов основаны на реакциях в присутствии твердых катализаторов. В результате каталитических реакций примеси, находящиеся в газе, превращаются в другие соединения, т. е. в отличие от рассмотренных методов примеси не извлекаются из газа, а трансформируются в безвредные соединения, присутствие которых допустимо в выхлопном газе.Если образовавшиеся вещества подлежат удалению, то требуются дополнительные операции (например, извлечение жидкими или твердыми сорбентами).
Адсорбционно-каталитические методы применяют для очистки промышленных выбросов от диоксида серы, сероводорода и серо-органических соединений.
Катионитовый фильтр:
1 – катионит;
2 – песок

Адсорбционные методы применяют для различных технологических целей — разделение парогазовых смесей на компоненты с выделением фракций, осушка газов и для санитарной очистки газовых выхлопов. В последнее время адсорбционные методы выходят на первый план как надежное средство защиты атмосферы от токсичных газообразных веществ, обеспечивающее возможность концентрирования и утилизации этих веществ.
Адсорбционные методы основаны на избирательном извлечении из парогазовой смеси определенных компонентов при помощи адсорбентов — твердых высокопористых материалов, обладающих развитой удельной поверхностью Sуд (Sуд — отношение поверхности к массе, м2/г). Промышленные адсорбенты, чаще всего применяемые в газоочистке, — это активированный уголь, силикагель, алюмогель, природные и синтетические цеолиты (молекулярные сита).

Основные требования к промышленным сорбентам — высокая поглотительная способность, избирательность действия (селективность), термическая устойчивость, длительная служба без изменения структуры и свойств поверхности, возможность легкой регенерации. Чаще всего для санитарной очистки газов применяют активный уголь благодаря его высокой поглотительной способности и легкости регенерации.
Адсорбцию газовых примесей обычно ведут в полочных реакторах периодического действия без теплообменных устройств; адсорбент расположен на полках реактора. Когда необходим теплообмен, используют адсорберы с встроенными теплообменными элементами или выполняют реактор в виде трубчатых теплообменников.

Очищаемый газ проходит адсорбер со скоростью 0,05–0,3 м/с. После очистки адсорбер переключается на регенерацию. Адсорб­ционная установка, состоящая из нескольких реакторов, работает в целом непрерывно, так как одновременно одни реакторы нахо­дятся на стадии очистки, а другие — на стадиях регенерации, охлаждения и др. Регенерацию проводят нагреванием, например выжиганием органических веществ, пропусканием остро­го или перегретого пара, воздуха, инертного газа (азота). Иногда адсорбент, потерявший активность (экранированный пылью, смо­лой), полностью заменяют.
Наиболее перспективны непрерывные циклические процессы адсорбционной очистки газов в реакторах с движущимся или взвешенным слоем адсорбента, которые характеризуются высоки­ми скоростями газового потока (на порядок выше, чем в перио­дических реакторах), высокой производительностью по газу и интенсивностью работы.

Схема адсорбционной газоочистной установки:
1 — фильтр;
2, 3 — адсорберы;
4 — конденсатор;
5 — сепаратор;
/ — очищаемый газ;
// — очищенный газ;
///—водяной пар;
IV — неконденсируе.уые пары;
V—сконденсированный адсорбтив в хранилище;
VI — водный конденсат

Общие достоинства адсорбционных методов очистки газов
1) глубокая очистка газов от токсичных примесей;
2) сравнительная легкость регенерации этих примесей с превращением их в товарный продукт или возвратом в производство; таким образом осуществляется принцип безотходной технологии.
Адсорбционный метод особенно рационален для удаления токсических примесей (органических соединений, паров ртути и др.), содержащихся в малых концентрациях, т. е. как завершающий этап санитарной очистки отходящих газов.