Рис. 5. Схема абсорбционной очистки газов от СО2 с получением товарного диоксида углерода: 1 — холодильник; 2 — воздуходувка; 3 — пенный абсорбер; 4 — насос; 5 — теплообменник; 6 — пенный десорбер; 7 — кипятильник десорбера; I — газ на очистку; II — вода; III — очищенный газ; IV — диоксид углерода потребителю; V — пар

Примером безотходной абсорбционно-десорбционной цикличе­ской схемы может служить поглощение диоксида углерода из от­ходящих газов растворами моноэтаноламина с последующей реге­нерацией поглотителя при десорбции СОа. На рис. 5 приведе­на схема абсорции СО2 в пенных абсорберах; десорбция СО2 про­водится также при пенном режиме. Установка безотходна, так как чистый диоксид углерода после сжижения передается потре­бителю в виде товарного продукта.

Абсорбционные методы характеризуются непрерывностью и универсальностью процесса, экономичностью и возможностью из­влечения больших количеств примесей из газов. Недостаток этого метода в том, что насадочные скрубберы, барботажные и даже пенные аппараты обеспечивают достаточно высокую степень из­влечения вредных примесей (до ПДК) и полную регенерацию поглотителей только при большом числе ступеней очистки. Поэто­му технологические схемы мокрой очистки, как правило, сложны, многоступенчаты и очистные реакторы (особенно скрубберы) име­ют большие объемы.

Любой процесс мокрой абсорбционной очистки выхлопных га­зов от газо- и парообразных примесей целесообразен только в случае его цикличности и безотходности. Но и циклические сис­темы мокрой очистки конкурентоспособны только тогда, когда они совмещены с пылеочисткой и охлаждением газа.

Адсорбционные методы применяют для различных технологических целей — разделение парогазовых смесей на ком­поненты с выделением фракций, осушка газов и для санитарной очистки газовых выхлопов. В последнее время адсорбционные ме­тоды выходят на первый план как надежное средство защиты атмосферы от токсичных газообразных веществ, обеспечивающее возможность концентрирования и утилизации этих веществ.

Адсорбционные методы основаны на избирательном извлече­нии из парогазовой смеси определенных компонентов при помощи адсорбентов — твердых высокопористых материалов, обладающих развитой удельной поверхностью Sуд (Sуд — отношение поверхно­сти к массе, м2/г). Промышленные адсорбенты, чаще всего приме­няемые в газоочистке, — это активированный уголь, силикагель, алюмогель, природные и синтетические цеолиты (молекулярные сита). Основные требования к промышленным сорбентам — высо­кая поглотительная способность, избирательность действия (селективность), термическая устойчивость, длительная служба без изменения структуры и свойств поверхности, возможность легкой регенерации. Чаще всего для санитарной очистки газов применя­ют активный уголь благодаря его высокой поглотительной спо­собности и легкости регенерации.

Адсорбцию газовых примесей обычно ведут в полочных реак­торах периодического действия без теплообменных устройств; адсорбент расположен на полках реактора. Когда необходим теп­лообмен (например, требуется получить при регенерации десорбат в концентрированном виде), используют адсорберы с встроен­ными теплообменными элементами или выполняют реактор в виде трубчатых теплообменников; адсорбент засыпан в трубки, а в межтрубном пространстве циркулирует теплоноситель.

Очищаемый газ проходит адсорбер со скоростью 0,05–0,3 м/с. После очистки адсорбер переключается на регенерацию. Адсорб­ционная установка, состоящая из нескольких реакторов, работает в целом непрерывно, так как одновременно одни реакторы нахо­дятся на стадии очистки, а другие — на стадиях регенерации, охлаждения и др. (рис. 6). Регенерацию проводят нагреванием, например выжиганием органических веществ, пропусканием остро­го или перегретого пара, воздуха, инертного газа (азота). Иногда адсорбент, потерявший активность (экранированный пылью, смо­лой), полностью заменяют.

Наиболее перспективны непрерывные циклические процессы адсорбционной очистки газов в реакторах с движущимся или взвешенным слоем адсорбента, которые характеризуются высоки­ми скоростями газового потока (на порядок выше, чем в перио­дических реакторах), высокой производительностью по газу и интенсивностью работы (см. рис. 7).

Общие достоинства адсорбционных методов очистки газов:

1) глубокая очистка газов от токсичных примесей;

2) сравнитель­ная легкость регенерации этих примесей с превращением их в товарный продукт или возвратом в производство; таким образом осуществляется принцип безотходной технологии.

Адсорбционный метод особенно рационален для удаления токсических примесей (органических соединений, паров ртути и др.), содержащихся в малых концентрациях, т. е. как завершающий этап санитарной очистки отходящих газов.

Недостатки большинства адсорбционных установок — перио­дичность процесса и связанная с этим малая интенсивность реак­торов, высокая стоимость периодической регенерации адсорбен­тов. Применение непрерывных способов очистки в движущемся и кипящем слое адсорбента частично устраняет эти недостатки, но требует высокопрочных промышленных сорбентов, разработка которых для большинства процессов еще не завершена.

Рис.6. Схема адсорбционной газоочистной установки: / — фильтр; 2, 3 — адсорберы; 4 — конденсатор; 5 — сепаратор; / — очищаемый газ; // — очищенный газ; ///—водяной пар; IV — неконденсируе.уые пары; V—сконденсированный адсорбтив в хранилище; VI — водный конденсат

Каталитические методы очистки газов основаны на реакциях в присутствии твердых катализаторов, т. е. на зако­номерностях гетерогенного катализа (см. гл. 5). В результате каталитических реакций примеси, находящиеся в газе, превраща­ются в другие соединения, т. е. в отличие от рассмотренных мето­дов примеси не извлекаются из газа, а трансформируются в без­вредные соединения, присутствий: которых допустимо в выхлоп­ном газе, либо в соединения, легко удаляемые из газового пото­ка. Если образовавшиеся вещества подлежат удалению, то тре­буются дополнительные операции (например, извлечение жидки­ми или твердыми сорбентами).

Трудно провести границу между адсорбционными и каталити­ческими методами газоочистки, так как такие традиционные ад­сорбенты, как активированный уголь, цеолиты, служат активны­ми катализаторами для многих химических реакций. Очистку га­зов на адсорбентах–катализаторах называют адсорбционно-каталитической. Этот прием очистки выхлопных газов весьма перспек­тивен ввиду высокой эффективности очистки от примесей и воз­можности очищать большие объемы газов, содержащих малые доли примесей (например, 0,1—0,2 в объемных долях SO2). Но методы утилизации соединений, полученных при катализе, иные, чем в адсорбционных процессах.

	Рис.7. Катионитовый фильтр: 1 – катионит; 2 – песок