Методы и оборудование для абсорбционной очистки газов и воздуха
Дзен-канал «ПЗГО» тепло приветствует своих Посетителей и предлагает к рассмотрению такой физико-химический процесс как абсорбционная очистка газов и воздуха, а также типы и принципы работы абсорберов и скрубберов.
Мы более 30 лет занимаемся разработкой мокрых пылегазоулавливающих систем и комплексов, которые на текущий момент показывают средний КПД 99% на более чем 200 промышленных предприятиях России, СНГ, Европы и Азии.
Понятие и определение абсорбции
Прежде чем перейти к методам и оборудованию для абсорбционного захвата, давайте освежим в памяти само понятие абсорбции.
Абсорбция – один из типов физико-химического взаимодействия, при котором улавливаемое вещество распределяется по всему объему жидкости (воды или химически активного раствора).
Восходит этот термин к латинскому глаголу «sorbere», что значит поглощать, впитывать, всасывать.
Есть еще один тип сорбции – адсорбция, но при адсорбции улавливаемые газовые компоненты распределяются не по всему объему адсорбента, а только в его поверхностном слое.
Таким образом, абсорбенты представляют собой жидкие растворы, а адсорбенты – твердые микропористые тела.
Читайте подробнее о различии между абсорбцией и адсорбцией на соседней странице нашего канала.
Физиосорбция и хемосорбция
Говоря об абсорбционной очистке воздуха или сепарации газовых смесей, стоит упомянуть, что поглощение компонентов в абсорбенте может проходить как на физическом, так и на химическом базисе (в реальных условиях физиосорбция и хемосорбция не являются изолированными процессами и почти всегда протекают вместе, в широком диапазоне соотношений):
- Физиосорбция – т.н. истинное поглощение, растворение одного вещества в другом идет без образования или разрыва химических связей, температура среды не меняется;
- Хемосорбция (химическая сорбция) – во время контакта абсорбента (воды) и улавливаемого вещества (веществ) идет химическая реакция с образованием новых или разрывом существующих связей. Обычно сопровождается нагревом, редко – охлаждением среды (эндотермическая реакция).
Абсорбционные методы в газо- и воздухоочистке
У абсорбционного метода газоочистки есть свои особенности, которые определяют его целесообразность в тех или иных производственных условиях.
Абсорбционная очистка, при правильном подборе жидких сорбентов способна демонстрировать до 100% эффективности в улавливании нежелательных примесей.
Другими ее преимуществами является высокая доступность экономичность перед адсорбционными, электростатическими и иными методами, особенно в разрезе водяной очистки воздуха – вода есть на любом промышленном участке.
Вдобавок, имплементация мокрого метода – пожалуй, единственный безопасный и результативный подход к процессингу микропылевых и газовых сред, склонных к самовозгоранию и / или самодетонации; мокрая обработка среды также неизбежно приводит к значительному охлаждению газопотока, что зачатую является одним из важных технических условий.
Образующиеся в результате работы скрубберов и абсорберов шламы и пульпы, как правило, подлежат дальнейшей дегидрации с экстракцией уловленных компонентов, (если это требуется).
Правильный выбор абсорбентов также позволяет получать такие пульпы, которые в дальнейшем могут быть экономически выгодно утилизированы, например, как прекурсоры удобрений, компоненты строительных и иных смесей.
В условиях обработки экстремально активных химических / токсических сред могут образовываться растворы, также проявляющие активные свойства, впрочем, эта проблема решается установкой станций нейтрализации стоков.
Примеры сорбционных реакций
Рассмотрим некоторые из химических реакций, которые протекают в мокрых абсорбционных аппаратах. Для примера отберем наиболее часто встречающиеся загрязнители:
- Нейтрализация диоксида азота гидроксидом калия: 4KOH + 4NO2 + O2 → 3KNO3 (нитрат калия – ценное удобрение) + 2H2O;
- Абсорбция сероводорода: 2KOH + H2S → K2S (сульфид калия) + 2H2O;
- Реакция диоксида серы с гидроксидом натрия: NaOH + SO2 → Na2SO3 + H2O (сульфит натрия и вода);
- Сорбция формальдегида в водном растворе гидроксида калия: 6CH2O + H2O·Ca(OH)2 → C6H12O6 (образование глюкозы или декстрозы – т. н. реакция Бутлерова).
Сорбция аммиака в воде
Что касается такого востребованного технологического процесса как водяная абсорбционная очистка воздуха от аммиака, то эта реакция протекает по физиосорбционному принципу, (поскольку аммиак относится к газам, которые очень хорошо растворяются в воде):
- NH3 + H2O → NH3·H2O (аммиак не реагирует с водой, растворяясь в ней до соотношения 700:1 при нормальной температуре).
Свойствами высокой растворимости в воде также обладают хлороводород, бромистый водород, метиламин и многие другие соединения.
Абсорберы и скрубберы
Аппаратами, в которых реализуется принцип абсорбционного захвата пылегазовых примесей, являются скрубберы и абсорберы, также известные под общими названиями «газопромыватели» или «жидкостные / мокрые пылегазоуловители».
Несмотря на то, что нередко точной разграничительной черты между абсорберами и скрубберами не проводят, следует отметить, что абсорберы в большей степени рассматриваются как аппараты химической очистки газов, в то время как скрубберы – как пылеуловители, (хотя скрубберы также способны на хемосорбционный захват нежелательых компонентов газопотока).
Типы аппаратов и реализуемые способы захвата примесей
Все абсорберы и скрубберы имеют фундаментально схожий принцип действия – это сорбция нежелательных компонентов воздухо- или газопотока в объеме воды или жидкого абсорбента.
Главным отличием мокросорбционных аппаратов друг от друга является способ представления (дистрибуции) жидкостного слоя, который может представлять собой падающую пленку, слой пены, микротуман или кипящий слой.
Подробный обзор всех типов мокрых скрубберов
Разберем подробнее типы промышленных абсорберов и скрубберов.
Полые скрубберы
К полым скрубберам относятся сорбционные аппараты, рабочая камера которых не содержит никаких тел (в отличие от насадочных разновидностей).
Несмотря на то, что ни пылегазоуловители Вентури, ни пенные (барботажные) абсорберы не содержат в рабочих камерах какого бы то ни было наполнителя, традиционно, полыми скрубберами называют самый простой тип мокрых абсорберов, схожих по принципу работы с сухими циклонными пылеуловителями.
Принцип работы полого скруббера заключается в тангенциальном / касательном подведении загрязненного потока в конусообразную колонну, где поток завихряется и одновременно орошается форсуночным блоком.
Растворение газов идет в образующемся турбулентном тумане, но, помимо прочего, завихрение среды «относит» капли абсорбента на внутреннюю поверхность камеры, где образуется непрерывно стекающая вниз (т.н. падающая) пленка, в которой также идет сорбция нежелательных компонентов воздухопотока.
Вентури
Скруббер Вентури утилизирует более продвинутый принцип задержания поллютантов. Основной элемент абсорбционного аппарата – трубка Вентури переменного диаметра, представляющая собой сочленение двух полых конусов, соединенных узкими частями (т.н. конфузорами).
Конструкция трубы Вентури такова, что газопоток, благодаря перепаду диаметров, начинает разгоняться, и скорость достигает своего максимума в наиболее узкой части трубы. В зоне максимальной скорости газа (или воздуха) располагается блок орошения.
Газовая смесь разбивает воду или абсорбент в туман, в микрокаплях которого и происходит связывание требуемых компонентов.
Обзор-презентация скруббера Вентури, ООО «ПЗГО»
Пенные абсорберы
Пенные абсорберы – их также именуют барботажными фильтрами – представляют собой колонны / башни круглого или прямоугольного сечения.
В рабочей камере располагается одна или, чаще – несколько, установленных друг над другом барботажных тарелок, имеющих отверстия (перфорацию).
Подвод среды осуществляется снизу, и газ / воздух, поднимаясь по колонне, проходит сквозь перфорацию, что вкупе с непрерывным орошением поддонов приводит к вспениванию абсорбента.
Слой самоподдерживающейся (за счет входящего потока) метастабильной пены является основным фильтрующим фукнтором, в котором происходит сорбция нежелательных примесей.
Несмотря на то, что пенные абсорберы главным образом используются для химической очистки газов или воздуха, они также демонстрируют высокий КПД в улавливании мягких механических включений, что делает их крайне востребованными очистными агрегатами в энергетическом секторе – они исключительно результативны в одновременном улавливании как дымовых газов, так и пепла, сажи. золы, копоти.
Обзор характеристик и принципов работы барботажного фильтра от «ПЗГО»
Насадочные колонны со стационарным слоем
Главным типом аппаратов абсорбционной очистки газов и воздуха являются насадочные колонны (башни) – когда говорят об абсорберах без какого-либо уточнения, почти всегда имеют в виду именно их.
Обычно это колонные газопромыватели (для компактности они также могут быть изготовлены и в горизонтальном исполнении), чья рабочая камера заполнена т.н. стационарной, неподвижной насадкой – массивом наполнителя из тел определенной геометрии, имеющих высокую удельную поверхность, то есть, большой площадью поверхности на единицу объема.
К таким телам относятся кольца Рашига (супер-Рашига), кольца Палля, седла Инталлокс, хорды, полухорды, кольца Бялецкого и другие элементы.
Эффективность насадочных абсорберов обуславливается созданием в рабочей камере обширного микропленочного слоя, который образуется на поверхности насадочных тел, как бы обволакивая их в результате форсуночного орошения.
1. Загрязненный поток подводится / нагнетается в рабочую камеру агрегата с помощью напорного вентилятора;
2. Оросительный блок распыляет над поверхностью стационарной насадки воду или жидкий активный абсорбент (слабокислый, слабощелочной, марганцевый, бромистый или иной раствор); на поверхности насадочного массива при этом образуется жидкостная пленка площадью ≈ 100-200 м2/ м3 (в зависимости от типа насадки);
3. Входящий газопоток пропускается через рабочую камеру и многократно контактирует с жидкостным слоем, при этом идет процесс быстрого сорбирования нежелательных примесей в абсорбентной пленке;
4. Отработанный абсорбент (пульпа) отводится из аппарата по открытому или полузамкнутому контуру.
Насадочные башни реализуют один из наиболее эффективных методов задержания опасных, химически активных и токсичных загрязнителей, и это прямо отражается на выборе материалов – как для самого аппарата, так и для насадки: это может быть нержавеющая сталь, титан, полиэтилен, полипропилен, фторопласт, стеклопластик или другие высокоинертные композиции.
Орошение насадки в горизонтальном скруббере со стационарным слоем
Области применения насадочных башен: нефтехимия, химия, металлургия, фармацевтика, производство полимеров (резин, пластмасс и иных пластиков), сжигание флотационных шламов, мусоросжигание, пиролиз.
Абсорберы с кипящим слоем
Скрубберы с подвижным (кипящим) слоем представляют собой тип пылегазоуловителей, способных к наиболее тяжелым режимам очистки комплексных сред, обильно загрязненных и механическими, и химическими включениями.
Особенностью метода сорбции, реализуемого в этих аппаратах, является создание в камере скруббера зоны т.н. псевдоожижения, которая образуется благодаря точному уравновешиванию давлений входящего потока и аэродинамического сопротивления скруббера.
Рабочая камера агрегата содержит массив полых полипропиленовых шариков, которые, в условиях псевдоожиженности – (и при параллельной подаче абсорбента в камеру) – начинают вести себя как жидкость, «кипят».
Такой сложный двухфазный слой позволяет достигать экстремальной эффективности в фильтрации комплексных газопылевых / пыледымовых потоков высоких концентраций.
Демонстрационный стенд, показывающий процесс, идущий в рабочей камере скруббера с кипящим слоем
Характеристики оборудования «ПЗГО»
Все абсорбционные аппараты, системы и комплексы, проектируемые в нашем бюро и изготавливаемые на наших собственных производственных линиях по собственным патентам, обладают нижеследующим перечнем характеристик:
- Средний КПД сорбции нежелательных включений газопотока ≈ 99% (включая пожароопасные, взрывоопасные, горячие и экстремально токсичные);
- Производительность оборудования по потоку – от десятков единиц до десятков тысяч кубометров загрязненной среды в час;
- Исключительно рациональный выбор конструкции и материалов абсорбера для точного соответствия технологическим условиям Заказчика:
- Низкое пневмогидравлическое сопротивление;
- Богатая комплектация аппаратов – для быстрого и бесшовного ввода газоочистителей в производственный цикл предприятия;
- Доступная цена, низкие операционные траты и быстрая окупаемость систем даже в рамках внедрения на средних и малых производственных участках.
Заказ, изготовление, доставка и внедрение газоочистных систем и комплексов
По любым вопросам, касающимся индивидуального расчета, проектирования и изготовления надежных, компактных, эффективных и доступных аппаратов для абсорбционной очистки газов или воздуха, пожалуйста, контактируйте с нами через наш официальный сайт gas-cleaning.ru
Быстро произведем, доставим и смонтируем (или обеспечим шефмонтаж) на Вашем промышленном участке. Регион сотрудничества – Россия и весь Евразийский континент. Обучим персонал. Гарантия производителя.