Адсорбционная очистка газов 3 страница

Для построения рабочей линии процесса необходимо располагать величинами динамической адсорбционной емкости адсорбента а _д, кг/м³по извлекаемому компоненту для заданных концентраций адсорбтива на входе в адсорбер и выходе из него. Эта характеристика связана с концентрацией примеси в подаваемом на очистку газе С ₀, его фиктивной (отнесенной к сечению полого аппарата) скоростью w ₀ и временем защитного действия слоя адсорбента τ_пр следующим выражением:

. (108)

Время защитного действия адсорбента в виде слоя определенной высоты Н устанавливают для данной концентрации адсорбата в подаваемом на очистку газе на основании экспериментальных данных (по начальным участкам выходных кривых соответствующих процессов). Оно может быть также рассчитано по выражениям, получаемым на основе приближенных решений соответствующих систем уравнений, описывающих ту или иную модель адсорбции, при определенных граничных условиях. Скорость газа w ₀ обычно составляет 0,08–0,25 м/с.

Устройство адсорберов. Для проведения процессов адсорбции применяются адсорберы следующих типов:

1) с неподвижным зернистым адсорбентом;

2) с движущимся зернистым адсорбентом;

3) с кипящим (псевдоожиженным) слоем мелкозернистого

адсорбента.

Широко распространенный вертикальный адсорбер периодического действия с неподвижным слоем адсорбента (рис. 71, а) состоит из корпуса, в котором на поддерживающей решетке размещен слой зернистого адсорбента.

Адсорбент может располагаться и в виде горизонтального или кольцевого слоя (рис.71, б и в). Газовая (паровоздушная) смесь подается корпус 1 адсорбера, проходит сквозь находящийся на решетке 2 слой адсорбента, после чего удаляется через выхлопной штуцер. После завершения адсорбции для вытеснения поглощенного вещества из адсорбента в аппарат подается перегретый водяной пар (или другой вытесняющий агент), который движется в исправлении, обратном движению газа. Паровая смесь (смесь паров воды и извлекаемого компонента) удаляется из аппарата и поступает в конденсатор или в ректификационную колонну. После десорбции сквозь слой адсорбента пропускают для его сушки горячий воздух, который входит через паровой штуцер и удаляется через тот же штуцер, что и паровая смесь. Высушенный адсорбент охлаждается холодным воздухом, движущимся по тому же пути, что и водяной пар, после чего цикл поглощения повторяется снова.

Для организации непрерывного процесса очистки газа параллельно устанавливают несколько адсорбционных аппаратов, работающих со сдвигом во времени, так чтобы часть аппаратов находилась в стадии фильтрации, а один или несколько отключались на регенерацию. Учет отключаемых на регенерацию аппаратов при расчетах осуществляется путем соответствующего увеличения расчетной массы адсорбента. Степень очистки в аппаратах с неподвижным слоем адсорбента задается требованиями к концентрации примеси в выходящем газе и может достигать 99% и более. Однако стоимость очистки в таких аппаратах довольно высокая, так как эффективные адсорбенты относительно дороги и гидравлическое сопротивление аппаратов велико, что приводит к повышенным энергозатратам.

Адсорберы с кипящим (псевдоожиженным) слоем мелкозернистого адсорбента. При проведении адсорбции в кипящем (псевдоожиженном) слое адсорбента гидравлическое сопротивление слоя является весьма малым, поэтому можно создавать скорости газового потока в несколько раз большие, чем в неподвижном слое адсорбента. Благодаря сочетанию высоких скоростей газа с очень развитой поверхностью фазового контакта можно значительно интенсифицировать процесс адсорбции. При интенсивном перемешивании частиц в кипящем слое в нем происходит быстрое выравнивание температуры и предотвращается опасность перегрева адсорбента.

Следует, однако, отметить, что при соприкосновении газового потока на выходе из кипящего слоя с отработанными насыщенными частицами адсорбента может происходить частичная десорбция поглощенного вещества из адсорбента. При интенсивном перемешивании в кипящем слое происходит сильное истирание твердых частиц адсорбента, в связи с чем для проведения описанного процесса необходимо применять адсорбенты, обладающие достаточной механической прочностью.

Адсорберы с кипящим слоем мелкозернистого адсорбента делятся на одноступенчатые и многоступенчатые. В корпусе 1 одноступенчатого адсорбера (рис. 72) имеется распределительная решетка 2, через которую снизу подается газ, приводящий мелкозернистый адсорбент в состояние кипящего слоя.

Газ отводится через верхний штуцер. Адсорбент 3 поступает сверху и удаляется через трубу 4. В аппарате поддерживается определенный уровень «стационарного» кипящего слоя адсорбента.

Многоступенчатый адсорбер представляет собой колонну с тарелками в виде дырчатых или колосниковых решеток. Адсорбент подается газодувкой в верхнюю часть колонны и стекает по тарелкам через переточные трубки противотоком к газовой смеси. Газовая смесь, проходя через отверстия в тарелках, движется противотоком к адсорбенту. Адсорбент выгружается снизу колонны через специальный затвор. Путем такой многоступенчатой адсорбции достигается хорошее извлечение ценных компонентов из «бедных» газов. Кроме того, гидравлическое сопротивление аппаратов кипящего слоя невелико, что позволяет снизить энергозатраты.

Адсорбция продолжает оставаться основным способом очистки технологических газовых выбросов. В принципе, адсорбция может быть применена для извлечения любых загрязнителей из газового потока. На практике область ее применения ограничена рядом эксплуатационных, технических и экономических условий. Так, по требованиям пожаро- и взрывобезопасности нельзя подвергать адсорбционной обработке газы с содержанием взрывоопасных компонентов более 2/3 от нижнего концентрационного предела воспламенения. Оптимальные концентрации загрязнителей в газах, подаваемых на очистку, находятся в пределах 0,02 – 0,5 об. % (в пересчете на соединения с молекулярной массой ~ 100). Современные технические возможности не позволяют снижать концентрации загрязнителей посредством адсорбции до санитарных норм. Ориентировочно минимальные конечные концентрации загрязнителей, соответствующие приемлемым характеристикам адсорбционных аппаратов, на практике составляют 0,002–0,004 об. %. Поэтому адсорбционная очистка газов с начальным содержанием загрязнителя менее 0,02% уместна, если это дорогостоящий продукт или вещество высокого класса опасности.

Очистка газов с помощью ионитов. Иониты представляют собой твердые нерастворимые в воде полимерные материалы, которые обладают свойствами кислот, щелочей и солей. Формула их НR; ROH(Rобозначает полимерный радикал).

Иониты могут реагировать по следующим схемам:

ROH + HCl(газ)→RCl + H₂O; HR + NH₃(газ) →NH₄R

Аналогично иониты могут избирательно улавливать тот или иной кислый или щелочной компонент из газовой смеси. На этом основано применение ионитов для очистки газов.

Регенерация полученной при этом солевой формы ионита обычно осуществляется промывкой слабым 5%-ным раствором кислоты или щелочи соответственно для перевода ионита в первоначальную форму, например, по схеме RCl + NaOH→NaCl + ROH.

Для очистки газов иониты применяют или в виде слоя зерен размером. 0,3–2 мм, или в виде волокнистого материала сдиаметром волокон 5–36 мкм. Улавливание газов осуществляется в аппаратах двух типов – кипящего слоя или слоевого фильтра.

Метод очистки ионообменными материалами может дать высокую степень очистки газов – в 10 раз ниже требуемых ПДК. Особенностью этого метода является возможность селективного улавливания различных компонентов; отсутствие негативного влияния на процесс улавливания водяных паров; высокая емкость по улавливаемому компоненту.

Метод в основном применяют для очистки вентиляционных газов, так как при очистке горячих газов происходит разрушение или деформация ионитов, а при высокой запыленности газа происходит забивание слоя, снижение активности адсорбента и возникают сложности с его регенерацией.

Дата добавления: 2014-12-07