Адсорбционные и хемосорбционные методы очистки отходящих газов. Типы адсорбентов. Регенерация адсорбентов.

Метод хемосорбции основан на поглощении газов и паров твердыми или жидкими поглотителями с образованием малолетучих или малорастворимых химических соединений. Поглотительная способность хемосорбента почти не зависит от давления, поэтому очистка газов хемосорбцией считается более выгодной при небольшой концентрации вредностей в отходящей газовоздушной смеси Хемосорбция – поглощение одного вещества другим, сопровождающееся химическими реакциями, или по-другому, поглощение вещества поверхностью какого-либо тела (хемосорбента) в результате образования химической связи между молекулами вещества и хемосорбента. Примером хемосорбции может служить очистка газовоздушной смеси от сероводорода с применением этаноламинового, мышьяково-щелочного и других растворов. При мышьяково-щелочном методе извлекаемый из отходящего газа сероводород связывается оксисульфомышьяковой солью, находящейся в водном растворе Na₄As₂S₅0₂ + H₂S = Na₄As₂S₆О + Н₂О

Регенерацию раствора производят окислением кислородом воздуха и выделением серы.Na₄As₂S₆О + l/2О₂ = Na₄As₂S₅О₂ + S₂

Метод адсорбции основан на физических свойствах некоторых твердых тел с ультрамикроскопической структурой селективно извлекать и концентрировать па своей поверхности отдельные компоненты из газовой смеси Адсорбция относится к наиболее распространенным явлениям и обнаруживается почти всюду, где газы, пары и растворенные вещества находятся в контакте с поверхностью жидкости или твердого тела. Различают физическую и химическую адсорбции. В первом случае адсорбированные молекулы сохраняют свою индивидуальность; при химической адсорбции, называемой также хемосорбциеи, молекула адсорбируемого вещества вступает в химическую связь с поверхностью адсорбента. Физическая адсорбция, которую обычно называют просто ад сорбция, представляет собой обратимый процесс, заканчивающийся установлением адсорбционною равновесия, при котором скорость адсорбции равна скорости обратного процесса — десорбции.

Адсорбция – поглощение газов, паров или растворенных веществ поверхностью твердого тела или жидкости. Тело, на поверхности которою происходит адсорбция, называют адсорбентом, адсорбируемых вещество—адсорбатом или адсорбтивом.

В основе хемосорбции лежит химическое взаимодействие между адсорбируемыми веществами Действующие при этом силы сцепления значительно больше, чем при физической адсорбции, соответственно и высвобождающаяся при хемосорбции теплота существенно больше и по порядку значения (от 20 до 400 кДж/моль совпадает с теплотой реакции. В качестве адсорбентов или поглотителей применяют вещества, имеющие большую площадь поверхности на единицу массы. 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. 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. Силикагели по своей химической природе представляют собой гидратированные аморфные кремнеземы (SiO₂∙ H₂O), являющиеся реакционноспособными соединениями переменного состава, превращения которых происходят по механизму поликонденсации. Алюмогель (активный оксид алюминия А1₂О₃∙ nН₂О, где 0< л< 0, 6) получают прокаливанием различных гидроксидов алюминия. 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».

Регенерация адсорбентов. Среди операций (стадий), основной целью которых является восстановление сорбционной способности адсорбентов, ключевой является десорбция в связи с тем, что для ее проведения требуется от 40 до 70% общих затрат по адсорбционной газоочистке. Этот процесс ведут, используя в основном повышение температуры, вытеснение адсорбата лучше сорбирующимся веществом, снижение давления (в том числе создание вакуума) или комбинацию этих приемов. Возможность эффективного осуществления десорбции в ряде случаев предопределяет целесообразность выбора адсорбции среди других приемов газоочистки.

Термическую десорбцию реализуют, нагревая насыщенный адсорбент до определенной температуры, обеспечивающей приемлемую интенсивность процесса, прямым контактом с потоком водяного пара, горячего воздуха или инертного газа, либо проводя нагрев через стенку с подачей в аппарат некоторого количества отдувочного агента (обычно инертного газа). Температурный потенциал в области 100-200°С обычно обеспечивает возможность десорбции целевых компонентов, поглощенных активными углями, силикагелями и алюмогелями. Область температур от 200 до 400°С, как правило, является достаточной для десорбции примесей, поглощенных цеолитами.

Вытеснительная десорбция, называемая также холодной, основана на различии сорбируемости целевого компонента и вещества, используемого в качестве вытеснителя (десорбента). Для десорбции поглощенных адсорбентом органических веществ можно использовать диоксид углерода, аммиак, воду, некоторые органические и другие вещества, способные обеспечить эффективное вытеснение целевого компонента и относительную простоту последующей их десорбции из адсорбента. Перспективно применение этого метода десорбции при организации адсорбционных процессов на основе использования цеолитов. Последние характеризуются повышенной адсорбционной активностью в отношении паров воды, что предопределяет ее эффективность как десорбента поглощенных цеолитами веществ.

Десорбция снижением давления может быть реализована в двух вариантах: редуцированием давления в системе после насыщения поглотителя в проводимой под избыточным давлением стадии адсорбции или созданием в ней разрежения при осуществлении стадии адсорбции под нормальным давлением.

Вакуумная десорбция ввиду необходимости значительных энергозатрат и обеспечения герметичности соответствующих установок крайне ограниченно используется в практике санитарной газоочистки.