Для улавливания частиц пыли применяют наиболее простые механические методы:
гравитационное оседание;
центрифугирование;
электростатическое оседание;
инерционное соударение;
прямой захват;
диффузия.
Для удаления парообразных и газообразных вредных веществ используются адсорбция и абсорбция, пламенное, термическое или каталитическое окисление или восстановление, химическое окисление или нейтрализация.
Адсорбцию и абсорбцию применяют для улавливания высокотоксичных или ценных веществ, которые в дальнейшем могут быть использованы в качестве сырья или готового продукта, например для улавливания паров органических растворителей. В качестве сорбентов применяют активированный древесный уголь или кокс, силикагели.
Адсорбция - процесс разделения газов, основанный на способности некоторых твердых веществ избирать газообразные компоненты из набегающего потока. Типичный адсорбент - активированный уголь.
Абсорбция - процесс поглощения веществ за счет растворения при контактировании загрязненного газа с поглотителем, например, водой. Движущая сила абсорбции - градиент концентрации на границе раздела газ/жидкость. Для увеличения поверхности раздела применяют диспергирование жидкости в газе или газа в жидкости.
Пламенное окисление (сжигание вредного вещества или дожигание его вместе с топливом) применяется для удаления горючих веществ при небольших объемах и малой концентрации.
Термическое и каталитическое окисление применяют при малых концентрациях вредных веществ, когда дожигание экономически невыгодно из-за большого расхода топлива.
Наиболее распространены при очистке газов адсорбционные, абсорбционные и каталитические методы.
Санитарная очистка промышленных газов включает в себя очистку от СО2, СО, оксидов азота, SO2, от взвешенных частиц.
• Очистка газов от СО2.
а) Абсорбция водой. Простой и дешевый способ, однако эффективность очистки мала, так как максимальная поглотительная способность воды — 8 кг СО2 на 100 кг воды.
б) Поглощение растворами этанол-аминов по реакции:
2R – NH2 + СО2 + Н20 ® (R – NH3)2CО3. В качестве поглотителя обычно применяется моноэтаноламин.
в) Холодный метанол СН3ОН является хорошим поглотителем СО2 при - 35°С.
г) Очистка цеолитами типа СаА. Молекулы СО2 очень малы (d = 3,1 × 10–10 м). Для извлечения СО2 из природного газа и удаления продуктов жизнедеятельности (влаги и СО2) в современных экологически изолированных системах (космические корабли, подводные лодки и т.д.) используются молекулярные сита типа СаО.
• Очистка газов от СО.
а) Дожигание на Pt/Pd (платино-палладиевом) катализаторе:
2СО + О2 ® 2СО2.
б) Конверсия (адсорбционный метод):
СО + Н2О ® СО2 + Н2.
• Очистка газов от оксидов азота.
В химической промышленности очистка от оксидов азота на 80% и более осуществляется в основном в результате превращений на катализаторах.
а) Окислительные методы основаны на реакции окисления оксидов азота с последующим поглощением водой и образованием HNO3:
окисление озоном в жидкой фазе по реакции: 2NO + О3 + Н2О ® 2HNО3;
окисление кислородом при высокой температуре: 2NO + О2 ® 2NO2.
б) Восстановительные каталитические методы основаны на восстановлении оксидов азота до нейтральных продуктов в присутствии катализаторов или под действием высоких температур в присутствии восстановителей. Процесс восстановления можно представить в виде следующей схемы:
N2О5 ® N2О4 ® NО2 ® NO –––––––––® N2 + О2.
–11°C 21,5°C 140°C 600°C 10 000°С
Разложение оксидов азота до нейтральных соединений (2NO ® N2 + O2) происходит в потоке низкотемпературной плазмы (10 000°С). Этот процесс при более низких температурах в присутствии катализатора протекает в двигателях внутреннего сгорания. Присутствие восстановителей в зоне реакции (угля, графита, кокса) также понижает температуру реакции восстановления. При температуре 1000°С степень разложения NO в реакции С + 2N ® СО2 + N2 составляет 100%.
При температуре выхлопных газов автомобиля в двигателе внутреннего сгорания возможна реакция:
2NO + 2СО ® N2 + 2СО2.
в) Сорбционные методы.
Это абсорбция оксидов азота водными растворами щелочей и известью СаСО3 и адсорбция оксидов азота твердыми сорбентами (угли, торф, силикагели, цеолиты).
• Очистка газов от SO2.
ТЭС мощностью 1 млн кВт при работе на каменном угле выбрасывает в атмосферу 11 тыс. т SO2, на газе — 20% этого количества.
Очистка дымовых газов электростанций обходится сейчас приблизительно в 300—400 тыс. руб. за 1 кВт в год. Снижение доли серы в нефтепродуктах на 0,5% обходится при этом в 30 тыс. руб. на 1 т. Методы улавливания SO2 требуют больших затрат, их можно разделить на аммиачные, нейтрализации и каталитические.
Эффективность очистки зависит от множества факторов: парциальных давлений SO2 и О2 в очищаемой газовой смеси; температуры отходящих газов; наличия и свойств твердых и газообразных компонентов; объема очищаемых газов; наличия и доступности хемосорбентов; потребности в продуктах утилизации SO2; требуемой степени очистки газа.
