Тверской Городской Форум

Статьи, обзоры и общение

Очистка газа от сероводорода

Для того, чтобы знать, как проводится очистка биогаза, необходимо иметь представление, что собственно из себя представляет биогаз. Для некоторых это совершенно новое понятие, о котором они ни разу не слышали.

Итак, биогазом называют газ, который выделяется впоследствии анаэробного брожения веществ органического происхождения. Процесс ведется под воздействием необходимых бактерий. Биогаз применяют достаточно широко. Он может употребляться для работы плит, стоящих на кухне, что уже делает область применения достаточно значимой. При необходимости газ сжимается и закачивается в баллоны. Затем, как баллон готов, газ можно использовать в виде топлива для автомобильного двигателя.

Самая большая проблема, которая встает при очистке биогаза – наличие в нем сероводорода. Именно поэтому очистка газа от сероводорода пользуется такой популярностью. Если же игнорировать чистку газа, то металл может быть подвержен коррозии. Кроме этого, форсунки быстро засоряются и выходят из строя (имеются ввиду форсунки в газовых приборах).

Поэтому, прежде чем будет применять биогаз, освободите его от сероводорода. Для того, чтобы грамотно провести очистку от сероводорода, можно получить помощь у специалистов. Некоторых предпочитают работать в домашних условиях. Но в таком случае есть определенные риски, даже для жизни и здоровья. Свойства газа таковы, что он иногда ведет себя непредсказуемо.

Содержание

Как чистить

Биогаз бывает загрязнен. Приходится избавляться не только от сероводорода, но и углекислого газа. Так уж сложилось, что эти два вещества не позволяют сразу же пользоваться топливом. Проходится проходить процедуры очистки, как руками профессионалов, так и в домашних условиях.

Для избегания больших количеств вредоносных примесей, можно подобрать самое подходящее биовещество, из которого ведется производство биогаза. Что касается систем по очистке, то их основная цель – очистка газа. Их работа ведется в соответствии от места расположения. Кроме этого, важно, какие виды очистительных установок используются.

В наши дни, если рассматривать вопрос малых и средний установок, то можно выделить определенную тенденцию. При рассмотрении вопроса с точки зрения затрат и получения прибыли не очень выгодно перерабатывать газ, чтобы образовывалось электричество. То же самое можно говорить и о сжатии, закачки биогаза в баллон. Самым лучшим видом использования и переработки подобного газа является обогрев помещений, подготовки пара, прогрева воды и готовки еды.

Стоит отметить такую деталь – большая часть доходов перерабатывающих организаций подобного уровня выходит именно от процесса производства биоудобрений.

Уменьшение показателя влаги газа

Весьма актуально стоит проблема снижения влаги в газе. Из-за того, что в составе биогаза очень много влаги, ее необходимо удалить, при этом применяется механическое решение. Для того, чтобы процесс прошел гладко и лишняя влага была удалена, применяется специальное оборудование, которое доступно не каждому. У биогаза снижается показатель влаги также за счет понижения температуры.

Газ пропускается сквозь подземную трубу. Там влага подвергается конденсации из-за перепада температуры. В данном случае речь идет о снижении температуры. Когда газ поднимается вверх, естественно, температура начинает повышаться. Это помогает его нагреть.

Если провести замеры показателя влажности до начала проведения процесса и после, то можно прийти к выводу, что уровень влаги значительно снижается. Данный процесс весьма непростой и в домашних условиях его провести сложно. Более того, специалисты не рекомендуют заниматься этим самостоятельно. Лучше всего обратиться к тем, кто имеет большой опыт и наличие специального оборудования. Если же решите провести все в домашних условиях, то используйте счетчики сухого газа. Дело в том, что по истечении времени они могут заполняться поглощенной жидкостью.

СИНТЕТИЧЕСКИЕ ЦЕОЛИТЫ. ОЧИСТКА БИОГАЗА ОТ БАЛЛАСТНЫХ ПРИМЕСЕЙ

При снижении давления из раствора амина выделяются фракции легкокипящих углеводородов. Разделение образовавшейся смеси происходит в сепараторе (2). Выделившийся в процессе сепарации газ отводится из верхней части аппарата в факельную систему сжигания «кислых» газов или в блок термической деструкции.

После сепарации раствор амина проходит механическую очистку в последовательно расположенных мешотчатом (3) и угольном (4) фильтрах.

Далее, очищенный от механических примесей раствор насыщенного амина поступает в теплообменник (5), где происходит нагрев за счет теплообмена с потоком регенерированного амина из ребойлера (7).

Из теплообменника (5) раствор амина подается в колонну-десорбер (6). Подвод тепла, необходимого для процесса регенерации, происходит в ребойлере (7). Источником тепла может быть как прямой подогреватель (газовая горелка, термоэлектрический нагреватель), так и косвенный (пар или горячее масло). АВО рефлюкса (8) обеспечивает частичную конденсацию паров из колонны-десорбера, формируя тем самым поток рефлюкса.

Регенерированный амин отводится из переливной секции ребойлера (7) и подается в теплообменник (5) для нагрева потока насыщенного амина, после чего подпорным насосом подается в секцию АВО амина (12).

Охлажденный регенерированный амин подается в колонну-абсорбер нагнетательным насосом (13).

Решения «ГазСёрф»

Установка аминовой очистки в США, Оклахома

Установка аминовой очистки в США, Оклахома

Турчанович И.Е.1, Турчанович Н.Н.2

1,2 Магистр, Дальневосточный Федеральный Университет

СИНТЕТИЧЕСКИЕ ЦЕОЛИТЫ. ОЧИСТКА БИОГАЗА ОТ БАЛЛАСТНЫХ ПРИМЕСЕЙ

Аннотация

В статье ставится задача – рассмотреть типы цеолитов с разной адсорбционной ёмкостью при известных параметрах биогаза, с целью подбора и использования их в качестве фильтров.

Ключевые слова: цеолит, синтетические цеолит, адсорбция, адсорбер, биогаз, балластные газы, адсорбционная ёмкость

Turchanovich I.E.1, Turchanovich N.N.2

1,2 Master, Far Eastern Federal University

SYNTHETIC ZEOLITES. BIOGAS PURIFICATION FROM BALLAST CONTAMINATS

Аbstract

Keywords: zeolite, synthetic zeolite, adsorption, adsorber, biogas, ballast gases, adsorption capacity

Введение

Цеолиты – большая группа близких по составу и свойствам минералов, водные алюмосиликаты кальция и натрия из подкласса каркасных силикатов, со стеклянным или перламутровым блеском. Их главное отличие в том, что они поглощают и выделяют не только воду, но и другие различные молекулы без изменения кристаллической структуры. Поглощение цеолитами молекул связано с явлением адсорбции – концентрированием вещества из газовой фазы на поверхности твердого тела (адсорбента) или в объёме, образуемых его структурой пор.

Использование природных цеолитов было ограниченно ввиду малой адсорбционной способности, они применялись для газов и жидкостей с примесями небольшого размера молекул, поэтому их использовали только для уменьшения жесткости воды. Ситуация изменилась, когда в 50-х годах в лаборатории Р. Баррера были получены первые синтетические цеолиты. Исследования показали, что искусственно синтезированные цеолиты в качестве адсорберов имеют уникальные свойства, так как способны поглощать все компоненты сложных смесей. Также, они способны очищать вещества даже от незначительного количества нежелательных примесей, что очень важно для некоторых видов промышленности.

Основная часть

Одно из направлений использования цеолитов – очистка биогаза от балластных газов. Биогаз получают путем брожения биомассы (сельскохозяйственные отходы, твёрдобытовые отходы, отходы канализационных стоков) при температуре 25 – 40˚С, газ выходит в водонасыщенном состоянии. Исходя из этого процесса биогаз насыщен водяным паром и содержит помимо метана (CH4) двуокись углерода (СО2) и существенное количество сероводорода (Н2S). Очищение от балластных газов повышает теплотворную способность биогаза, предотвращает коррозию трубопроводов и оборудования системы газоснабжения.

Зная химический состав и количество выделяемого биогаза, а также процентное содержание каждого компонента, можно подобрать тип и объём цеолита.

Подбор типа цеолита ведётся при помощи графиков составленных по таблицам. Адсорбер выбирается исходя из температуры биогаза и адсорбционной способности цеолита при определённом давлении, а также с учетом того, чтобы вместе с балластом не удалялся метан или его потери были минимальны. Знание диаметров молекул позволяет уточнять исключающие моменты работы адсорберов.

Таблица 1 – Газокинетические диаметры молекул

Были рассмотрены такие типы цеолитов как NaA, NaX, CaA. Согласно источнику , синтетические цеолиты адсорбируют необходимые вредности. На территории России есть крупные поставщики цеолитов такие как: ООО «Цеолит-Трейд», АкваХим, OOO «СкатЗ».

По графикам, изображённым на рисунках 1-3 можно сделать вывод, что при температуре 25˚С адсорбционная ёмкость рассмотренных цеолитов больше, следовательно фильтр в большём количестве улавливает балластные газы.

Рис. 1 – График, иллюстрирующий способность цеолита NaA адсорбировать пары воды при различных давлениях и температурах

Рис 2. – График, иллюстрирующий способность цеолита СaA адсорбировать пары воды при различных давлениях и температурах

Рис. 3 – График, иллюстрирующий способность цеолита NaХ адсорбировать пары воды при различных давлениях и температурах

Рис 4. – График, иллюстрирующий способность цеолитов NaA, CaA и NaХ адсорбировать пары воды при различных давлениях и температурах

По графику, изображённому на рисунке 4 видно, что для очистки от паров воды предпочтителен цеолит NaX. Однако необходимо проверить способности цеолита улавливать молекулы метана. Что показывает график, изображенный на рисунке 5.

Рис 5. – График, иллюстрирующий способность цеолитов NaA, CaA и NaХ адсорбировать метан при различных давлениях и температурах

Так как способность адсорбировать метан у цеолита NaX наибольшая, из рассмотренных типов цеолита при повышении температуры, в дальнейшем исследовании нет смысла рассматривать данный тип цеолита, что упрощает их подбор для адсорбции паров воды, сероводорода и углекислого газ.

Так же необходимо знать, что цеолит NaA при температуре свыше 27˚С (температура входящая в диапазон, при котором газ выходит из биореактора) не адсорбирует молекулы больше 4Å. Эти данные показывают предпочтение в выборе цеолита NaA.

В качестве цеолита для адсорбции паров воды выбран тип NaA.

Рис 6. – График, иллюстрирующий способность цеолита CaA адсорбировать сероводород при различных давлениях

Для сероводорода выбран цеолит CaA, так как цеолит NaА не задерживает данные молекулы. График зависимости адсорбционной ёмкости от давления изображён на рисунке 6.

Рис 7. – График, иллюстрирующий способность цеолитов NaA и CaA адсорбировать углекислый газ при различных давлениях

Цеолит СаА подобран для адсорбции от двуокиси углерода. Если применить цеолит NaA, то при 25˚С цеолит будет адсорбировать углекислый газ и метан, при повышении температуры цеолит не будет адсорбировать данные молекулы вовсе.

Для углекислого газа выбран цеолит CaA, в соответствии с графиками изображенными на рисунках 5 и 7.

Методика расчёта загрузки цеолита.

Месячная загрузка фильтрующего вещества i-го вредного компонента определяется по формуле:

Результаты:

Характеристики цеолита приняты с учётом известной температуры газа на выходе в пределе от 25 до 40˚С. Приняты оптимальные значения адсорбционной ёмкости с целью уменьшения затрат денежного капитала на дополнительное оборудование (теплообменники для отвода/подвода теплоты и устройства изменения давления).

Таблица 2 – Характеристики цеолита для очистки от балластных газов

Заключение

  1. Данные характеристики цеолита помогут в дальнейшем исследовании устройства биогазовых установок и их компоновки.
  2. Требуется дополнительное изучение влияния изменения температуры и давления газа на процесс очистки.
  3. Необходимо выполнить расчёт технико-экономических показателей цеолитовых фильтров и сравнить стоимость данной системы с другими системами очистки.
  4. Для более полного исследования очистки биогаза цеолитовыми фильтрами запроектирована научно-исследовательская установка.

Литература

  1. ГОСТ 5542-87. Газы горючие природные для промышленного и коммунально-бытового назначения. Дата введения 01.01.88.
  2. УДК 504.064.2.001.18.

    Рекомендации по расчету образования биогаза и выбору системы дегазации на полигонах захоронений твердых бытовых отходов / Государственный комитет Российской Федерации по строительству и жилищно-коммунальному комплекс Федеральный центр благоустройства и обращения с отходами – МОСКВА 2003.

  3. Биогаз. Состав, расчет, производство биогаза. URS: http://www.eti.su/articles/over/over_404.html (дата обращения 10.10.2015).
  4. Вершинина Н.Н., Турчанович И.Е. Биогаз. Перспективы использования, 2013.
  5. В. Баадер, Е. Доне, М. Бренндерфер. Биогаз теория и практика. – М.:Колос. 1982.
  6. Веденев А.Г., Веденева Т.А., Биогазовые технологии в Кыргызской Республике, 2006. — 90с.
  7. Барбара Эдер, Хайнц Шульц. 1996 г. Биогазовые установки. Практическое пособие. Перевод с немецкого выполнен компанией Zorg Biogas в 2008 г. 0-268 с.
  8. Биогазовые установки для сельского хозяйства фирмы АО Центр «ЭКОРОС» URS: http://itk-energo.narod.ru/Predlogenie2.2.htm (дата обращения 12.10.2015).
  9. Источник: http://zorgbiogas.ru. Биогазовые установки Кому выгодно строить биогазовую станцию?. URL: http://esco.co.ua/journal/2010_7/arthtm (дата обращения 12.10.2015).
  10. Профессор Бекман И.Н. МЕМБРАНЫ В МЕДИЦИНЕ URL: http://profbeckman.narod.ru/MedMemb.files/medmemb5.pdf (дата обращения 13.10.2015)
  11. Солнце, ветер, биогаз! Альтернативные источники энергии: экологичность и безопасность. Проблемы, перспективы, производители. 2005. — 174 с
  12. Елисеева И.С. Становление и развитие производства синтетических цеолитов – 2003.
  13. Вершинина Н.Н., Турчанович И.Е. Технология получения биогаза от переработки отходов фермерских, 2014.
  14. Д. Брек Цеолитовые и молекулярные сита. / Перевод с английского выполнен А.Л. Клячко, И.В.Мишина, В.И.Якерсона –1976.
  15. Цеолиты / OOO «СкатЗ», группа компаний ОАО «Газпром нефтехим Салават». Режим доступа: http://skatz.ru/uploads/static/6/zeolites.pdf (дата обращения 10.10.15).
  16. Цеолиты URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D6%E5%EE%EB%E8%F2%FB (дата обращения 13.10.2015).
  17. Garrison (Игорь), Yus (Александр) Цеолиты, их некоторые свойства и применение в аквариуме. URL: http://aquacontrol.narod.ru/zeolit/zeolite_1.htm (дата обращения 12.10.15).

Физико – химические основы мэа очистки газа от со2.

Очистка газа от двуокиси углерода раствором моноэтаноламина основана на следующих основных уравнениях: на первой стадии при 0,5 моль СО2 / моль МЭА образуется главным образом карбамат моноэтаноламмония:

2NH2CH2CH2OH + H2O + CO2 = (CH2CH2OHNH3)2CO3.

Карбамат подвергается гидролизу по сравнительно медленной реакции, при этом образуется бикарбонат и молекула свободного моноэтаноламина, вновь вступающая в реакцию:

CH2CH2OHNH3COOCH2OH2OHNH3 + CO2 + H2O =

= 2NH3CH2CH2OHHCO3.

В итоге суммарная реакция при достижении 0,5 моль CO2 /моль МЭА имеет вид:

CO2 + CH2CH2OHNH2 + H2O = CH2CH2OHNH3HCO3.

Указанные реакции являются обратимыми, сложными, экзотермическими, и протекают в жидкой фазе. При низких и умеренных температурах и повышенном парциальном давлении CO2 в абсорбере реакции идут слева направо, то есть с поглощением CO2. При снижении давления и повышении температуры в регенераторах – рекуператорах реакции идут в обратном направлении с выделением CO2 и высвобождением свободного моноэтаноламина для абсорбции.

При повышении давления равновесная растворимость СО2 в водном растворе МЭА возрастает также за счёт увеличения растворимости в воде и при этом равновесие смещается в сторону уменьшения объема (вправо). Однако растворимость СО2 с увеличением давления возрастёт слабо вследствие уменьшения скорости химических реакций .

Растворимость СО2 в водных растворах МЭА для давлений 2,92 105–39,2 105 Па может быть определена по формуле:

 (СО2) = a – b  t;

где  (СО2) – количество молей СО2, растворяющихся в 1 кг растворителя;

a и b – коэффициенты, учитывающие влияние давления СО2 и его концентрацию;

t – температура,  С.

Увеличение растворимости СО2 при повышении давления процесса абсорбции, по сравнению со стехиометрическим соотношением, вызвано ростом его физической растворимости в растворителе.

Абсорбция СО2 раствором МЭА осложняется химической реакцией в жидкой фазе, которая, ускоряя поглощение СО2, влияет на коэффициент массопередачи и на движущую силу процесса.

Аппараты мэа очистки газа от со2.

Абсорбер насадочный

Абсорбер тарельчатый

Для очистки конвертированного газа от двуокиси углерода применена принципиальная технологическая схема тонкой очистки под давлением с раздельными потоками раствора моноэтаноламина.

Конвертированный газ под давлением не менее 2,8 МПа и с температурой не более 50  С подаётся в абсорбер, орошаемый раствором моноэтаноламина с температурой 35 – 42  С.

Абсорбция двуокиси углерода происходит в насадочном абсорбере с кольцами “Инталокс”. В соответствии с принятой двухпоточной схемой абсорбер разделён на две секции: нижнюю и верхнюю.

Конвертированный газ проходит вначале нижнюю секцию абсорбера, где происходит грубая очистка газа от 18 до 1,7 % СО2 ( степень очистки 67 – 76 % ) 20% — ным раствором моноэтаноламина. Затем газ проходит верхнюю секцию абсорбера, где очищается до остаточной объёмной доли СО2 не более 0,03 %. В верхней части абсорбера очищенный от СО2 конвертированный газ проходит насадку, орошаемую флегмой, сепарирующее устройство и выносной отделитель для уменьшения уноса моноэтаноламина с газом. Затем очищенный от СО2 конвертированный газ направляется на метанирование.

Верхняя секция абсорбера, предназначенная для тонкой очистки газа, орошается глубоко регенерированным раствором МЭА второго потока. Из верхней секции абсорбера раствор поступает в нижнюю секцию, предназначенную для грубой очистки газа, где смешивается с грубо регенерированным раствором МЭА, идущим из регенератора первым потоком. Насыщенный раствор МЭА выходит из нижней секции абсорбера при температуре 57 – 65 С и поступает на регенерацию в регенератор – рекуператор. Регенератор – рекуператор подобно абсорберу разделён на две секции. Насыщенный раствор на выходе разделяется на три потока. Около 10 % раствора направляется непосредственно на верхнюю тарелку регенератора. Примерно 45 % общего количества раствора поступает в регенератор через теплообменник, где нагревается за счёт тепла грубо регенерированного раствора, подаваемого из верхней секции регенератора. Этот поток подогретого раствора поступает на верхние тарелки верхней секции, но ниже ввода неподогретого раствора.

Остальные 45 % раствора поступают в другой теплообменник , где нагреваются до более высокой температуры за счёт тепла глубоко регенерированного раствора, выходящего из нижней секции регенератора – рекуператора . Этот более горячий раствор подаётся в середину верхней секции. Десорбция СО2 из раствора происходит за счёт тепла парогазовой смеси, поступающей из нижней секции регенератора.

Скруббер для очистки биогаза от сероводорода и углекислого газа

На выходе из верхней секции поток грубо регенерированного раствора разделяется на две примерно равные части: половина проходит теплообменник, где отдаёт своё тепло насыщенному раствору, а затем насосами через аппарат воздушного охлаждения подаётся на орошение нижней секции абсорбера; второй поток переливается внутри регенератора в нижнюю секцию, где осуществляется его глубокая регенерация.

Окончательная десорбция СО2 из раствора происходит при кипячении его в выносных кипятильниках. Из нижней секции регенератора глубоко регенерированный раствор проходит теплообменник , затем насосами подаётся через воздушный холодильник на орошение верхней секции абсорбера. Тепло, необходимое для регенерации, сообщается раствору в кипятильнике горячей конвертированной парогазовой смесью после конверсии окиси углерода. При этом конвертированная парогазовая смесь охлаждается от 176 до 137  С. Недостающее количество тепла (около 30 %) передаётся раствору в кипятильнике греющим паром под давлением. Конвертированный газ из кипятильника поступает на дальнейшее использование тепла и охлаждение перед МЭА очисткой.

Выходящая из верхней секции регенератора смесь двуокиси углерода и водяного пара под абсолютным давлением 0,17 МПа и при 75 – 85  С поступает в конденсатор – аппарат воздушного охлаждения, где температура смеси снижается до 40  С. При охлаждении конденсируются водяные пары.

Конденсат с газом поступает в сборник флегмы, откуда СО2 удаляется в атмосферу, а конденсат – флегма – возвращается насосами в цикл раствора для поддержания баланса воды в системе. Часть флегмы поступает на питание тарелок в верхней части абсорбера для промывки конвертированного газа от паров моноэтаноламина. Очищенный газ, выходящий из верхней секции абсорбера, содержит 0,01 – 0,03 % объёмных СО2.

В отличие от двухступенчатой установки в верхнюю секцию абсорбера, являющуюся второй ступенью очистки газа, поступают газ с более высоким содержанием СО2 и более концентрированный раствор амина, поэтому на выходе раствора из верхней секции абсорбера достигается более высокая степень карбонизации МЭА.

Абсорбция СО2 из конвертированного газа раствором МЭА при низком давлении осуществляется в аппаратах с кольцевой насадкой, не создающей большого гидравлического сопротивления. С увеличением производительности абсорбера возрастают его размеры. Замечено, что эффективность насадочных абсорберов с увеличением их диаметра снижается. Это объясняется трудностью достижения равномерного распределения потоков жидкости и газа по сечению аппарата.

Барботажные абсорберы обладают более высоким гидравлическим сопротивлением потоку газа, чем насадочные, но позволяют легче достичь равномерного распределения жидкости по сечению абсорбера при больших диаметрах аппаратов.

С учётом межтарельчатого пространства эффективность рабочего объёма насадочных и тарельчатых абсорберов примерно одинакова. Оптимальным аппаратом является насадочный абсорбер, работающий в режиме частичного затопления насадки. Нижняя часть такого абсорбера работает в барботажном режиме, продолжительность контакта между газом и раствором увеличивается и достигается высокая степень карбонизации. Верхняя часть абсорбера работает в плёночном режиме, то есть жидкость распределяется по поверхности насадки в виде плёнки. Математическая модель – каскад РИС.

Кинетический расчет насадочных моноэтаноламиновых абсорберов может быть осуществлен двумя способами. В первом из них предполагается использование эмпирических объемных коэффициентов массопередачи. Этот способ достаточно прост, но точность его невелика, особенно при экстраполяции экспериментальных данных на другие значения α.

Второй способ расчета абсорберов основан на использовании коэффициентов массоотдачи и реальной движущей силы. Этот метод более сложен, но точнее отражает влияние различных параметров на скорость абсорбции.

Расчет тарельчатого моноэтаноламинового абсорбера заключается в гидравлическом расчете тарелок и кинетическом расчете аппарата. Методика гидравлического расчета тарелок провального типа и ситчатых тарелок изложена в работе. Кинетический расчет тарельчатого абсорбера может быть проведен на основании опытных данных по коэффициентам массопередачи и коэффициентам извлечения, особенно, если условия работы проектируемого аппарата близки к условиям работы обследованных абсорберов. Если на тарелке жидкость перемешивается практически полностью, коэффициент извлечения () равен

где — коэффициент массопередачи ; а — удельная поверхность контакта фаз, м2/м3;hn — высота газ о жидкостного слоя, м; wГ — приведенная скорость газа при рабочих условиях, м/с.

Определение понятия и назначение газоочистных установок

ГОУ – очень широкое и размытое понятие. Как следует из самого термина «установка», такие системы, (как правило, многоступенчатые), могут быть построены на базе широкого спектра индустриальных газовых фильтров различных типов и принципов действия.

Разумеется, в понятие обычно включается и вся сопутствующая оснастка: газоходы, вентиляторы, насосы, бункеры, отстойники, теплообменники, автоматика, системы контроля. Главное условие – обеспечение высокого КПД очистки газов.

Если взглянуть технологически непредвзято и принять в расчет тот факт, что воздух представляет собой сложную газообразную смесь, выражение «газоочистная установка» может с полной оправданностью применяться и к промышленным воздухоочистным (вентиляционным и аспирационным) аппаратам и комплексам.

ГОУ на базе абсорбционных башен

Современная промышленность эксплуатирует невообразимое множество технологических процессов, большинство из которых подразумевают критическую необходимость очистки / пурификации циркулирующих потоков и / или нейтрализации (утилизации) отходящих выбросов: газов, дымов, паров, туманов, аэрозолей, суспензий, эмульсий и механических пылевых включений.

На сегодняшний день разработаны многочисленные методики воздушного и газового очищения. Рассмотрим ключевые типы фильтров и результативные подходы к промышленной воздухо- и газоочистке. В конце данной страницы мы подведем итог и составим сводную таблицу эффективности наиболее распространенных и востребованных ГОУ.

ГОУ сухого типа действия

Широкая группа газовоздушных фильтров представлена устройствами сухого действия. Такие аппараты показывают достойный КПД в захвате пылевых и газовых конденсатов, не содержащих или содержащих минимальное количество жидкой фазы (воды, иного влажного пара, аэрозоля, тумана).

Газоочистная установка циклон

ГОУ циклонного типа – несмотря на то, что Пользователи поисковых систем и Клиенты-промышленники формулируют свой запрос именно так – не является газоочистной системой в прямом смысле этого слова.

Циклоны представляют собой класс, пожалуй, простейших – после пылеосадочных камер и жалюзи – пылеуловителей, хорошо справляющихся с удалением средне- и крупнодисперсной сухой неволокнистой пыли нецементирующейся природы. Это древесная стружка, неорганическая пыль, опилки, сыпучие и строительные смеси, крупы, лузга, зерноотходы, шелуха, резиновая крошка, пластиковая, полимерная, каменная, минеральная, металлическая пыль (при обработке высокоабразивного механического партикулята рекомендуется футерование рабочей камеры стойкими к истиранию материалами).

Циклонные пылеосадители

Сухие циклоны принципиально не способны на фильтрацию газов.

Принцип работы – ротационно-инерционный. Запылённый поток тангенциально нагнетается в конусообразную камеру, где, завихряясь, сталкивает механический загрязнитель с внутренними стенками аппарата, в результате чего пыль/стружка теряет кинетическую энергию, замедляется и под силой тяжести опадает в пылесборный бункер циклона.

Для увеличения производительности и снижения общего сопротивления нередко объединяются в т.н. батареи.

Читайте подробнее о сухих циклонных пылеуловителях.

Адсорберы

Не менее широко используются в современной промышленности и сухие адсорберы. Эффективность таких устройств обеспечивается микропористыми твердыми адсорбентами в виде пеллет, таблеток или гранул.

Фильтрационным субстратом заполнена рабочая камера газоочистной установки. Загрязненный поток вводится в камеру и, проходя через фильтрующий массив, селективно (выборочно) «теряет» на поверхности адсорбента нежелательные или токсичные газы.

Самым распространенным адсорбентом является микропористый активированный уголь: прогрессивные методы активации карбона позволяют достигать КПД ≈ 100% в улавливании множества высокотоксичных и технологически неприемлемых примесей.

Знакомство с адсорбцией

Помимо прочего, активность адсорбента может быть «усилена» катализатором, например, алюминием, магнием, медью, никелем и другими металлами, металлическими и неметаллическими оксидами. В этом случае к физическому захвату присовокупляется химическое (каталитическое) действие, что еще сильнее повышает результативность технологии.

Впрочем, использование адсорбционных модулей накладывает некоторые ограничения. Для достижения номинального коэффициента полезного действия ГОУ газопоток должен иметь относительную влажность не выше 70% и быть чистым от механической пыли (при высокой влажности и / или запыленности среды рекомендуется комплектация установки предварительным осушителем и / или пылеосадителем).

Разновидностью адсорбции является фотокатализ, принцип которого, в целом, соотносится с сухой адсорбцией, но – вдобавок ко всему – каталитически модифицированный оксидом титана наполнитель облучается ультрафиолетом, что позволяет результативно уничтожать бактерии, вирусы и другие микроорганизмы. Фотокатализ широко эксплуатируется в устройствах кондиционирования, бытовой и автомобильной вентиляции.

Пожалуйста, ознакомьтесь подробнее с промышленными адсорберами.

Электростатические, плазменные (холодная плазма) и газоразрядные фильтры

Отдельным классом газо- и воздухоочистных систем являются ГОУ на базе электрических (электромагнитных и электростатических) фильтров.

Главный принцип работы таких устройств в разрезе улавливания пылегазовых поллютантов – воздействие на электрические полюса элементов загрязнителя сильным электромагнитным полем.

Поле, в котором происходит захват сорбата, в зависимости от типа аппарата, может генерироваться пластинчатыми или трубчатыми электродами (коронирующими и осадительными), нитями, неравновесной холодной плазмой (англ. Nonthermal plasma), газоразрядниками и иными электроизлучателями. Главное условие – обеспечить стабильное течение ионных токов между катодом и анодом.

Такой подход демонстрирует высочайшую результативность в отношении электрически НЕ-нейтральных молекулярных конгломератов (анионов и катионов) и «заряженных», особенно – микродисперсных металлических, пылей.

Несмотря на достойную продуктивность захвата токсических и микробных компонентов, электрофильтры относятся к ГОУ повышенной сложности и находят в промышленности ограниченное применение (энергетика, металлургия, химия).

Компактный электростатический преципитатор

При практически отсутствующем пневматическом сопротивлении, электростатические фильтраторы малоэффективны в процедурах очистки влажных, аэрозольных, сложносоставных газовоздушных сред; нерациональны они и для процессинга больших объемов газа / пыли высокой концентрации.

Даже используясь в тандеме с рукавными, кассетными и иными волоконными пылегазоосадителями, они почти всегда проигрывают современным, гибким и универсальным аппаратам мокрой очистки газов в части производительности, способности к самоочистке и многим другим параметрам.

Более подробно мы рассматривали эту тему здесь.

Ячеистые бумажные и лабиринтные картонные гофры, «гармошки»

Вкратце затронем бумажные и картонные лабиринтные фильтры, использование которых в большинстве случаев ограничивается предприятиями по производству ЛКМ, (красок, клеев и стройсмесей), а также окрасочными участками, где требуется системная очистка воздуха после покрасочных камер.

Обладая высоким пневмосопротивлением и не демонстрируя никакой эффективности в задержании токсичных газов, сплошные бумажные и картонные фильтры хорошо задерживают мелкодисперсный партикулят, и в редких случаях используется в качестве вспомогательных пылеулавливающих ступеней газоочистных установок.

Бумажный гофр-аккордеон на волоконной подложке

«Лабиринты» же имеют сопротивление не выше 5 Па и работают по инерционному принципу: струя завихряется внутри ходов – происходит скапливание загрязнителя на стыках формирующих плоскостей и в уголках гофрированной гармошки. Все фильтры такого типа – одноразовые и обычно не предусматривают утилизацию захваченных компонентов.

Волоконные / рукавные, матерчатые и нетканые пылегазоуловители

Несмотря на то, что войлок, ватин и другие валянные материалы давно используются для предварительной воздухоочистки, современные продвинутые технологии изготовления тонкодисперсных нетканых композитов в форме рукавов, полотен, кассет и картриджей позволяют осуществлять очистку от газокомпонентов.

Газоочистные установки на основе рукавных нетканых фильтроматериалов нередко используются для улавливания пыли и газов на АБЗ, на энергетических предприятиях и на других участках, имеющих в качестве побочных продуктов опасные/ кислые газы, пары и пылемеханические взвеси.

Рукава из нетканого материала

Технологии наделения рукавов жаростойкими и водостойкими свойствами медленно, но уверенно развиваются, что позволяет использовать волоконные рукава, полотна, кассеты и картриджи во все большем количестве производственных сфер.

Вопреки попыткам производителей удешевить и упростить конструкции, «бутылочным горлышком» установок ГОУ рукавного / матерчатого и смежных типов остается усложненный механизм самоочистки, который обычно реализован через встряхивание рукавов (или всего агрегата), ультразвуковую или инфразвуковую бомбардировку материала или комбинацию этих подходов.

Мембраны

В этом разделе также следует упомянуть и о мембранных патронах. Мембранные капсюли, как правило, представляют собой сменные цилиндры для установок абсолютной стерилизации и биологического обеспложивания газовоздушных сред. Используются в стерильных зонах (по стандартам ISO2-ISO6) трансплантологического, фармацевтического, пищевого (пиво- и виноварение) назначения, в цехах оптической и микроэлектронной / интегрально-микросхемной сборки.

Мембранный патрон

Газоочистные установки мокрого типа

Обширнейший класс оборудования мокрой газоочистки представлен скрубберами и абсорберами водяного и реагентного типов.

Скрубберы (газопромыватели) и абсорберы

Несмотря на различие в терминологии, как скрубберы, так и абсорберы реализуют различные модификации подходов мокрой сорбции газов и пыли. Традиционно мокрые сорбционные установки подразделяются на нижеследующие типы.

Орошаемые циклоны / промыватели СИОТ

Мокрые циклоны и промыватели СИОТможно отнести к наиболее простым решениям водно-реагентной пылегазоочистки. Как и в сухом циклоне, поток вводится в корпус аппарата и, радиально закручиваясь, устремляется к стенкам рабочей камеры. Но, в отличие от циклонных ГОУ, полые скрубберы и СИОТ оснащены водоподающей системой форсунок, орошающих внутреннюю полость и стенки аппарата.

Газопылевые включения, таким образом, сорбируются в микропленочном слое ГОУ, покрывающем внутреннюю полость агрегата, (а также, частично, в жидкостном тумане), и непрерывно стекают в составе воды в шламоприемный бункер под силой гравитации.

Мокрый центробежный сепаратор СИОТ

Небольшим отличием скоростного сепаратора от традиционного полого скруббера является то, что высокая радиальная скорость воды на поверхности внутренних стенок позволяет опадать вниз лишь внешним, утяжеленным поллютантом, жидкостным слоям. Внутренние же слои воды продолжают вращение по окружности (сила Кориолиса), ожидая захвата и утяжеления.

Вопреки расхожему мнению, сорбционная емкость обычной технической воды, (особенно – охлажденной), достаточно высока, чтобы эффективно захватывать не только средне- и микродисперсную механику, но и, в некоторой степени, вредные или нежелательные газы.

Газоочистители Вентури

Скрубберные установки системы Вентури используют в качестве основного технологического элемента т.н. трубку / конус Вентури. Согласно закону Бернулли, при неизменном давлении и сужении трубы, скорость среды пропорционально возрастает.

При постоянстве входящего давления газовый поток разгоняется в конусе до десятков метров в секунду и встречает на своем пути водяную завесу, генерируемую форсуночным блоком. Жидкость (или реагент) разбивается в микротуман, который с предельной результативностью захватывает из потока пылегазовые компоненты. Мы наглядно рассказали о принципах и преимуществах Вентури в нижеследующем видео.

Видеодемонстрация скруббера Вентури, ООО «ПЗГО»

Пенные абсорберы

Барботажно-пенные абсорберы преимущественно используются для улавливания комплексных пылегазовых и дымовых смесей, обладающих химической / коррозионной активностью.

В качестве фильтра выступает самоподдерживающийся слой нестабильной пены или реагента, образующийся на перфорированных тарелках за счет прохождения потока через отверстия барботажных поддонов.

На поверхности пузырьков происходит эффективная нейтрализация вредных, токсических или технологически нежелательных веществ, а также «мягких» пылемеханиеских конденсатов – пепла, золы, копоти, сажи.

Схлопываясь, пузырьки обращаются в более тяжелую, чем пена, жидкость, и переливаются через края барботеров, уводясь (вместе с загрязнителем) из активной зоны газообработки.

Презентация пенного скруббера ООО «ПЗГО»

Насадочные абсорберы со стационарным слоем (хемосорберы)

Радикально иной подход мокрой сорбции реализован в абсорберах с неподвижной насадкой. Рабочая камера газоочистительной установки заполнена т.н. насадкой (кольца Палля, кольца Рашига, Инталлокс) – физическими телами определенной геометрии и топологии, которые обеспечивают огромную площадь контакта при небольшом объеме.

Полезная поверхность может исчисляться сотнями квадратных метров на 1 кубический метр насадки.

Форсуночный блок орошает водой или химическим раствором стационарные тела; вместе с этим в камеру подводится загрязненный газопоток.

Относящиеся к аппаратам химической газоочистки, насадочные абсорберы (хемосорберы) способны оперировать широким спектром химически активных жидких реагентов, что позволяет достигать ≈ 100% КПД в нейтрализации кислых газов (SOx, NOx, H2S, CO), паров кислот, щелочей, растворителей, спиртов, тяжелых углеводородов, галогенов.

Химические скрубберы и абсорберы изготавливаются из инертных материалов: полипропилена, полиэтилена, фторопласта, стеклопластика, нержавеющей стали или титана.

Полипропиленовый абсорбер

Скрубберы с псевдоожиженным слоем

Скрубберы с кипящим / псевдоожиженным слоем являются, пожалуй, самыми универсальными, производительными и высокоэффективными дымо- пыле- и газоочистителями.

Сочетая в себе преимущества и гибкость всех мокрых аппаратов, они представляют собой уникальный сплав инженерной мысли, современных материалов и технологий. Максимальную продуктивность FBS-аппараты показывают при обработке обильно и комплексно загрязненных потоков, особенно – дымовой – природы.

Принцип действия основан на использовании шаровой насадки (полые PP-шарики), которая хаотично движется в слое воды или химического абсорбента, создавая максимально плотный контакт очищаемой и очищающей сред.

«Кипение» шаровой насадки в рабочем отсеке аппарата: демонстрационный стенд

Преимущества оборудования ООО «ПЗГО»

Среди неоспоримых преимуществ псевдоожиженных скрубберов и других мокрых ГОУ от ООО «ПЗГО»:

  • Высочайший КПД в нейтрализации и утилизации диоксида серы, диоксида азота, сероводорода, формальдегида, аммиака, паров кислот и щелочей, ацетона, бензола, фенола, ксилола, эфиров и других газов. Соблюдение ПДК выбросов по ГОСТ, СанПин, ИСО, ГН.
  • Возможность аппаратов работать в качестве пылеуловителей, в том числе, для захвата липких, цементирующихся, густых и вязких пылей.
  • Обработка высокотемпературных сред и дымов с температурой до 900 градусов Цельсия.
  • Компактность и широкая вариативность исполнений: от десятков кубометров в час до десятков тысяч м3 среды в час.
  • Низкое гидравлическое сопротивление, простота внедрения в любую промышленную отрасль: энергетика, металлургия, химия, нефтехимия, пищепром, фармацевтика, агропром.
  • Для скрубберов модельного ряда «ШВ» с подвижной шаровой насадкой – способность к самоочищаемости фильтров.

  • Простота, надежность и неприхотливость, полная автоматизация работы газоочистителей.
  • Правильный выбор жидкого сорбционного агента делает возможным получение экономически ценных суспензий и шламов.
  • Доступная стоимость и быстрая окупаемость даже на предприятиях среднего и малого звена. Гарантия.

Масляные фильтры для очистки воздуха

В промышленной вентиляции и нефтяной сфере иногда применяются и воздушно-газовые фильтры масляного типа. В настоящее время встречаются 2 типа масляных воздухоочистителей:

  1. Абсорберный тип. Рабочая камера заполнена керамической или металлической насадкой, смоченной невысыхающим, дезодорированным минеральным маслом с требуемыми характеристиками. Недостаток метода – требование к регулярно чистке насадки с помощью горячего каустического раствора.
  2. Самоочищающийся ленточно-цепной фильтр со смачиваемыми пластинами.

    Самостоятельное производство биогаза

    Пластины подвешены на замкнутую ленту, которая в течение каждого цикла единожды проходит над масляной ванной, где происходит очистка пластинок и «обволакивание» их чистым сорбентом. Недостатки – сложность конструкции, включение в конструкцию электродвигателя.

Индустриальные масляные фильтры

Микробиологические методы газоочистки

Нельзя обойти вниманием и, наверное, наиболее прогрессивный – микробиологический метод газоочистки. Несмотря на то, что технология все еще находится в зародышевом состоянии, кое-какие результаты ученые-исследователи уже представили широкой публике.

Так, например, грязевые протобактерии вида Desulfobulbus propionicus способны «питаться» оксидами серы, превращая их в присутствии металлов в сульфиды и сульфаты, а микроорганизмы Kuenenia stuttgartiensis, экстрагированные из морской воды, эффективно утилизируют чистый аммиак, выделяя элементарный азот и значительное количество тепла.

Микроорганизмы Desulfobulbus Propionicus под микроскопом

Конечно же, микробиологический подход все еще представляет лишь экспериментальный интерес, но, кто знает, может быть, в обозримом будущем такие технологии будут главным драйвером продвинутых, безотходных газоочистных установок нового поколения.

Сводный рейтинг эффективности пылегазоуловителей

Сводная таблица эффективности оборудования.

  • Легенда: зеленый цвет – абсолютная эффективность, серо-синий – средняя, красный – низкая.
  • Сокращения: ГОУ – тип газоочистной установки, ГАЗ – степень очистки от газов, ПЫЛЬ – способность к пылеудалению, СЕЛ – селективность газоочистки, ТЕМП – способность к обработке высокотемпературных сред, СЛОЖ – общая сложность конструкции и эксплуатации (указана по пятибалльной шкале).

Голубым цветом выделено рекомендованное, надежное, гибкое и долговечное пылегазоулавливающее оборудование, производимое заводом ООО «ПЗГО».

ГОУ ГАЗ ПЫЛЬ СЕЛ ТЕМП СЛОЖ
Сухой циклон + +/- 2
Адсорбер + + + 2
Электрофильтр + 5
Бумага / Картон + 1
Рукавный фильтр + +/- 4
Мембраны + 4
Мокрый циклон +/- + + 2
Вентури + + +/- + 2
Пенный абсорбер + + + + 2
Насадочный абсорбер + +/- + + 2
Кипящий скруббер + + +/- + 3
Масляный фильтр +/- + 4
Бактерии + +
Заказ, расчет, проектирование, изготовление, продажа, доставка и монтаж ГОУ

По вопросам индивидуального расчета, проектирования, изготовления и приобретения современных, надежных, производительных, компактных и недорогих газоочистных установок, пожалуйста, контактируйте с нами удобным Вам способом или заполняйте Опросник Заказчика.

Быстро доставим оборудование до любого населенного пункта России, СНГ, Азии, Европы. При необходимости проведем быстрый профессиональный монтаж и введем аппараты в Ваши технологические циклы. Полное сопровождение Заказа. Взаимовыгодные условия, тонкий учет технологических и ценовых предпочтений Заказчика. Гарантия.

ООО «ПЗГО» – мы не следуем трендам газоочистки, мы создаем их.

К основным методам очистки газов от SO2, которые были проверены и отработаны на практике, относят:

  • каталитические методы;
  • методы нейтрализации;
  • аммиачные методы.

Каталитические методы

Основная идея каталитических методов очистки газов от диоксида серы заключается в его превращении в серную кислоту в присутствии катализатора. Существует множество вариантов проведения такого превращения, различающихся как условиями проведения, так и, что самое важное, используемым катализатором. К наиболее распространенным методам относят пиролюзитный и озонокаталитический метод, являющийся развитием предыдущего.

В пиролюзитном методе очистки диоксид окисляется кислородом воздуха до триоксида серы в присутствии катализатора пиролюзита, основу которого составляет MnO2, при этом Mn2+ также окисляется до Mn3+:

4Mn2+ + 3O2 -> 2Mn2O3

2SO2 + O2 -> 2SO3

Следующим этапом идет взаимодействие образовавшегося оксида Mn3+ с SO2, где первый восстанавливается назад до валентности 2+, а диоксид окисляется до триоксида:

2Mn2O3 + 6SO2 + 3O2 -> 2Mn2(SO4)3

Mn2(SO4)3 + SO2 + 2H2O -> 2 MnSO4 + 2H2SO4

С накоплением кислоты в растворе интенсивность процесса замедляется вплоть до практически полной остановки, что обусловлено снижением растворимости кислорода и сернистого ангидрида в жидкой фазе. Ниже приведен пример технологической схемы пиролюзитного метода очистки отходящих газов сернокислотного производства.

В начале очищаемый газ подается в абсорбционную колонну, где он охлаждается и происходит частичная конденсация паров серной кислоты и воды. Излишки циркулирующего раствора серной кислоты отводятся в сборник. Далее газ поступает в барботеры, где контактирует с раствором пиролюзита, который готовится отдельно в смесителе, куда поступают вода и раздробленный в мельнице пиролюзит. В барботерах происходит основная химия процесса, и образующаяся серная кислота также отводится в сборник. Поступает в сборник кислота в загрязненном виде с примесью катализатора, который требуется удалить, чтобы раствор принял вид готовой продукции. Для этого после сборника устанавливают центрифугу с промежуточными емкостями, где происходит очистка раствора серной кислоты и ее подача в цех.

Методы нейтрализации

Методы этой группы заключаются в нейтрализации сернистого ангидрида с образованием соответствующих солей. Существуют содовый (Na2CO3), известковый (CaO), магнезитовый (MgO) и подобные методы нейтрализации.

Способы обогащения биогаза путем удаления двуокиси углерода и прочих примесей

Помимо сравнительно простой реализации и небольших капитальных затрат они имеют преимущество в отсутствии кислых сред в процессе, что не требует использования кислотостойких материалов.

В качестве примера рассмотрим содовый метод. Очищаемый газ последовательно проходит две абсорбционные насадочные колонны, орошаемые раствором соды, который готовится отдельно в специальном подготовителе. Циркуляцию поглотительного раствора обеспечивают насосы. Сам процесс поглощения сернистого ангидрида из газа происходит по следующему механизму:

2Na2CO3 + SO2 + H2O -> 2NaHCO3 + Na2SO3

2NaHCO3 + SO2 -> Na2SO3 + 2CO2 + H2O

Na2SO3 + SO2 + H2O -> 2NaHSO3

В ходе очистки циркулирующий раствор поглощает диоксид серы и как следствие насыщается бисульфитом натрия. При достижении определенной концентрации часть раствора выводят из циркуляции в виде готового продукта, а недостачу восполняют добавлением такого же объема раствора соды для восстановления поглотительной способности.

Аммиачные методы

Такие методы достаточно экономичны и позволяют получать диоксид серы и соли аммония в качестве продуктов, но требуют использования аммиака. В их основе лежит процесс взаимодействия диоксида серы c водным раствором сульфата аммония, то есть метод относится к абсорбционным.

SO2 + (NH4)2SO3 + H2O = 2NH4HSO4

Получаемый в итоге бисульфит аммония подвергают разложению, для чего может применяться один из следующих способов: кислотный, автоклавный и циклический. В зависимости от выбора способа разложения будут отличаться и получаемые продукты, так использование кислот или циклического метода позволяет получить на выходе SO2 , а автоклавным разложением получают серу и сульфат аммония.

В качестве примера возьмем установку для осуществления аммиачно-сернокислого метода очистки. Как следует из названия, для разложения бисульфита аммония применяется серная кислота:

2NH4HSO4 + H2SO4 -> 2(NH4)2SO4 + 2H2O + SO2

Очищаемый газ подается в абсорбер, в данном случае распылительного типа, где происходит его контакт с раствором сульфита аммония. В нижней части аппарата происходит отделение капель жидкости с сульфитом и бисульфитом аммония, а газ выводится и направляется на доочистку вначале в каплеотбойник, и далее в электрофильтр. Конденсат из электрофильтра и отделенная жидкая фаза абсорбера поступают в сборник.

Эффективность абсорбции зависит от соотношения компонентов в поглотительном растворе. Баланс сульфита и бисульфита поддерживается путем добавления в раствор аммиака, запускающего реакцию:

NH4HSO4 + NH3 -> (NH4)2SO4

Увеличение концентрации солей в поглотительном растворе может привести к выпадению их в осадок, поэтому периодически часть насыщенного раствора (с концентрацией 500-600 г/л) отводят в другой сборник. Далее насыщенный раствор поступает в колонну разложения с насадкой, подогреваемую острым паром, куда также подается серная кислота, что инициирует цепочку превращений:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *