Промивання та абсорбція - це процеси, при яких відпрацьований газ контактує з рідиною (зазвичай водою). Це видаляє частинки пилу або розчиняє сам газ або пару у воді. Відповідно, ми розрізняємо два типи санації, які називаються загальною назвою прання.
Прання, тобто мокре поділ частинок, найчастіше ґрунтується на принципі т.зв. інерційний вплив, коли частинка з більшим імпульсом вражає і прилипає до краплі води, або за принципом дифузійного механізму, при якому дрібна частинка пилу дифундує на поверхню краплі, де вона затримується. Існують інші механізми прикріплення: пряме приєднання, електростатичні сили, конденсація води на частинках, відцентрова сила або сила тяжіння.
Поглинання є або фізичним, або хімічним. Фізичне поглинання відбувається, коли забруднювач розчиняється у розчиннику (абсорбенті). Якщо реакція між забруднювачем та розчинником або речовинами в розчиннику відбувається одночасно, то це хімічне поглинання (Lawrence et al., 2004). Процес поглинання може відбуватися з хімічною реакцією або без неї, з або без рециркуляції рідкої фази. Абсорбція - це процес дифузного масообміну, при якому розчинний газоподібний компонент видаляється з газу шляхом розчинення в рідкому розчиннику. Рушійною силою є різниця між концентрацією розчиненого компонента в газовій фазі та в рідкій фазі. Кількість адсорбованої речовини, яка розчиняється, виражається коефіцієнтом розподілу відповідно до співвідношення:
,
H - коефіцієнт розподілу,
cg рівноважна концентрація компонента в газовій фазі (кг. м –3),
cl рівноважна концентрація компонента в рідкій фазі (кг. м –3).
Значення коефіцієнта розподілу зростає із збільшенням температури та зменшенням тиску. Вода в основному використовується як розчинник, але також низьколетучі рідини. Поглинання може відбуватися без регенерації розчинника або з регенерацією. Регенерація проводиться дистиляцією, десорбцією (зачистка), опади, пов'язані з осадженням, хімічними реакціями нейтралізації, окислення, відновлення або гідролізу, екстракції та адсорбції розчиненої речовини з рідкої фази (Koutský and Malecha, 2006).
Застосовність
Найчастіше промивання використовують для видалення частинок розміром від 2 до 100 мкм (Forbes, 2009), але збільшуючи енергоємність процесу. Застосовується також для видалення сірководню (H2S) із звалищ твердих побутових відходів або забруднення з нафтопереробних заводів, відповідно. ділянки, забруднені нафтопродуктами (пероксид США, 2009), або для видалення газу SO2 та NO2 (Wiener and Matthews, 2003). Промивання та абсорбція більше підходять для видалення летких органічних сполук, ніж для видалення твердих речовин, які можуть спричинити засмічення (Kennes and Veiga, 2001).
Водопоглинання використовується для видалення газів, добре розчинних у воді ((HCl, HF, SiF6, NH3 тощо). Слаболужні розчини Na2CO3, NaHCO3 або NaOH, а також розчини солей амонію використовують для видалення таких кислих газів, як SO2, Cl2 та H2S, які менш розчинні у воді. Слабкі водні розчини кислот - H2SO4, H3PO4 або HNO3 - використовуються для очищення газів, що містять основні компоненти (NH3, аміни). Розчини, які не регенерують, можуть використовуватися як добрива або солі, що утворюються, дозволяють кристалізуватися. Крім води та лужних водних розчинів, аміни використовуються для видалення деяких кислих компонентів (H2S, SO2). Водні розчини окислювальних середовищ (KMnO4, H2O2, ClO2, NaClO гіпохлорит) використовують для утилізації певних органічних речовин (альдегідів та кетонів) або пахучих компонентів (тіолів та сульфідів). Абсорбція в органічних розчинниках, таких як мазути та інші розчинники з низьким тиском, використовується для уловлювання парів вуглеводнів та інших органічних речовин, нерозчинних у воді.
основна характеристика
Всі очисні пристрої, що використовують рідину для поглинання газів, засновані на створенні великих специфічних поверхонь рідини з використанням різних механічних методів. Ці методи включають гідравлічний розпилювач, осадитель, капелюшний бак, екранні баки, ущільнення (модульний або нахильний тип), решітки та різні комбінації пристроїв для досягнення якомога більшої питомої поверхні в мінімально можливому обсязі (Шиффтнер та Гескет, 1996). На фіг. 4.3.5 показано чотири типи мокрих пилозбірників.
Пояснення:
A - душ: 1 - забруднений газ, 2 - вода, 3 - вода з пилом, 4 - очищений газ,
B - рівень: 1 - забруднений газ, 2 - вода, 3 - пил, 4 - очищений газ,
C - Впорскування Вентурі: 1 - забруднений газ, 2 - вода, 4 - очищений газ,
D - Вентурі з циклоном: 1 - забруднений газ, 2 - вода, 3 - вода з пилом, 4 - очищений газ.
В збірник пилу для душу показано на фіг. 4.3.5A забруднений газ піднімається зі швидкістю близько 1 м. s –1. Миюча рідина розпорошується з сопел, розташованих на різній висоті колони. Рідина з пилом падає вниз і залишає колону внизу. Наприклад, розчин перекису водню H2O2 використовується для видалення сірководню H2S ( НАС перекис, 2009 ). Реакція протікає за рівнянням:
Гідроксид натрію NaOH використовується для нейтралізації сірчаної кислоти H2SO4:
Для підвищення ефективності розділення можна використовувати наповнювач, напр. скляні намистини.
В сепаратор рівня (Рис. 4.3.5B) рідина диспергується внаслідок надходження забрудненого газу нижче рівня рідини, де вона захоплюється струмом і змішується з газом завдяки відповідній формі ємності. Захоплена рідина збирається всередині ванни і збирається у збірний резервуар.
Ін'єкційний сепаратор Вентурі (Рис. 4.3.5С) працює як реактивний насос. Вода нагнітається в пристрій зі швидкістю 25 - 35 м. s –1, при цьому він засмоктує газ, який рухається зі швидкістю 10 - 20 м. s –1. Також можна використовувати кілька етапів миття поспіль.
Сепаратор Вентурі з циклоном (Рис. 4.3.5D) має найбільшу ефективність. Газ досягає швидкості на вході до 150 м. s –1. Миюча рідина потрапляє в центр шийки в найвужчій точці або вводиться в шийку радіально і розсіюється потоком газу. Рідина з пилом відокремлюється від потоку газу в циклоні. Відмінності робочих параметрів окремих сепараторів наведені в табл. 4.3.1 .
Вентурі з циклоном
Розміри частинок пилу
(кВт-год на 1000 м 3)
На поглинання Шкідливих газів і парів існує кілька конструкційних типів обладнання. Найбільш використовуваними є душові пристрої та пристрої Вентурі з циклоном, упаковані упаковані абсорбційні колони, поглинаючі колони з рухомим шаром та упаковані абсорбційні колони. На фіг. 4.3.6 показана упакована абсорбційна колона як частина блоку поглинання з регенерацією.
Пояснення: 1 - забруднений газ, 2 - насичена промивна рідина, 3 - поповнення промивної рідини, 4 - зворотний холодильник, 5 - видалені компоненти, 6 - регенерована промивна рідина, 7 - чистий газ, 8 - кожух абсорбційної колони, 9 - оболонка регенеративної дистиляції колони, 10 - розподільник рідини, 11 - випарник, 12 - охолоджувач води, 13 - паровий нагрівач, 14 - теплообмінник, 15 - насос, 16 - колонний упаковковий носій.
Переваги та обмеження
Переваги мокрі пиловловлювачі в основному в тому, що вони можуть переробляти гази з високою температурою та високим вмістом вологи, не створюють вторинних джерел пилу, створюють мінімальний ризик пожежі та вибуху, можуть одночасно видаляти пил та деякі забруднювачі з газу та мати менші розміри.
Їх використання є обмежена більша енергоємність (залежно від розміру частинок), можлива корозія за наявності кислих компонентів у газі, потреба в відстійниках та вимоги до їх зберігання або подальшої переробки. Можливість використання абсорбції також обмежена тим фактом, що для кожного типу забруднювачів немає відповідного або доступного розчинника. Правильний вибір органічних розчинників дуже важливий, щоб вони самі не стали джерелом летких органічних сполук у газі. Якщо утворюються солі, напр. при використанні NaOH, менш розчинного у воді, можуть утворюватися відкладення або сопла можуть засмічуватися. Тому необхідно правильно вибрати систему обробки промивного водного розчину. Коли використовується NaOH, можливо, що під час підкислення обробленої води може відбутися повторне виділення очищеної води. Одночасне поглинання та промивання пилу може спричинити проблеми з осіданням або засміченням, тим самим знижуючи продуктивність частин циркуляційної системи.
Тривалість та ефективність очищення
Мийка має високу ефективність, яка, однак, залежить від підтримки належної швидкості потоку забрудненого повітря (Forbes, 2009). При видаленні сірководню можна досягти витрати забруднюючих газів 50 м 3. хв –1. (Перекис США, 2009). Поглинаюча здатність становить від 3400 до 170000 м 3. h -1, а ефективність поглинання досягає 95-98% (Turchi and Wolfrum, 1994).
При високій ефективності експлуатаційні витрати відносно низькі. Капітальні витрати змінюються залежно від конструкції технології та складності видалення забруднень. Наприклад, згідно з роботами Turchi та Wolfrum (1994), це приблизно 7 - 30 € за м 3. h –1. Споживання енергії та води окремих типів сепараторів наведено в табл. 4.3.1. Наприклад, у випадку газу, що містить 200 ppm H 2 S, витрата перекису водню становить близько 56 g. хв -1 і гідроксиду натрію 35 г. хв –1 (перекис США, 2009 р.).
Автори: Яна Франківська, Йозеф Кордік, Ігор Сланінка, Любомир Юркович, Володимир Грайф,
Петро Шоттник, Іван Дананай, Славомир Мікіта, Катаріна Деркова та Власта Янова
Діоніз Штур Державний геологічний інститут, Братислава 2010, 360 с,