Абсорбционные методы очистки

Оглавление

Введение

Общая характеристика абсорбционных  методов очистки

I. Абсорбционные методы очистки отходящих газов от примесей кислого характера

2.1 Очистка газов от  диоксида серы

2.1.1. Абсорбция водой

2.1.2 Известняковые и известковые  методы

2.1.3 Магнезитовый метод

2.1.4 Аммиачный метод

II. Недостатки и преимущества абсорбционного метода очистки газов

III. Адсорбционные методы очистки промышленных выбросов

3.1 Активные угли

3.2 Силикагели

3.3 Алюмогели

3.4 Цеолиты

3.5 Иониты

Заключение

Список используемой литературы

 

 

 

 

 

 

Введение

Грандиозные масштабы производственной деятельности человека привели к  большим позитивным преобразованиям  в мире – созданию мощного промышленного  и сельскохозяйственного потенциала, широкому развитию всех видов транспорта, ирригации и мелиорации больших  земельных площадей, созданию систем искусственного климата. Вместе с тем  резко ухудшилось состояние окружающей среды. Дальнейшее ухудшение состояния  экосферы может привести к далеко идущим отрицательным последствиям для человечества. Поэтому охрана природы, защита ее от загрязнений стала одной из важнейших глобальных проблем.

Одним из следствий техногенного влияния на окружающую среду в  ряде стран в настоящее время  является заметное ухудшение состояния  атмосферного воздуха. Наиболее крупнотоннажные (млн. т. в год) глобальные загрязнения  атмосферы образуют СО (2*10 ), СО (200), SO (150), NO (50), сероводород.

Под очисткой газового потока понимают отделение от него или превращения  в безвредную форму загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу  вместе с газовым потоком. Воздушными массами загрязнения могут переноситься на большие расстояния и существенно  влиять на состояние атмосферы и  здоровья человека.

В частности, происходящее с  интенсивностью 0,4% в год накапливание в атмосфере СО вследствие поглощения им ИК-излучения солнца может вызвать глобальное повышение температуры («парниковый» эффект). Трансформация в атмосфере SO , NO и других анологичной природы выбросов может завершаться образованием кислотных туманов и выпадению кислотных дождей (снегов), вызывающих коррозию многих неорганических материалов (объектов), а так же угнетению и уничтожению различных объектов флоры и фауны.

Многофакторно отрицательное влияние атмосферных загрязнений и на животный мир, и, в частности, человека. Так. Даже малые концентрации SO при продолжительном воздействии обуславливают возникновение у человека гастрита, ларингита и других болезней. Предполагают даже связь между содержанием в воздухе SO и уровнем смертности от рака легких. Оксид углерода инактивирует гемоглобин, обусловливая кислородную недостаточность живых тканей, и вызывает расстройство нервной и сердечно-сосудистой систем, а также способствует развитию атеросклероза. Сероводород вызывает головную боль, слабость и тошноту и даже в малых концентрациях может обусловливать функциональные расстройства центральной нервной и сердечно-сосудистой систем. Оксиды азота сильно раздражают дыхательные органы, приводя к возникновению в них воспалительных процессов, под их влиянием образуется метгемоглобин, понижается кровяное давление, возникает головокружение, рвота, одышка, возможна потеря сознания.

Эти обстоятельства обуславливают  жесткие требования, предъявляемые  к производственным выбросам в атмосферу  и содержанию загрязнений в атмосферном  воздухе. Выполнение этих требований контролируется специальными службами предприятий, а  также ведомственных и государственных  органов путем, а частности, установления соответствия измеряемых показателей  регламентируемым величинам ПДК  и ПДВ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Общая характеристика абсорбционных методов очистки

Абсорбцией называют процесс  поглощения газа жидким поглотителем, в котором газ растворим в  той или иной степени. Обратный процесс  – выделение растворимого газа из раствора – носит название десорбции.

В абсорбционных процессах (абсорбция, десорбция) участвуют две  фазы – жидкая и газовая и происходит переход вещества из газовой фазы в жидкую (при абсорбции) или, наоборот, из жидкой фазы в газовую (при десорбции). Таким образом, абсорбционные процессы являются одним из видов процессов массопередачи.

На практике абсорбции  подвергают большей частью не отдельные  газы, а газовые смеси, составные  части которых (одна или несколько) могут поглощаться данным поглотителем в заметных количествах. Эти составные  части называют абсорбируемыми компонентами или просто компонентами, а не поглощаемые  составные части – инертным газом.

Жидкая фаза состоит из поглотителя и абсорбируемого компонента. Во многих случаях поглотитель представляет собой раствор активного компонента, вступающего в химическую реакцию  с абсорбируемым компонентом; при  этом вещество, в котором растворен  активный компонент, будем называть растворителем.

Инертный газ и поглотитель  являются носителями компонента соответственно в газовой и жидкой фазах. При физической абсорбции инертный газ и поглотитель не расходуются и не участвуют в процессах перехода компонента из одной фазы в другую. При хемосорбции поглотитель может химически взаимодействовать с компонентом.

Протекание абсорбционных  процессов характеризуется их статикой и кинетикой.

Абсорбционные методы очистки  отходящих газов подразделяются по следующим признакам: 1) по абсорбируемому компоненту; 2) по типу применяемого абсорбента; 3) по характеру процесса – с циркуляцией  и без циркуляции газа; 4) по использованию  абсорбента – с регенерацией и  возвращением его в цикл (циклические) и без регенерации (не циклические); 5) по использованию улавливаемых компонентов  – с рекуперацией и без рекуперации; 6) по типу рекуперируемого продукта; 7) по организации процесса – периодические и непрерывные; 8) по конструктивным типам абсорбционной аппаратуры.

 

I. Абсорбционные методы очистки отходящих газов от примесей кислого характера 2.1 Очистка газов  от диоксида серы 2.1.1. Абсорбция  водой Абсорбция водой диоксида серы сопровождается реакцией:   Растворимость SO в воде мала. Зависимость между общей концентрацией SO а растворе и равновесным давлением  выражается формулой: , где  - равновесное давление SO ;  - константа фазового равновесия для SO , м *Па/кмоль; К - константа равновесия реакции. При абсорбции SO водой процесс лимитируется диффузионным сопротивлением со стороны газа и жидкости. Он может быть проведен а абсорберах различной конструкции. Для колонн с провальными и сетчатыми тарелками коэффициенты массоотдачи могут быть определены из уравнений: , , где  и  - диффузионные критерии Нуссельта для газа и жидкости;  и  - диффузионные критерии Прандтля для газа и жидкости;  и  - критерии Рейнольдса для газа и жидкости;  и  - коэффициенты массоотдачи со стороны газа и жидкости, м/с;  - поверхностно-объемный диаметр пузырьков газа, м ( ;  и  - коэффициенты молекулярной диффузии SO в газе и жидкости, м /с;  и  - кинематические коэффициенты вязкости газа и жидкости, м /с;  и  - скорость газа и жидкости а газожидкостном слое, м/с. В связи с низкой растворимостью диоксида серы в воде для очистки  требуется большой ее расход и  абсорберы с большими объемами. Удаление SO из раствора ведут при нагревании его до 100 С. Таким образом, проведение процесса связано с большими энергозатратами. 2.1.2 Известняковые  и известковые методы Достоинством этих методов  является простая технологическая  схема, низкие эксплуатационные затраты, доступность и дешевизна сорбента, возможность очистки газа без  предварительного охлаждения и обеспыливания. На практике применяются  известняк, мел, доломиты, мергели. Известь  получают обжигом карбонатных пород  при температуре 1100 - 1300 С. Процесс абсорбции диоксида серы для известкового и известнякового методов представляется в виде следующих  стадий: , , , , , , Протекание тех или  иных реакций зависит от состава  и рН суспензии. В присутствии в растворе различных примесей процесс абсорбции значительно усложняется. Например, действие небольших количеств  повышает степень очистки и степень использования известняка. При этом протекают следующие реакции: Для расчета равновесия при  использовании солей кальция  предложены эмпирические уравнения: для системы  : для системы  : для системы  . 2.1.3 Магнезитовый  метод Диоксид серы в этом случае поглощают оксид – гидрооксидом магния. В процессе хемосорбции образуются кристаллогидраты сульфита магния, которые сушат, а затем термически разлагают на -содержащий газ и оксид магния. Газ перерабатывают в серную кислоту, а оксид магния возвращают на абсорбцию. В абсорбере протекают  следующие реакции: Растворимость сульфита магния в воде ограничена, избыток его  в виде  и  выпадает в осадок. Технологическая схема процесса представлена на рис. 1.

Рис. 1. схема установки  очистки газа от диоксида серы суспензией оксида магния: 1 – абсорбер; 2 – нейтрализатор; 3 – центрифуга; 4 – сушка; 5 – печь.

Дымовые газы поступают в  абсорбер Вентури, орошаемый циркулирующей суспензией. Отношение Т:Ж в суспензии 1:10, рН суспензии на входе 6,8 – 7,5, а на выходе из абсорбера 5,5 – 6. состав циркулирующей суспензии (в %):      вода и примеси – 79,65.

В абсорбере кроме сульфита образуется некоторое количество сульфата:

Образование сульфата нежелательно, так как для его разложения необходима более высокая температура (1200-13000С). При таких условиях получается переобожженный , который имеет малую активность по отношению к . Для устранения образования сульфата необходимо использовать ингибиторы окисления или проводить процесс в абсорберах при малом времени контакта газ – жидкость. Другой путь – производить обжиг сульфата в присутствии восстановителей. В этом случае сульфат восстанавливается в сульфит.

Из нейтрализатора часть  суспензии выводят на центрифугу для отделения кристаллогидратов  солей магния. Обезвоживание солей  производят в сушилках барабанного  типа с мазутной копкой. Безводные  кристаллы обжигают во вращающихся  печах или печах кипящего слоя при 9000С, в печь добавляют кокс. При  этом идет реакция:

Концентрация   в газе, выходящем из печи, 7 – 15%. Газ охлаждают, очищают от пыли и сернокислотного тумана и направляют на переработку в серную кислоту.

Выгружаемый из печи продукт  содержит 86,1%  и 3,4% . Его охлаждают до 1200С воздухом, идущим на сгорание мазута в топках, после чего отправляют на абсорбцию.

Достоинства магнезитового  метода: 1) возможность очищать горячие  газы без предварительного охлаждения; 2) получение в качестве продукта рекуперации серной кислоты; 3) доступность  и дешевизна хемосорбента; 4) высокая эффективность очистки.

Недостатки: 1) сложность  технологической схемы; 2) неполное разложение сульфата магния при обжиге; 3) значительные потери оксида магния при  регенерации

2.1.4 Аммиачный метод

SO2: SO2 + NH4OH = NH4HSO3; (NH4)2SO3 + SO2 + H2O = 2NH4HSO3; при нагревании бисульфат  аммония разлагается: 2NH4HSO3 -> (NH4)2SO3 + SO2 + H2O; высокая степень улавливания  SO2. Магнезиальные методы. Диоксид  серы поглощается суспензией  оксиды-гидроксиды магния. В процессе хемосорбции образуются кристаллогидраты сульфата магния, которые сушат, а затем термически разлагают на SO2 – содержащий газ и оксид магния. Газ перерабатывают в серную кислоту, а оксид магния возвращают в абсорбцию. Реакции в абсорбере: MgO + SO2 = MgSO3; MgSO3 + SO2 + H2O = Mg(HSO3)2; Бисульфат магния нейтрализуется добавкой соответствующего количества свежего оксида магния: Mg(HSO3)2 + MgO = 2MgSO3 + H2O; осадок подвергается термической обработке (800 – 900 гр.); MgSO3 ? MgO + SO2; оксид магния возвращается на абсорбцию, SO2 перерабатывается в серную кислоту или в серу. Фосфатный метод – абсорбция SO2 водным раствором фосфата натрия. Кислотно-каталитический – применение разбавленной H2SO3 в качестве катализаторов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II. Недостатки и преимущества абсорбционного метода очистки газов

 

Абсорбционный метод очистки  газов не свободен от определенных недостатков, связанных, прежде всего, с громоздкостью оборудования. Этот метод достаточно капризен в эксплуатации и связан с большими затратами. К  недостаткам абсорбционного метода следует отнести также образование  твердых осадков, что затрудняет работу оборудования, и коррозионную активность многих жидких сред. Однако, не смотря на эти недостатки, абсорбционный  метод еще широко применяется  в практике газоочистки, так как  он позволяет улавливать наряду с  газами и твердые частицы, отличается простотой оборудования и открывает  возможности для утилизации улавливаемых примесей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

III. Адсорбционные методы очистки промышленных выбросов

Адсорбционные методы используют для очистки газов с невысоким  содержанием газообразных и парообразных примесей. В отличие от абсорбционных  методов они позволяют проводить  очистку газов при повышенных температурах.

Целевой компонент, находящийся  в подвергаемой очистке газовой  фазе, называют адсорбтивом, этот же компонент в адсорбированном состоянии — адсорбатом.

Различают физическую и химическую адсорбцию (хемосорбцию). При физической адсорбции поглощаемые молекулы газов и паров удерживаются силами Ван-дер-Ваальса, при хемосорбции— химическими силами.

В качестве адсорбентов используют пористые материалы с высокоразвитой внутренней поверхностью. Последние могут иметь синтетическое или природное происхождение.

Внутренняя структура  наиболее распространенных на практике промышленных адсорбентов характеризуется  наличием 'различных размеров и форм пустот или пор, среди которых  различают макро-, переходные (мезо-) и микропоры. Суммарный объем последних в единице массы или объема адсорбента определяет в решении задач газоочистки как скорость (интенсивность) поглощения целевого компонента, так и адсорбционную способность (величину адсорбции) твердым поглотителем этого компонента.

Суммарный объем микропор обычно не превышает 0,5 см³/г. Их размеры условно ограничены величиной эффективного радиуса r_эф=1,5*10^-9 м и соизмеримы с r_эф адсорбируемых молекул. Характерной особенностью адсорбции в микропорах в этой связи является заполнение их объема адсорбируемыми молекулами.

Переходные поры характеризуются  величинами эффективных радиусов от 1,5*10^-9 до 2*10^-7 м. В отличие от микропор в них возможна слоевая моно- или полимолекулярная адсорбция, так как адсорбционные силы здесь не перекрывают всего объема пор ввиду небольших полей их действия. Завершение заполнения объема переходных пор происходит при определенных условиях по механизму капиллярной конденсации, вызываемой понижением давления пара адсорбируемого вещества над вогнутым под действием сил поверхностного натяжения мениском жидкости в порах (капиллярах). Отнесенная к единице массы удельная поверхность переходных пор промышленных адсорбентов обычно находится в интервале 10 — 400 м²/г.

Макропоры промышленных адсорбентов  обладают размерами эффективных  радиусов, превосходящими 2*10^-7м. Удельная поверхность этой разновидности пор обычно составляет лишь 0,5 -

2 м²/г, что предопределяет ничтожную величину адсорбции на их стенках. Капиллярная конденсация в этих порах отсутствует. Макро- и переходные поры выполняют роль транспортных путей, обеспечивающих при адсорбции доступ поглощаемых молекул в микропоры и эвакуацию адсорбата при регенерации адсорбента.

Основные типы промышленных адсорбентов являются смешаннопористыми материалами, однако в соответствии с преобладающим в их структуре размером пор они могут подразделяться на микро-, переходно- и макропористые.

Пористые адсорбенты характеризуют  величинами истинной, кажущейся и  насыпной (гравиметрической) плотности. Истинная плотность ρ_и выражает массу единицы объема плотного (без пор) вещества адсорбента:

где G — масса адсорбента;

V₁ — объем адсорбента с учетом пор;

V₂ — объем пор.

Кажущаяся плотность  р_к выражает массу гранулы адсорбента, отнесенную к ее объему. Насыпная плотность р_н гранул адсорбента выражает массу единицы объема их слоя. Насыпная и кажущаяся плотности связаны с пористостью (порозностью) слоя адсорбента ε, выражающей долю свободного объема слоя, соотношением:

Следовательно,

Аналогичное выражение определяет пористость ε' гранул (зерен) адсорбента:

Величину пористости слоя определяют форма гранул адсорбента и характер их расположения (упаковки) в слое. Форма гранул промышленных адсорбентов обычно не является шаровидной, поэтому в соответствующих расчетах используют величину эквивалентного диаметра d_э:

где S_v — удельная геометрическая поверхность единицы объема, представляющая отношение величины поверхности гранул к их объему V'.

К основным типам промышленных адсорбентов относятся активные угли, силикагели, алюмогели (активный оксид алюминия), цеолиты и иониты.

 

3.1 Активные угли

Активные угли характеризуются  гидрофобностью (плохой сорбируемостью полярных веществ, к которым принадлежит и вода). Это свойство определяет широкое их использование в практике рекуперационной и санитарной очистки отходящих газов разнообразной влажности.

Для адсорбции газов и  паров используют микропористые  гранулированные активные угли. С  этой целью промышленность выпускает  в настоящее время следующие  марки газовых и рекуперационных активных углей: АГ-2, СКТ, АР, СКТ-3, АРТ. Угли АГ-2 (марок А и Б) и АР (марок АР-А, АР-Б, АР-В) получают из каменноугольной пыли и смолы методом парогазовой активации. Уголь СКТ синтезируют из торфа, а угли СКТ-3 и АРТ (марок АРТ-1 и АРТ-2)- из торфа и каменноугольной пыли методом химической активации. Угли АГ-2 предназначены для адсорбции газов, уголь СКТ — для улавливания паров органических веществ, угли АР, СКТ-3 и АРТ- для очистки газов от паров летучих растворителей. Активные угли для газоочистки характеризуются объемом микропор в пределах 0,24— 0,48 см³ /г при суммарном объеме пор 0,52 - 1,00 см³ /г, гравиметрическая плотность их гранул составляет 0,3 - 0,6 г/см³. Теплоемкость сухого угля - 0,84 кДж/(кг*К), теплопроводность при 30°С— 0,17— 0,28 Вт/(м*К).

Активные угли производят в виде цилиндрических гранул диаметром 1-6 мм и длиной, обычно превосходящей  поперечный размер гранул, и чаще всего  применяют в виде стационарного  слоя, через который фильтруют  подлежащий очистке газовый поток. В соответствии с действующими стандартами  и технологическими условиями размер поперечника гранул углей может  изменяться в определенных пределах. В этой связи в отдельных случаях  с целью интенсификации соответствующих  процессов гранулированные угли перед использованием подвергают дроблению и классификации с выделением необходимых узких фракций. Существенными недостатками активных углей являются относительно невысокая механическая прочность и горючесть.

Значительный интерес  применительно к решению задач  газоочистки в последнее время  вызывают такие нетрадиционные углеродные адсорбенты, как активные угли из полимерных материалов, молекулярно-ситовые активные угли и активированные углеродные волокна.

Производимые из полимерных материалов активные угли характеризуются  развитой системой микропор с диаметром (1—1,5)*10^-9 м, более регулярной структурой, обеспечивающей определенное улучшение прочностных характеристик, и повышенной адсорбционной активностью при низких содержаниях целевых компонентов в очищаемых газах.

Молекулярно-ситовые активные угли отличаются высокой однородностью  микропористой структуры и обладают микропорами еще более узких  размеров [(0,4—0,7) * 10^-9 м], имеющих тот же порядок, что и размеры молекул. Перспективным направлением их использования полагают очистку влажных газов.

Активированные углеродные волокна представляют собой изготовляемые  из синтетических волокон микропористые  адсорбенты с Широкой гаммой физических форм продукции на их основе (путанка, нетканые изделия, войлок, ткань и другие материалы), обеспечивающей разнообразность аппаратурного оформления соответствующих процессов газоочистки. Наряду с высокой термохимической стойкостью и хорошими поглотительными и фильтрующими свойствами волокнистые углеродные адсорбенты ввиду весьма малых диаметров их волокон, составляющих (0,6—1,0)*10^-5 м, характеризуются повышенными скоростями адсорбционно - десорбционных процессов.

 

3.2 Силикагели

Силикагели по своей химической природе представляют собой гидратированные аморфные кремнеземы (SiO₂*nН₂О), являющиеся реакционноспособными соединениями переменного состава, превращения которых происходят по механизму поликонденсации:

 

nSi(ОН)₄ → Si_nO_2n-m +(2n-m)Н₂O.

 

Поликонденсация ведет к  формированию структурной сетки  сфероподобных частиц коллоидных размеров (2*10^-9-2*10^-8 м), сохраняющейся при высушивании гидрогеля кремневой кислоты и образующей жесткий кремнекислородный каркас. Зазоры между частицами образуют пористую структуру силикагеля. Для получения силикагелей в промышленности обычно используют метод осаждения аморфного кремнезема из силикатов щелочных металлов минеральными кислотами. Выпускают силикагель в виде шариков, таблеток или кусочков неправильной формы. Размеры их зерен составляют от 0,1 до 7,0 мм. Адсорбционные и химические свойства силикагелей существенно зависят от наличия на их поверхности групп ≡ Si—ОН.

По характеру пористой структуры силикагеля классифицируют на крупно-, средне- и мелкопористые, к которым относят кусковые и  гранулированные материалы, характеризующиеся  средним радиусом пор, составляющим соответственно ≈5*10^-9, (5-1,5)*10^-9 и (1,5-1,0)* 10^-9 м. По размеру зерен кусковые силикагели широкого использования делят на 4 марки (7,0- 2,7; 3,5-1,5; 2,0-0,25; 0,5-0,2 мм), а гранулированные — на 2 марки (7,0- 2,7 и 3,5-1,0 мм).

Для их обозначения используют буквенные сочетания:

КСК — крупный силикагель крупнопористый,

КСС — крупный силикагель срсднепористый,

МСМ — мелкий силикагель мелкопористый и т. п.

Средние фракции силикагелей  называют шихтой и обозначают соответственно как ШСК, ШСС и ШСМ. Гранулированный  мелкопористый силикагель содержит 4—10% Аl₂O₃ в качестве добавки, предупреждающей растрескивание его гранул.

Объем пор силикагелей  составляет 0,3-1,2 см³ /г, их удельная поверхность находится в пределах 300-750 м³ /г, а гравиметрическая плотность заключена в интервале 0,4-0,9 г/см³. Последний показатель может служить косвенной характеристикой пористой структуры силикагелей: для мелкопористых силикагелей он составляет 0,7-0,8 г/см³, а для крупнопористых - 0,4 - 0,5 г/см³. Теплоемкость силикагелей — 0,92 кДж/(кг-К), теплопроводность при 30 °С равна 0,11 кДж/(м*ч*К).

Силикагели служат для  поглощения полярных веществ. Мелкопористые  силикагели используют для адсорбции  легкоконденсируемых паров и газов, крупнопористые и частично среднепористые силикагели служат эффективными поглотителями паров органических соединений. Высокое сродство поверхности силикагелей к парам воды обусловливает широкое их использование, а качестве агентов осушки разнообразных газовых сред. Силикагели негорючи и характеризуются низкой температурой регенерации (110—200 °С) и достаточно высокой механической прочностью. В то же время они разрушаются под действием капельной влаги, что необходимо учитывать при их использовании в системах газоочистки.

 

3.3 Алюмогели

Алюмогель (активный оксид алюминия Аl₂О₃*nН₂О, где 0<n<0,6) получают прокаливанием различных гидроксидов алюминия. При этом в зависимости от типа исходного гидроксида, наличия в нем оксидов щелочных и щелочно-земельных металлов, условий термической обработки и остаточного содержания влаги получают различные по структуре типы алюмогеля. Его промышленные сорта обычно содержат γ-Al₂O₃ и реже χ-А1₂O₃ и другие модификации Al₂O₃. Их щелевидные или бутылкообразные поры образованы первичными кристаллическими частицами размером (3-8) *10^-9 м.

Основные марки выпускаемого отечественной промышленностью  активного оксида алюминия представляют собой цилиндрические гранулы диаметром 2,5-5,0 мм и длиной 3-7 мм, а также  шариковые гранулы со средним  диаметром 3-4 мм. Удельная поверхность  алюмогелей составляет 170-220 м²/г, суммарный объем пор находится в пределах 0,6-1,0 см³/г, средний радиус пор и гравиметрическая плотность гранул цилиндрической и шариковой формы составляют соответственно (6-10)*10^-9 и (3-4)*10^-9 м и 500-700 и 600-900 кг/м³. В отличие от силикагелей алюмогели стойки к воздействию капельной влаги. Их используют для улавливания полярных органических соединений и осушки газов.

Цеолиты представляют собой  алюмосиликаты, содержащие в своем  составе оксиды щелочных и щелочно-земельных металлов и характеризующиеся регулярной структурой пор, размеры которых соизмеримы с размерами молекул, что определило и другое их название - «молекулярные сита». Общая химическая формула цеолитов Ме₂/_nО*Аl₂О₃*xSiO₂*yН₂О, (где Ме—катион щелочного металла, n-его валентность). Кристаллическая структура (алюмосиликатный скелет) цеолитов образована тетраэдрами SiO₄ и А1O₄, их избыточный отрицательный заряд компенсирован положительным зарядом катионов соответствующих металлов. Катионы цеолитов в определенных условиях их обработки могут замещаться на соответствующие катионы контактируемых с ними растворов, что позволяет рассматривать цеолиты как катионообменники. Поглощение вещества происходит в основном в адсорбционных полостях цеолитов, соединяющихся друг с другом входными окнами строго определенных размеров. Проникать через окна могут лишь молекулы, критический диаметр которых (диаметр по наименьшей оси молекулы) меньше диаметра входного окна.

Цеолиты получают синтетическим  путем и добывают при разработке природных месторождений. Среди  многих десятков различных синтетических  цеолитов в решении задач газоочистки  в основном используют производимые в промышленных масштабах цеолиты  общего назначения марок NаА, СаА, СаХ, МаХ, характеризующиеся диаметром входного окна, составляющим в ангстремах (1 Å=10^-9 м) соответственно 4, 5, 8 и 9. Первый индекс марки цеолита характеризует его обменный катион. Второй индекс обозначает тип кристаллической решетки цеолита-А или X, причем цеолиты с решеткой типа Х характеризуются входными окнами большего размера, чем таковые с решеткой типа А. Синтетические цеолиты выпускаются промышленностью в виде цилиндрических и шарообразных гранул, диаметр которых обычно составляет 2-5 мм, производимых с применением связующего материала (10—20% глины) или без него (в последнем случае механическая прочность гранул выше).

 

3.4 Цеолиты

Цеолиты обладают наибольшей адсорбционной способностью по парам  полярных соединений я веществ с кратными связями в молекулах.

Цеолит NаА может адсорбировать большинство компонентов промышленных газов, критический диаметр молекул которых не превышает 4*10^-9м.

К таким веществам относятся  Н₂S, СS₂, СО₂, NН₃, низшие диеновые и ацетиленовые углеводороды, этан, этилен, пропилен, органические соединения, содержащие в молекуле одну метильную группу, а при низких температурах сорбции также СН₄, Nе, Аr, Кr, Хе, О₂, N₂, СО. Пропан и органические соединения с числом атомов углерода в молекуле более трех этим цеолитом не адсорбируются.

Цеолит СаА характеризуется повышенной стойкостью в слабокислой среде, что предопределяет возможность его использования в процессах декарбонизации и сероочистки газов. Этот цеолит способен адсорбировать углеводороды и спирты нормального строения.

Цеолиты типа Х адсорбируют  все типы углеводородов, органические сернистые, азотистые и кислородные  соединения, галоидозамещенные углеводороды, пента- и декаборан. При полном замещении катиона натрия на катион кальция цеолит СаХ в отличие от цеолита NaХ не адсорбирует ароматические углеводороды и их производные с разветвленными радикалами.

Из природных цеолитов, в том числе высококремнистых кислотостойких форм известны клиноптилолит, морденит, эрионит. Содержание собственно цеолитов в некоторых месторождениях достигает 80—90%, а в отдельных случаях превосходит и эти величины. С разрабатываемых месторождений природные цеолиты поступают в виде образованных зернами неправильной формы фракций определенных размеров, получаемых дроблением и последующей классификацией соответствующих цеолитсодержащих пород. Однако присутствие в природных цеолитах различных примесей и сопутствующих пород, а также трудность обогащения сдерживают сколь-либо значительное их использование для решения задач очистки отходящих газов в промышленных условиях.

Цеолиты, так же, как силикагели и активный оксид алюминия, характеризуются  значительной сорбционной способностью по парам воды. Наряду с этим цеолиты  отличаются сохранением достаточно высокой активности по соответствующим  целевым компонентам при относительно высоких (до 150— 250 °С) температурах. Однако по сравнению с другими типами промышленных адсорбентов они имеют  относительно небольшой объем адсорбционных  полостей, вследствие чего характеризуются  сравнительно небольшими предельными  величинами адсорбции. Гравиметрическая плотность синтетических цеолитов составляет 600-900 кг/м³.

3.6 Иониты

Иониты — высокомолекулярные соединения - пока еще не нашли широкого применения для очистки отходящих  газов промышленности. Однако проводятся исследования по; извлечению из газов  кислых компонентов (оксидов серы и  азота, галогенов и т. п.) на анионитах  и щелочных - на катионитах

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

В данной работе были рассмотрены  абсорбционные методы очистки отходящих  газов от примесей кислого характера. Наиболее эффективным направлением снижения выбросов является создание безотходных и малоотходных технологических  процессов, предусматривающих, например, внедрение замкнутых газообразных потоков, однако до настоящего времени  основным средством предотвращения вредных выбросов остается разработка и внедрение эффективных систем очистки газов. При этом под очисткой газа понимают отделение о газа или превращение в безвредное состояние загрязняющего вещества, поступающего от промышленного источника.