Разработка технологической схемы очистки промышленных газов (стр. 3 из 5)

На втором этапе очистки газового потока будем проводить очистку от диоксида серы (SO₂) и необходимо добиться степени очистки η (SO₂) = 50 %, поскольку проводить очистку от диоксида азота будет более рационально и технико-экономически выгодно на последней стадии очистки газа, ведь выделяющееся приселективномкаталитическом их восстановлении тепло можно использовать в различных целях производства. Для очистки газов от диоксида серы предложено большое количество хемосорбционных методов, однако на практике применяются лишь некоторые из них. Это связано с тем, что объемы отходящих газов велики, а концентрация в них диоксида серы мала, газы характеризуются высокой температурой. Однако при проведении очистки на предыдущих этапах мы понизили температуру до 90 ^ºC и исключили влияние на очистку от диоксида серы пыли, поскольку она была уловлена. Так, абсорбция диоксида серы водой связана с большими затратами (в связи с низкой растворимостью SO₂ в воде для очистки требуется большой ее расход в абсорберы с большим объемом) [1, c.101]; рекуперационные методы очистки с регенерацией хемосорбента также экономически затратные (например, магнезитовый метод: SO₂ поглощают оксид-гидроксидом магния, в процессе хемосорбции образуют кристаллогидраты сульфита магния, который сушат, затем термически разлагают на SO₂ – содержащий газ, который перерабатывают в серную кислоту, и оксид магния, который возвращают на абсорбцию; к недостаткам метода относят сложность технологической схемы и неполное разложение сульфита магния при регенерации; цинковый метод: абсорбентом служит суспензия оксида цинка, образующийся оксид серы в результате реакции SO₂ с оксидом цинка и водой перерабатывают, оксид цинка возвращают на абсорбцию; недостатком метода является образование сульфита цинка, который экономически нецелесообразно подвергать регенерации, необходимо непрерывно выводить из системы и добавлять в нее эквивалентное количество оксида цинка; содовый метод: сущность этого метода заключается в промывке отходящих газов водными растворами кальцинированной соды: этот способ обеспечивает хорошую очистку отходящих газов от SO₂ с одновременным получением товарной соли NaHSO₃ и Na₂SO₃, однако он не нашел широкого применения ввиду ограниченного сбыта этих солей), поэтому целесообразно будет проводить очистку известковым методом, относящимся к нерекуперационным методам, достоинствами которого являются простая технологическая схема, низкие эксплуатационные затраты, доступность и дешевизна сорбента, возможность очистки газа без предварительного охлаждения [1, c.101]. Известковый метод обеспечивает практически полную очистку газов от SO₂ (η (SO₂) = 80 %), однако нам нужно добиться эффективности η (SO₂) = 50 %, для чего последовательно устанавливаем два скруббера, орошаемых известковым молоком. При этом фактическая полная степень очистки от диоксида серы находится по формуле [1,c. 53]:

При очистке газа от диоксида серы параллельно завершается очистка от пыли и температура газового потока на выходе из скрубберов, орошаемых известковым молоком, понижается до 30 ^ºC . Следует рассчитать суммарную степень очистки газов от пыли, достигаемую в выше указанных последовательно установленных аппаратах, по формуле [1,c. 53]:

Таким образом, приведенной последовательностью очистки от пыли легко достигается требуемая степень очистки 99,96%.

На третьемэтапе будем проводить очистку газа от диоксида азота и необходимо будет достигнуть эффективность очистки, равную 99,2 %. Существующие методы очистки подразделяются на три группы: поглощение окислов азота жидкими сорбентами, поглощение окислов азота твердыми сорбентами и восстановление окислов азота до элементарного азота на катализаторе. Наиболее распространенным методом в нашей стране является очистка газов от окислов азота путем поглощения их растворами Na₂CO₃ и Са (ОН)₂ , сравнительно реже — NaOH и КОН.

Метод щелочной очистки требует больших капитальных затрат и эксплуатационных расходов, но главный его недостаток в том, что степень абсорбции окислов азота не превышает 60—75% и, таким образом, этот метод не обеспечивает санитарной нормы очистки газов. Полученные в процессе очистки щелока нуждаются в дальнейшей многостадийной переработке для получения из них твердых солей.

Метод поглощения окислов азота твердыми сорбентами — силикагелем, алюмогелем, активированным углем и другими твердыми поглотителями — не нашел промышленного применения из-за сложности, малой надежности и дороговизны.

Метод каталитического восстановления окислов азота начал применяться только в последние годы и пока является наиболее совершенным методом.

Каталитическое восстановление окислов азота. Тонкая очистка газов от окислов азота может быть достигнута методом каталитического восстановления окислов азота. Восстановление начинается при 149° С в случае применения водорода в качестве восстановителя и при 400° С — в случае применения в качестве восстановителя метана. Восстановление окислов азота происходит при пропускании смеси газов, содержащих окислы азота с газом - восстановителем, над слоем катализатора. Выделяющееся в процессе реакции тепло используется либо для получения пара, либо в газовой турбине. В качестве восстановительного агента используются водород, метан и газы: природный, отходящие нефтяные и коксовый. Для осуществления процесса используются катализаторы различных типов.

Восстановление окислов азота возможно и без катализаторов при использовании высокотемпературного восстановительного пламени, при этом газы должны быть нагреты до температуры 950—1200° С. В качестве восстановителей могут быть использованы природный газ, водород и другие горючие вещества.

Таким образом, на мой взгляд, наиболее целесообразно в данном случае проводить очистку от диоксида азота методом селективного каталитического восстановления. Основан на реакции восстановления оксида азота аммиаком на поверхности гетерогенного катализатора в присутствии кислорода. Селективное каталитическое восстановление происходит при температурах от 180°С до 360°С с выделением больших количеств тепла, температура конвертируемых газов увеличивается в зоне катализа на 10-20°. Образующееся тепло рационально будет направить в теплообменник для дальнейшего его выгодного с экономической точки зрения использования, на выходе из которого температура газа составит 55 °С (так как точка росы составляет 35 ° С и оборудование размещаем в помещении и во избежание залипания газа температура на выходе должна превышать это значение точки росы). Этим способом очистки достигается требуемая степень очистки η_NO2 = 99,2%.

3. Выбор пылегазоочистного оборудования (с учетом объема очищаемых газов) и составление принципиальной схемы очистки газов

При выборе пылегазоочистного оборудования будем руководствоваться расчетным значением объема очищаемых газов, рассчитанных в предыдущем пункте, и следующей справочной литературой: Внуков А. К. «Защита атмосферы от выбросов энергообъектов» - при выборе марки циклона. Так, циклон выбираем по занимаемому очищаемыми газами объему, равному V_ц =

³, батарейный ЦБР-У-400 [4, c.165] и фильтр рукавный с импульсной продувкой рукавов ФРИ-С (Схема, принцип работы данных аппаратов подробно будут описаны в следующем разделе).

Составляем принципиальную технологическую схему (рис.1) очистки газов согласно выше описанным положениям и с учетом типа выбранного газоочистного оборудования.

Рис.1.Принципиальная технологическая схема очистки промышленных газов

4. Описание механизмов очистки газов пылегазоулавливающих установок принятых в схеме

В данном разделе будут описаны основные принципы очистки выбранных методов и механизмы очистки газов пылегазоулавливающих установок, принятых в схеме, их конструктивные особенности:

1) Циклон:

данный аппарат также относится к механическим («сухим») инерционным пылеуловителям центробежного типа. Они получили наибольшее распространение в промышленной практике, т.к. используемый в них способ разделения неоднородных пылегазовых потоков в центробежном поле более эффективен, чем гравитационное осаждение, поэтому они и применяются для отделения более мелких частиц пыли (до 5 мкм) [1, c.58].

Соотношение сил (центробежной и тяжести) определяется так называемым фактором разделения К_р [1, c.59]:

где w – линейная скорость (осаждения);

r – радиус вращения;

g – ускорение свободного падения.

На разделение кроме сил тяжести значительное влияние оказывают инерционные силы. Сущность инерционного осаждения заключается в применении значительных скоростей потока и в изменении его направления. При этом двигающиеся с большой скоростью твердые частицы вследствие большой инерции не будут успевать за изменениями направления потока, а, двигаясь в первоначальном направлении, будут оседать на стенках, перегородках, сетках и других частях аппарата.

Обычно в циклонах центробежное ускорение в несколько сот, а то и тысячу раз больше ускорения силы тяжести, поэтому даже весьма маленькие частицы пыли не в состоянии следовать за газом, а под влиянием центробежной силы движутся к стенке [1, c.59].

Основными элементами циклонов являются корпус, выхлопная труба и бункер. Газ поступает в верхнюю часть корпуса через входной патрубок, приваренный к корпусу тангенциально. Улавливание пыли происходит под действием центробежной силы, возникающей при движении газа между корпусом и выхлопной трубой. Уловленная пыль ссыпается в бункер, а очищенный газ выбрасывается через выхлопную трубу (рис.2).