Сорбционные методы очистки выбросов от оксида серы и других серосодержащих веществ

Введение
Вентиляционные выбросы – это выбросы механической и естественной общеобменной вентиляции и местной вытяжной вентиляции. Выбросы общеобменной вентиляции характеризуются низким содержанием вредных веществ в большом объеме загрязненного воздуха. Поэтому при определении загрязнения атмосферы промышленной площадки и окружающих территорий вентиляционные выбросы следует принимать во внимание наряду с технологическими. Выбросы от местных отсосов по своей характеристике приближаются к технологическим и также должны быть очищены [12].
Актуальность темы работы определяется тем, что на современном этапе для большинства промышленных предприятий очистка вентиляционных выбросов от вредных веществ является одним из основных мероприятий по защите воздушного бассейна. Обезвреживание выбросов предполагает либо удаление вредных примесей из инертного газа-носителя, либо превращение их в безвредные вещества [1].
Для обезвреживания отходящих газов от газообразных и парообразных токсичных веществ применяют следующие методы: абсорбции (физической и хемосорбции), адсорбции, каталитические, термические, конденсации и компримирования [5].
Необходимо отметить, что сегодня является актуальной задачей осчиска выросов от косида серы и других серосодержащих веществ, так как к антропогенным источникам диоксида серы относят процессы сжигания топлива, содержащего серу и сульфаты (в основном угля) в промышленных и бытовых условиях, при переработке сернистых руд, при производстве серной кислоты, стекла, полимеров и некоторых лакокрасочных материалов [8].
Цель работы – описать сорбционные методы очистки выбросов от оксида серы и других серосодержащих веществ.
1 Физико-химические закономерности сорбционных процессов
Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха являются промышленные предприятия, транспорт, тепловые электростанции, животноводческие комплексы. Каждый из этих источников связан с выделением большого количества специфических токсичных веществ, иногда не поддающихся сразу идентификации [6].
Очистка выбросов в атмосферу складывается из двух принципиально различных процессов: очистка от аэрозолей – извлечение содержащихся в выбросах взвешенных твердых и жидких примесей (пыли, дыма, капелек тумана или брызг); физико-химическая очистка – извлечение или обезвреживание тех или иных газо- и парообразующих примесей [3].
Для решения проблемы очистки вентиляционных выбросов и газоочистки, необходимо применить комплексный подход, который будет основываться на рациональной организации технологического процесса очистки с применением современного оборудования.
Известно четыре основных метода очистки воздуха от газообразных примесей: методы абсорбции, хемосорбции, адсорбции и термической нейтрализации. Удаление из технологических и дымовых выбросов содержащихся в них газообразных компонентов (например, сернистого ангидрида) проводится методами абсорбции, адсорбции и хемосорбции [2].
Абсорбционная очистка отходящих газов применяется как для извлечения ценных компонентов из газового потока и возврата их снова в технологический процесс для повторного использования, так и для удаления из газового потока токсичных веществ с целью санитарной очистки газов. Обычно рационально использовать абсорбционную очистку тогда, когда концентрация целевого компонента в газовом потоке достаточно велика: свыше 1 % об.
Абсорбция - процесс избирательного поглощения одного или нескольких компонентов из газовых смесей жидкими поглотителями. Газовую фазу, в которой находится компонент, подлежащий удалению, называют газом-носителем, поглощаемый компонент - абсорбтивом, а жидкий поглотитель - абсорбентом. В зависимости от физико-химической основы процесса различают физическую и химическую абсорбцию (хемсорбцию, т.е. абсорбцию, сопровождающуюся химической реакцией поглощаемого из газа компонента с абсорбентом) [4].
Абсорбционные методы очистки отходящих газов подразделяют по следующим признакам: по абсорбируемому компоненту; по типу применяемого абсорбента; по характеру процесса (с циркуляцией и без циркуляции газа); по использованию абсорбента – с регенерацией и возвращением его в цикл (циклические) и без регенерации (не циклические); по использованию улавливаемых компонентов (с рекуперацией и без рекуперации); по типу рекуперируемого продукта; по организации процесса (периодические и непрерывные); по конструктивным типам абсорбционной аппаратуры [6].
Адсорбционный метод является одним из самых распространенных средств защиты воздушного бассейна от загрязнений

. Поглощаемое из газовой фазы вещество называется адсорбтивом, а твердое вещество, на поверхности или в порах которого происходит адсорбция поглощаемого вещества – адсорбентом. Газовая фаза, в которой находится извлекаемый компонент – газ-носитель, а после того, как извлеченный компонент перешел в адсорбированное состояние, его называют адсорбатом. Адсорбционную очистку применяют в том случае, когда другие методы оказываются неэффективны, либо когда концентрация загрязняющих веществ очень мала и требуется гарантированная рекуперация извлекаемой примеси из-за ее значительной стоимости или опасности. Методом адсорбции из отходящих газов удаляют диоксид серы, углеводороды, хлор, сероводород, сероуглерод и другие [4].
Адсорбционные методы очистки газов используют для удаления из них газообразных и парообразных примесей. Методы основаны на поглощении примесей пористыми телами – адсорбентами. Процессы очистки проводят в периодических или непрерывных адсорберах. Достоинством методов является высокая степень очистки, а недостатком – невозможность очистки запыленных газов [6].
2 Десульфиризация отходящих газов сорбционными методами
Сорбционные методы для очистки выбросов от оксида серы и других серосодержащих веществ можно классифицировать следующим образом:
- абсорбционные, при которых сернистый ангидрид связывается химически в промывочной жидкости физическим путем посредством молекулярного притяжения (абсорбция – поглощение вещества из растворов или газов твердыми телами или жидкостями, которое происходит во всем объеме поглотителя – абсорбента), например, абсорбция на основе соединений аммиака (NН3);
- адсорбционные, при которых происходит связывание сернистого ангидрида с поверхностью твердого материала чисто физическими силами взаимодействия (адсорбция – поглощение вещества из растворов или газов твердыми телами или жидкостями, которое происходит только на поверхности поглотителя – адсорбента, например активированного угля);
- хемосорбционные, при которых происходит химическое связывание с твердым материалом.
Для удаления из отходящих газов диоксида серы используют абсорбционные методы. В качестве реагента может служить вода.
Необходимо отметить, что процесс сорбции оксида серы(IV) водными растворами протекает в две стадии: физическое растворение и химическое взаимодействие его с поглотителем. Механизм растворения оксида серы(IV) в воде предложен в работе [10], и описывается уравнениями (взаимодействие растворённого оксида серы(IV) с водой; диссоциация сернистой кислоты в воде).
Скорость процесса абсорбции оксида серы(IV) водой зависит от скоростей отдельных стадий процесса абсорбции и может проходить в диффузионной (лимитирующая стадия физическая абсорбция), кинетической (лимитирующая стадия химическая реакция) или смешанной области.
Исследования процесса массопередачи в системе SO2-H2O показали, что скорость процесса растворения оксида серы(IV) в воде лимитируется протеканием медленной стадии гидролиза (кинетическая область процесса), являющейся обратимой реакцией первого порядка [10].
Однако, растворимость сернистого газа в ней относительно невелика, что требует больших объемов поглотителя и абсорберов (скрубберов). Для повышения растворимости SO2 применяют щелочные растворы, в том числе, где это возможно, морскую воду, имеющую слабощелочную реакцию.
Абсорбционным методом можно воспользоваться без предварительного обеспыливания газов, с использованием суспензий извести, известняка. Из получаемого шлама может быть изготовлен гипс, если провести дополнительную операцию окисления сульфита кальция воздухом при повышенном давлении