Пособие в области охраны окружающей среды и природопользования (стр. 111 )

При условии, что переносимые по воздуху удаляемые компоненты являются хорошо растворимыми в воде, можно сконструировать абсорбер с желаемой эффективностью удаления. Проблема возникает при необходимости поддерживать достаточно низкую концентрацию в абсорбирующей жидкости на поверхности, чтобы поддерживать движущую силу растворения. Часто это приводит к избыточному объему воды, необходимому для получения достаточной эффективности. Поэтому удаление различных компонентов с использованием только воды является бесполезным, и обычно применяют и другие абсорбенты.

Однако системы только с водой могут считаться первым этапом перед другими абсорберами, а бóльшая часть их эффективности обусловлена механизмами, не относящимися к абсорбции. Например, абсорбция воды ненасыщенного воздушного потока приведет к охлаждению воздушного потока до насыщения посредством процесса адиабатического охлаждения. Этот эффект охлаждения может привести к конденсации и удалению компонентов из воздушного потока по мере того как они охлаждаются до температуры ниже их точки кипения.

Факторы, учитываемые при конструировании

Эффективное распределение жидкости и воздуха является фундаментальным требованием ко всем конструкциям абсорберов. Оптимальная конструкция согласно стандартным принципам химического машиностроения требует данных о концентрации, растворимости и переносу массы для компонентов, удаляемых из газового потока. Большинство выбросов в атмосферу в секторе ППНМ являются сложными смесями, в которых трудно установить все присутствующие химические компоненты и еще труднее определить их концентрации. Характер и кинетика реакций окисления обычно не известна, и их очень трудно определить даже для отдельных компонентов. Утверждается, что конструкция абсорбционного оборудования должна быть скорее эмпирической, чем научной. Следовательно, объем насадки выбирается согласно объему, ранее установленному как обеспечивающий достаточно полную абсорбцию компонентов, которые надо абсорбировать. Если имеется только ограниченный опыт обсуждаемых выбросов, можно провести пилотные испытания установки.

Затем пилотные испытания установки или предыдущий опыт можно использовать для определения высоты насадки, требующейся для данных эксплуатационных характеристик. Насадку выбирают с учетом требуемой высоты устройства для требуемой эффективности. Размер и тип насадки, линейная скорость газа, определяющая диаметр абсорбера, линейная скорость жидкости, перепад давления газа и эффективность абсорбера на единицу высоты, определяющая высоту насадки, - все эти факторы взаимосвязаны. Поэтому процедура конструирования нацелена на оптимизацию конструкции с точки зрения капитальных и операционных расходов с учетом требуемой объемной производительности, эффективности абсорбции и ограничений таких, как возможное засорение насадки и максимально допустимый перепад давления.

В Таблице 7.35 показаны типичные диапазоны параметров, указанных выше.

Таблица 7.35- Типичные нормы для конструкции абсорбера.

Параметр конструкции	Единицы измерения	Величина
Скорость газа	м/с	0,5 - 2,0
Скорость потока газа	кг/м2/ч	2500 - 5000
Скорость потока жидкости	кг/м2/ч	25000 - 50000
Время пребывания газа	с	1- 3
Перепад давления	мм/м	20 - 50
Скорость отвода жидкости	% рециркулирующего потока	0 - 10
Орошение	% орошения	40 - 60

Абсорбирующие реагенты

Эффективность абсорбции может быть повышена, если абсорбирующая жидкость содержит реагент, который реагирует с компонентами, присутствующими в воздушном потоке. Это эффективно снижает концентрацию переносимых по воздуху компонентов на поверхности жидкости и, тем самым, поддерживает движущую силу абсорбции без необходимости в большом количестве абсорбирующей жидкости. Существует несколько специальных реагентов, которые можно применять в абсорбционных системах для удаления неприятных запахов и других органических компонентов из воздушного потока. Эти реагенты обычно представляют собой растворы окислителей.

Наиболее широко используемыми веществами являются гипохлорит натрия, пероксид водорода, озон и перманганат калия. Также широко распространено использование кислот и щелочей в качестве абсорбирующей среды; и часто кислотная/щелочная система применяется в комбинации с окисляющим абсорбентом. По причине существенного количества компонентов, которые могут присутствовать в выбросах в атмосферу из установок пищевой промышленности, часто используют многоэтапные абсорберы. Следовательно, абсорбирующая система может включать в себя начальный водный скруббер, за которым следует кислотный или щелочной этап, а в заключение - окислительный этап.

Гипохлорит натрия является очень широко применяемым окислителем, в первую очередь, благодаря его высокой реакционной способности. Было обнаружено, что гипохлорит особенно удобен в установках с выбросами в атмосферу, содержащими значительные уровни серы и неприятные запахи на основе азота.

Обычно гипохлорит используется при щелочном рН для предотвращения разложения на свободный хлор. Имеется склонность гипохлорита реагировать с определенными компонентами скорее через реакцию хлорирования, чем окисления. Это представляет особую проблему, если воздушный поток содержит ароматический материал, который может образовывать хлорированные ароматические соединения в потоке очищенного газа. Вероятность хлорирования является более высокой при более высоких концентрациях гипохлорита, поэтому конструкция, использующая более низкие концентрации гипохлорита в абсорбирующей жидкости, чем это действительно требуется для оптимальной абсорбции, снижает риск возникновения этого явления.

Чтобы справиться с этим, был разработан новый процесс, который, по существу, является обычным абсорбером с использованием гипохлорита, но в систему рециркуляции жидкости включен катализатор. Катализатор имеет в основе оксид никеля, и заявлено, что система очень заметно снижает скорость реакции гипохлорита и предотвращает какие-либо реакции хлорирования. Возможной реакции хлорирования удается избежать, так как катализатор способствует разложению гипохлорита на газообразный кислород и хлорид натрия в противоположность свободному хлору. Это, в свою очередь, позволяет использовать повышенные концентрации гипохлорита в абсорбере и повысить эффективность. Величина рН контролируется до рН 9, а возможность окисления-восстановления контролируется до оптимального значения.

Перекись водорода обычно является менее эффективной, чем гипохлорит, по причине ее более низкой окислительной способности. Однако она имеет преимущество, состоящее в том, что ее продуктом реакции является вода, и ее можно использовать там, где присутствуют ароматические соединения, по указанным выше причинам. Перекись водорода обычно используется в кислотных условиях, в первую очередь, для контролирования скорости разложения.

Озон также является мощным окислителем, хотя его окислительная способность больше выражена в жидкой фазе, чем в газообразной фазе. В Разделе 6.1 обсуждается применение ультрафиолетового излучения для повышения окислительных характеристик озона.

В последнее время используется несколько абсорбирующих растворов на основе поверхностно-активных веществ, хотя имеется ограниченная информация об их эксплуатационных характеристиках. В частности, была успешно применена система, использующая неионогенные поверхностно-активные вещества с пониженным пенообразованием, такие как применяемые в посудомоечных машинах средства, чтобы на поверхности посуды после мытья не оставалось капель.

Также используют твердые окислители, например, скруббер с оксидом кальция, в котором частицы оксида кальция вступают в контакт с потоком газа, содержащего неприятные запахи, образуя твердый осадок карбоната кальция. Сообщалось об ограниченных свойствах удаления запаха и существенных эксплуатационных проблемах в связи с обращением с сухими веществами. Поэтому более широко распространено применение жидких абсорбирующих веществ.

7.4.3.8.1 Абсорбер с насадкой

Описание

Системы с насадкой являются самым широко применяемым типом абсорберов, он предлагает преимущества максимальной площади поверхности на единицу объема и относительно низкий перепад давления. Схема расположения системы абсорбера с насадкой показана на Рисунке 7.29.

Рисунок 7.29 - Схема расположения реактора с насадкой

Очищаемый воздушный поток направляется противотоком в поток рециркулирующей жидкости. Зона насадки включает в себя несколько частей насадки, обычно изготовленных из пластика, что дает значительную площадь поверхности для контакта газа и жидкости друг с другом. Система для жидкости может включать в себя от простого блока рециркуляционного насоса до сложной станции дозирования химикатов вместе с дозирующим/контрольным оборудованием для контроля рН. Сообщается, что наиболее эффективное распределение жидкости достигается с помощью ряда распылителей, расположенных симметрично над зоной поверхности устройства. Очищенный воздушный поток проходит через туманоуловитель для удаления каких-либо увлеченных капель перед выпуском.

Экологические эффекты от внедрения метода

Удаление запахов, газов и пыли из отходящих газов.

Воздействие на различные среды

Образование сточных вод. Вероятно образование видимого факела в патрубке, выпускающем топочный газ.

Эксплуатационные данные

Сообщается, что абсорберы являются более эффективными для удаления специальных компонентов, чем для общего удаления, и они имеют зарегистрированную эффективность обычно 70 - 80 %.

Сокращается применение одного центрального распылителя для распределения жидкости, так как при этом жидкость распределяется хуже. В зависимости от вертикальной длины насадки в абсорбере, может потребоваться встраивание систем перераспределения жидкости.