М А Глікін, Н Л Осіпова, С О Кудрявцев - Адсорбція sox за умови безперервної механохімічноі активації адсорбенту - страница 1

Страницы:
1 

УДК 66.01.002.2.661.51

Глікін М.А., Осіпова Н.Л., Кудрявцев С.О., Глікіна І.М.

АДСОРБЦІЯ SOX ЗА УМОВИ БЕЗПЕРЕРВНОЇ МЕХАНОХІМІЧНОІ АКТИВАЦІЇ АДСОРБЕНТУ

В умовах безперервної механохімічної активації сорбенту in situ запропонована адсорбція SOX, що є токсикантами і утворюються при спалюванні вугілля. Показано, що механічна активація збільшує сорбційну ємність до 4,6 разів за температури вище 2000С, а це дозволяє значно зменшити енергетичні витрати на очищення. Обґрунтовані переваги запропонованої технології над іншими промисловими методами очищення димових газів від оксидів сульфуру. Рис. 6, Табл. 2, Дж. 4.

Більше 50% енергії в Україні генеруються ТЕС, що працюють на вугіллі. При цьому утворюється до 2 млн м3/годину димових газів для кожного котла типу ТП-100. Низька якість спалюваного вугілля в сукупності з неефективними технологіями очищення створюють ситуацію, за якої ТЕС генерують близько 30% викидів оксидів сульфуру від усіх стаціонарних джерел в Україні.

В таблиці 1 наведені характеристики існуючих методів очищення димових газів. Адсорбція дозволяє досягти високого ступеня очищення, характеризується відсутністю рідких стоків, простотою апаратурного оформлення, можливістю проводити очищення газів при підвищених температурах.

_Методи

Методи очищення

Абсорбція

Адсорбція

твердофазна

каталітична

очистка

очищення димових газів

Переваги метода

- висока ступінь вилучення SOх (до 96%);

- ефективний масообмін;

від SOx_

Недоліки методу стосовно до знешкодження великої кількості димових газів_

- утворення рідких стоків;

- потрібно охолодження газової суміші до Т нижче 100 ° С;

- громіздкість апаратурного оформлення;- енергоємність;

Таблиця 1

- відсутні рідкі стічні води;

- можливість проводити очищення газів при підвищених тем-рах;

- простота конструкції;

- високий знешкодження токсикантів;

ступінь

циклічність десорбція);

виділені при вимагають знешкодження;

(адсорбція

десорбції гази подальшого

- використання в якості каталі­заторів металів платинової групи;-значні витрати газів-відновників;

Аерозольний нанокаталіз - новий метод реалізації технологічних процесів [1]. Дослідження в цьому напрямку суттєво збільшились в останні роки, в тому числі і з видалення токсикантів з димових газів [2]. Сорбція реагентів або інтермедіатів на активному центрі є невід'ємною стадією каталізу, відповідно чого було припущено, що застосування механохімічної активації (МХА) може інтенсифікувати процес адсорбції.

Аналіз роботи ТЕС показав, що зола, яка утворюється при спалюванні кам'яного вугілля, адсорбує всі токсиканти. Зола в основному складається з оксидів різних металів і сіліцію, а також з залишкового вуглецю, вміст якого може досягати 15%.

Метою експериментальної роботи є дослідження кінетики знешкодження димових газів від оксидів сульфуру в віброзрідженому шарі адсорбенту, які дозволяють:

- оцінити адсорбційну здатність золи і можливість використання її як сорбенту;

- вивчити вплив основних параметрів процесу: температури, часу контакту, а також специфічних - частоти коливань віброадсорбера, на ступінь поглинання і адсорбційну ємність;

- запропонувати модель можливої конструкції адсорбера для видалення токсикантів з димових газів.

Принципова схема лабораторної установки описана в [3,4] і наведена на рисунку 1.

Рис. 1 Принципова схема лабораторної установки адсорбції компонентів димових газів золою віброзрідженому шарі

1 - блок управління; 2 - пристрій дозування оксидів сульфуру; 3 - пристрій для введення повітря; 4 ■ сумішшю; 5,11 - точки відбору газової суміші на аналіз; 6 - електрообігрівач; 7 - адсорбер; 8 -термокишеня; 10 - компресор; 12 - приймач очищених газів.

- ємність з газовою вібропристрій; 9 -

Ємність 4 заповнюють сумішшю, що моделює димові гази ТЕС. Отримана суміш надходить в адсорбер 7, в якому знаходиться адсорбент - зола і диспергуючий матеріал - скляні кульки діаметром мм. Температура в адсорбері підтримується електрообігрівачем 6. Сорбент активується примусовими механічними коливаннями з допомогою вібропристрою 8. При коливанні адсорбера з певною частотою і амплітудою відбувається утворення віброзрідженого шару диспергуючих частинок і МХА поверхні сорбенту. Аналіз газів періодично здійснюється газоаналізатором «ОКСІ-5М-Н». Змінними параметрами при проведенні експериментів були: температура, витрата газової суміші, початкова концентрація оксидів сульфуру, частота коливань вібропристрою.

У таблиці 2 наведені експериментальні дані зміни адсорбційної ємності золи від температури і умов МХА. Найбільший практичний інтерес представляє можливість здійснення адсорбції при температурах вище 2000°С, коли можна не проводити глибоке охолодження та нагрівання димових газів до і після адсорбера, що істотно знижує капітальні та енергетичні витрати на цій стадії. Нами була досягнута ступінь поглинання оксидів сульфуру 42,6% при 2000°С і інтенсивності МХА 1,9 Гц (рядок 7), що до 2,6 разів вище, ніж у стаціонарному шарі адсорбенту за даних умов. За цих же умов (рядок 7) сорбційна ємність золи склала 0,011 л Б02/грам адсорбенту, що в 4,6 разів перевищує результат, отриманий у стаціонарному шарі. Слід очікувати, що збільшенням концентрації адсорбенту в просторі абсорберу в 2,5 рази можна досягти вичерпного очищення димових газів від БОх.

Експериментальні дослідження адсорбції БОх за умов МХА

Таблиця 2

 

 

Концентрація SO2, ppm

Частота коливань, Гц

Витрата газової суміші, л/ч

Час контакту, с

Міра поглинання,%

Сорбційна емність золи,

t, °С

На вході

На виході

 

 

 

 

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

100

255

217

0

15

1,08

14,90

0,0015

2

200

367

306

0

13

0,96

16,62

0,0024

в


1

2

3

4

5

6

7

8

9

3

20

160

23

1,9

13

1,61

85,63

0,0055

4

20

204

133

1,9

29

0,85

34,80

0,0028

5

20

640

486

1,9

27

0,74

24,06

0,0062

6

100

505

378

1,9

12

1,37

25,15

0,0051

7

200

645

370

1,9

13

1,00

42,64

0,0110

8

200

185

62

1,9

15

0,81

66,49

0,0049

9

300

460

330

1,9

13

0,82

28,26

0,0052

На рис. 2 представлена залежність ступеня поглинання від часу контакту. Із збільшенням часу контакту ступінь поглинання зростає до точки рівноваги і після не змінюється. Максимально досягнута ступінь поглинання за даних умов 63% спостерігається при часі контакту 1,85 с і концентрації сорбенту 25 г/м3. Для досягнення 100%-ї ефективності сорбції необхідно збільшити концентрацію сорбенту до 40 г/м3.

На рис. 3 представлена залежність ступеня поглинання від початкової концентрації оксидів сульфуру. Зі збільшенням початкової концентрації БОх міра поглинання зростає до певної точки і після йде на спад. Максимально досягнута ступінь поглинання за даних умов 57% спостерігається при початковій концентрації оксидів сірки 170 ppm.

Рис. 2 Залежність міри поглинання від часу контакту (Т= 293К, початк. конц. SO2 ~ 210 ppm, f = 1,9 Гц, конц. сорбенту 25 г/м3)

Рис. 3 Залежність міри поглинання від початкової концентрації SO2

(Т= 293 К, витрата 30 л/ч, f=1,9Гц, концентрація сорбенту 25 г/м3)

На рис. 4 представлена залежність ступеня поглинання від температури. Такий тип залежності може бути пов'язаний з тим, що деякою мірою адсорбуються всі компоненти димових газів. При збільшенні температури адсорбційна здатність знижується, але для одних речовин вона знижується швидше, ніж для інших. У результаті виходить аномальна залежність. Ще одним можливим поясненням може стати хімічна взаємодія оксидів металів золи з оксидами сульфуру з утворенням сульфіту, але експериментом це не підтверджено.

На рис. 5 представлена залежність ступеня поглинання від частоти коливань для оксидів сульфуру. Спостерігаються піки при 1,7 і 8 Гц. Рекомендовані частоти для технологічного процесу: 1,7 і 8 Гц, тому що S02 при цьому мають найбільший ступінь поглинання. Вигляд кривої аналогічний залежності швидкостей хімічних перетворень від частоти коливань для аерозольного нанокаталізу, що свідчить про вплив МХА на процес адсорбції

50

5?

40 1 30

5

о 20

ге

f 10

0

Рис. 4

0    100  200  300  400  500 600

Температура, С

Залежність міри поглинання

50 45 зг 40 І 35 я 30

Е 25 ° 20 2. 15 £ 10

5 0

3      4      5 6 Частота коливань, Гц

від   Рис.   5   Залежність  міри   поглинання від

температури

(початк. конц. SO2 ~ 500 ppm, f=1,9Гц, витрата 13 л/ч, конц. сорбенту 25 г/м3) частоти коливань

початк. конц. S02 ~530 ppm; Т=200°С, витрата 10 л/год, конц. сорбенту 25 г/м3

0

2

7

8

9

На рис. 6 представлена можлива конструкція адсорберу з інтегрованим механохімічним активатором сорбенту, який представляє собою набір з циліндрів діаметром 0,5 м і довжиною 6 м, поміщених в цегляний корпус, але

Рис.6 Адсорбер з інтегрованим механохімічним активатором.

1 - електродвигун; 2 - газонепроникний корпус; 3 - опора вала; 4 - опора корпуса; 5 - вісь обертання; 6 - відмітка підлоги; 7 - труба; 8 - лопатка; 9 - полиця.

не з'єднаних з ним нерухомо. Стінки циліндрів виконані зі сталі, товщина стінок 5 мм, 50% площі стінок займають віконця з перфорованої решітки з діаметром комірки 0,5 мм. У середині кожного з циліндрів розташовані лопатки, які при обертанні циліндра забезпечують перемішування у середині нього диспергуючого матеріалу. Циліндри приводяться в обертання електродвигунами.

Для концентрування викидів оксидів сульфуру з одного котла типу ТП-100 розрахована вартість адсорбера з інтегрованим механохімічним активатором склала ~ 1,7 млн грн, енергетичні витрати склали ~ 2,8 млн грн/рік. Відвернений еколого-економічний збиток дорівнює 5,8 млн грн/рік, економічний ефект від впровадження нової технології складе 4,5 млн грн/рік.

Висновки

- застосування механохімактивації здатне змінювати адсорбційну ємність сорбенту в 4,6 разів за оксидами сульфуру в порівнянні із ємністю золи в стаціонарному шарі;

- адсорбційна ємність за оксидами сульфуру аномальним чином залежить від температури і може збільшуватися при підвищенні температури для суміші газів, аналогічних димовим газам.

- рекомендовані параметри технологічного процесу: Т=200-400°С, f=1,7 або 8Гц. Ведення процесу адсорбції в віброзрідженому шарі сорбенту дозволить зменшити металоємність стадії очищення в 1000 разів.

- економічні розрахунки показали доцільність впровадження адсорбції газів від оксидів сульфуру із застосуванням механохімічної активації для екологізації енергоагрегатів.

Список литературы:

1. Гликин М. А. Аэрозольный катализ / М. А. Гликин // Теоретические основы химической технологии. - 1996. - Т.30. - №4. С. 430-434.

2. Разработка технологии аэрозольного нанокатализа дефиксации связанного азота в отходящих газах : Збірник тез доповідей XII Всеукраїнської науково-практичної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених з міжнародною участю "Технологія-2009, (Сєвєродонецьк, 16-17 квіт. 2009 р.) / МОН України, Технологічний інститут Східноукраїнського національного університету ім. В. Даля. - Сєвєродонецьк : ТІ СНУ ім. В. Даля, 2009. - Ч. 1, С 11-13.

3. Исследование процесса обезвреживания отходящих газов сжигания угля и коксового остатка от SOx : Збірник тез доповідей III Міжнародної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених з хімії та хімічної технології, (Київ, 21 -23 квіт. 2010 р.) / МОН України, Національнийтехнічний університет України «Київський політехнічний інститут». - К. : НТУ України КПІ, 2010. - С 96.

4. Исследование процесса обезвреживания отходящих газов сжигания угля и коксового остатка от токсинов. : Збірник тез доповідей XIII Всеукраїнської науково-практичної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених з міжнародною участю "Технологія-2010, (Сєвєродонецьк, 22-23 квіт. 2010 р.) / МОН України, Технологічний інститут Східноукраїнського національного університету ім. В. Даля. - Сєвєродонецьк: ТІ СНУ ім. В. Даля, 2010. - Ч. 2, С 14.

Страницы:
1 


Похожие статьи

М А Глікін, Н Л Осіпова, С О Кудрявцев - Адсорбція sox за умови безперервної механохімічноі активації адсорбенту