Дата публикации: 20.03.2022
Көбей Асқат Болатбекұлы
2-курс магистранты,
Қарағанды техникалық университеті,
Қазақстан, Қарағанды қ.
1. Шаң тазалау аппараттары
Металлургия өнеркәсібінде газдарды тазартудың құрғақ және дымқыл әдістері қолданылады (кесте 1) [1].
Кесте 1. Шаң тазалау аппараттарының техникалық сипаттамалары
|
Сипаттамалар
|
Аппараттың атауы
|
|||||
|
Инерциялық камера
|
Циклондар
|
Мата сүзгілері
|
Электр сүзгілер
|
Форсункалық скрубберлер
|
Скруббер Вентури
|
|
|
Газ ағынының шаңдануы, г/м3
|
-
|
400
|
20
|
50-90
|
-
|
100
|
|
Алынатын өлшем, мкм
|
50
|
20
|
субмикрон-ға дейін
|
1-2 субмик-ронға дейін
|
10-15
|
1-2
|
|
Температура, °C
|
450
|
450
|
100-180
|
330-425
|
900
|
900
|
|
Газ құбырында сирету, кПа
|
-
|
2,5
|
|
4-15
|
|
|
|
Гидравликалық кедергі, Кпа
|
0,2-0,3
|
1,2-2,5
|
1-1,8
|
0,15-0,2
|
0,25
|
10-20
|
|
1000 м3 газға ЭЭ шығыны, кВт/сағат
|
-
|
0,2 -0,25
|
0,4 -0,5
|
0,5-1,0
|
0,15-0,2
|
4 -6
|
|
Су шығыны, д/м3 газа
|
-
|
-
|
-
|
-
|
3-6
|
0,12-4
|
|
* %өрсетілген бөлшектердің мөлшері үшін тиімділік
|
<60
|
95 -98
|
99,5
|
99,5
|
60-70
|
96-98
|
|
* Осы кестелерде келтірілген ұстау тиімділігінің мәндері алынған бөлшектердің көрсетілген мәніне сәйкес келеді
|
||||||
Газдарды шаңнан тазартудың құрғақ тәсілі инерциялық камераларда, циклдық аппараттарда, электр және мата сүзгілерінде, сулы тәсіл – форсункалық скрубберлерде және Вентури скрубберлерінде жүзеге асырылады. Газдарды тазартудың дымқыл әдістерін тазартылған газдарды салқындату қажет болған жағдайда және оларда суда еритін улы заттар болған кезде қолданған жөн. Олай болмаған жағдайда, дымқыл шаңды тазарту қондырғыларын пайдалану Ағынды суларды тазарту қажеттілігіне байланысты тазарту процесін арттырады.
Инерциялық камера. Инерциялық камера деп шаң жинағышпен жабдықталған газ каналының кеңеюі түсініледі. Оның жұмыс принципі каналдың тірі бөлігінің кеңею аймағында жылдамдық төмендеген кезде газ ағынынан шаң бөлшектерінің түсуіне негізделген.
Инерциялық камерада бөлшектердің ұсталу тиімділігін шамамен есептеу осы газ тазартқыш аппаратта ұсталуы мүмкін бөлшектердің критикалық мөлшерінің шамасы бойынша жүзеге асырылады.
Циклон. Циклон аппараттары шаң бөлшектерін газ ағынынан шығару үшін центрифугалық күшті қолданатын шаң жинағыштар деп аталады.
Диаметрі D=280 мм оңтайлы мәні бар циклон жұмысының тиімділігін есептеу осы әдістеменің көмегімен бір циклондар агломерациялық газдарды 97,7%-ға дейін тазартуды қамтамасыз ететіндігін көрсетті. Бөлінетін газдардың үлкен көлеміне байланысты агломерация өндірісінде жалғыз циклондар емес, батарея қолданылады. Батарея циклондарындағы газдарды тазарту дәрежесі бірдей диаметрдегі жалғыз циклондарға қарағанда 20% төмен. Нәтижесінде батарея циклондарындағы агломерациялық газдарды тазарту тиімділігі 81,4% - дан аспайды. Газ тазалау жұмысының осындай тиімділігі кезінде агломерациялық машинадан шаң шығару 0,9-6,6 кг/т құрайды, бұл Батыс Еуропа нормаларынан бірнеше есе жоғары. Циклондық аппараттардағы ашық ауада және конвертерлік өндірістің түтін газдары өте төмен тиімділікпен ұсталады – сәйкесінше 7,2 -12,7%.
Осылайша, циклон аппараттары, инерциялық камера сияқты, металлургия өндірісінде газ ағындарын шаң мен абразиядан тазартудың бірінші кезеңі ретінде ғана қолданыла алады.
Электр сүзгіш. Электростатикалық сүзгілер-бұл газ тазарту құрылғылары, олардың жұмыс принципі шаң бөлшектерін газ ағынынан шығаруға негізделген, олардың әсерінен бөлшектер қарама-қарсы зарядталған шөгінді электродқа тартылады. Электростатикалық шөгінділер өте тиімді және энергия шығыны аз. Электростатикалық шөгінділердің негізгі элементтері корпусқа салынған тәждік және шөгінді электродтар болып табылады, олар кіріс және шығыс құбырларымен және шаң жинағышпен жабдықталған. Металлургия өнеркәсібінде көбінесе жалпақ шөгінді және сым тәжі электродтары бар ламельді электростатикалық сүзгілер қолданылады.
Әлемде улы газ тәрізді қосылыстардың қоршаған ортаға шығарылуын азайту токсиндердің пайда болуын басатын іс-шаралар деп түсінілетін бастапқы әдістермен қамтамасыз ету оңай, ал тазарту қондырғыларын қолдануға негізделген қайталама әдістер қымбат және тиімсіз.
Газдарды улы қоспалардан тазартудың бес негізгі әдісі бар: абсорбция, адсорбция, конденсация, химиялық өңдеу және жанғыш ластаушы заттарды жағу. Абсорбцияны зиянды қоспалардың едәуір концентрациясы кезінде, зиянды қоспалардың төмен концентрациясы бар газдың көп мөлшерін тазарту қажет болған кезде адсорбцияны қолданады. Конденсация әдісі қалыпты температурада төмен бу қысымы бар газдарды тазарту үшін қолданылады, ал газдарды жанғыш компоненттердің көп мөлшерінен тазарту қажет болған жағдайда күйдіру қолданылады. Химиялық тазарту барлық басқа әдістер тиімсіз болған кезде қолданылады.
Абсорбция дегеніміз – газ тәрізді компонентті сұйық сіңіргішпен-сіңіргішпен селективті сіңіру процесі, ол су немесе кәмелетке толмаған органикалық сұйықтықтарды пайдаланады. Абсорберді таңдау ондағы газдың ерігіштігіне (жұмыс жағдайында) байланысты. Су HCl, HF, NH3 сияқты қышқыл еритін газдарды шығаруда жоғары тиімділікке ие. Аз ерігіштігі бар газдар: SO2, Cl2, H2S NaOH және CaCO3 сілтілі ерітінділерімен оңай сіңіріледі. Аз ұшатын органикалық сұйықтықтар: моно-ди және триэтаноламин және метилдиэтаноламин органикалық газ тәрізді ластаушы заттарды кетіру үшін тиімді қолданылады. Сіңіру процесі қуыс скрубберлерде және саптамасы бар скрубберлерде, сондай-ақ көпіршікті және көбік аппараттарында жүзеге асырылады.
Адсорбция – жану газдарын, vеталлургиялық және химиялық өндіріс газдарын тазарту үшін қолданылатын газды қатты денеге сіңіру процесі. Сорбент ретінде ішкі беті дамыған қатты заттар қолданылады: белсендірілген көмір, кокс, қарапайым немесе күрделі оксидтер, сондай-ақ әктас пен әк. Процесс адсорбент қабаты арқылы газды сүзу немесе оны тазартылған газ ағынына үрлеу арқылы жүзеге асырылады, содан кейін инерциялық аппараттарда сорбенттен соңғысын тазартады.
Химиялық реакциямен бірге сорбциялық процестер газдарды тазартудың химиялық әдістері ретінде жіктеледі. Сорбциялық аппараттардағы газдарды ұстау тиімділігін аналитикалық есептеу мүмкін емес, осыған байланысты бұл мән эксперименттік мәліметтер бойынша анықталады.
Газды СО-дан тазарту. Газдарды көміртегі тотығынан тазарту әдісін таңдау тазартылған газдың көлеміне және ондағы СО концентрациясына байланысты. Түтін газдарынан СО шығарудың ең жақсы тәсілі – жану. Ол түтін газдарындағы СО концентрациясы 3%-дан асқан кезде және шығатын газдардың салыстырмалы түрде төмен көлемінде, оларды тұтану температурасына дейін қыздыру шығындары аз болған кезде қолданылады. Газдар қоспасының тұтану температурасы СО концентрациясына да, сутегі концентрациясына да байланысты. Қоспадағы сутегі мөлшері неғұрлым жоғары болса, жану температурасы соғұрлым төмен болады және тазарту процесін жүзеге асыруда энергия шығыны аз болады. Төмен концентрацияларда со және шығатын газдардың көп мөлшері көміртегі тотығының каталитикалық тотығуына жатады.
Газдарды күкірт оксидтерінен тазарту. Газдарды күкірт оксидтерінен тазарту үшін сорбциялық және радиациялық-химиялық тазарту әдістері қолданылады. Бұл әдістер қайтымды және қайтымсыз, па ылғалды және құрғақ, па каталитикалық және аралас болып бөлінеді [2]. Қайтымсыз процестерде жүйеден шығарылатын қалдықтар мен жанама өнімдер пайда болады, осыған байланысты реакция көлеміне үнемі жаңа реагенттің жаңа бөліктерін енгізу қажет. Қайтымды процестерде SO2 жоюды қамтамасыз ететін белсенді реагент қалпына келеді және қайта қолданылады.
Қандай да бір әдісті қолдану газ ағындарының физикалық-химиялық сипаттамаларымен, сорбенттің жеткілікті мөлшерінің болуымен, кәдеге жаратылатын жанама өнімді және басқа да техникалық-экономикалық көрсеткіштерді алу мүмкіндігімен негізделеді.
Ең көп тарағандары-газдарды SO2-ден тазартудың дымқыл сіңіру әдістері. Олар жылу электр станциялары мен күкірт оксидтерінің жоғары көлемімен және төмен концентрациясымен сипатталатын агломерациялық зауыттардың түтін газын тазарту үшін кеңінен қолданылады. Газдарды SO2-ден адсорбциялық тазарту әдістері қолданылатын сорбенттердің құрамымен, құрылғылардың конструкцияларымен және алынған жанама өнімдермен ерекшеленеді. Көп жағдайда әк сіңіру ерітінділерін дайындау үшін қолданылады, ол реакция бойынша SO2-мен әрекеттеседі:
СаСО3 + SO2+ 0,5О2 = СаSO4 +СО2
Бұл әдіс тегіс арматураланған қабырғалары бар және гипс шөгінділерінің пайда болуына ықпал ететін тоқырау аймақтары жоқ саптама скрубберінің еденінде жүзеге асырылады. Процесс бір немесе екі сатыда жүзеге асырылады. Бір сатылы аппаратта ауа тазарту аймағына сіңіру ерітіндісімен бір уақытта жіберіледі, оның оттегі кальций сульфитін сульфатқа дейін тотықтырады, бұл әк ерігіштігінің жоғарылауына және гипс кристалдарының тұндырылуына әкеледі. Газдарды әктен тазартудың ең тиімді процесі екі сатылы аппаратта жүреді. Бұл қондырғыда қол жеткізуге болатын тазарту деңгейі 95% құрайды. Бұл әдістің тиімділігін газ ағынын туроулизациялау, марганец пли темір катализаторының қатысуымен процесті жүргізу, сахароза (2-5%), қант (8,6%), формаль және карбон қышқылы немесе кальций хлориді (20-30%) сіңіргіш ерітіндісіне қоспалармен арттыруға болады [3].
Газды SO2-ден тазартудың бұл әдісінің жанама өнімі-гидроциклоптар мен таспалы вакуумды сүзгілердегі шөгінділерді сусыздандыру арқылы алынған гипс. Гипс құрылыс ісінде және тыңайтқыш ретінде қолданылады. Әк ерітінділерінен басқа, кокстеудің жанама өнімі – аммиак суын SO2 үшін сіңіргіш ретінде қолдануға болады. Бұл жағдайда тыңайтқыш ретінде қолданылатын аммоний сульфатының тауарлық өнімі алынады. Күкірт оксидтерінің аммиакпен әрекеттесу процесін күшейтеді SO2 ионизациясы электрондардың бағытталған сәулесімен. SO2 үшін сіңіру ерітінділері ретінде магний гидроксиді мен С натрий сульфатының ерітіндісін қолданған кезде қарапайым күкірт н глаубер тұзы алынады.
Газдарды азот оксидтерінен тазарту. Азот оксидтері туралы газдарды селективті каталитикалық, селективті емес, селективті каталитикалық [4], сондай - ақ радиациялық-химиялық төмендету арқылы тазартуға болады.
Селективті каталитикалық әдіспен NOx-ті қалпына келтіру платинодий катализаторының қатысуымен көміртегі тотығы, сутегі және көмірсутектер (көбінесе метан) арқылы жүзеге асырылады. Қол жеткізілген тазарту деңгейі 67% құрайды. Катализаторсыз қалпына келтіру реакциясы өте баяу жүреді. Катализатордың қымбаттығына байланысты бұл әдіс тек автомобильдердің пайдаланылған газын тазарту үшін қолданылады.
Селективті-термиялық әдіспен NOx 850-1050°C температурада аммиакпен азаяды. реакцияның толықтығын қамтамасыз ету үшін реакция аймағына H2 берілуімен NН3 үрлеудің бірнеше жазықтығы қолданылады. Энергетикалық қазандықтардан шығатын газдарды тазартудың осы әдісін сынау оның төмен тиімділігін (40%), аммиактың ағып кетуінің және саптамалардың коррозиясының жоғары деңгейін көрсетеді, нәтижесінде оны NOx таралуынан газдарды тазарту үшін қолдану таралмады.
NOx аммиакты селективті-каталитикалық төмендету технологиясы үшін катализатор маңызды компонент болып табылады. Жапонияда автомобильдердің пайдаланылған газдарында және көмір мен табиғи газбен жұмыс істейтін энергетикалық қондырғылардың түтін газдарында азот оксидін қалпына келтіруге арналған катализаторлар әзірленді. Олар титан оксидінен немесе активтендірілген кокстан жасалған. Мамандардың пікірінше, каталитикалық әдіс түтін газын NOx-тен тазарту үшін ең тиімді болып табылады. Алайда, катализатордың қымбаттығына және оның шаңмен толып кету мүмкіндігіне байланысты металлургияда каталитикалық әдісті қолдану таралмады.
Қолданылған әдебиеттер:
1. Буторина И. В., Капустин Е.Л. Анализ математического описания восстановления оксидов железа газами // Из.АНСССР Металлы.-2007. – №3.- с.14-21.
2. Славутский Б.П., Гурьев B.C., Лавонник Л.С, Иксанова Е.И. Состояние и перспективы очистки дымовых газов тепловых электростанций и металлургических заводов от оксидов серы: Обзор по системе Информсталь / Ин-т Черметинформация. - М.: 2014. -Вып. 17 (293).-с 40.
3. Фанштейн Л.Л., Моргунов В.В. Перспективы промышленной реагтзации технологии электронно-лучевой очистки (ЭЛО) дымовых газов в агломерационном производстве// Сборник научных трудов «Экология и здоровье человека, охрана водного и воздушного бассейнов, утилизация отходов» - Харьков: Райдер, 2004. - с. 246-248.
4. Апдо Д. Проблемы загрязнения среды оксидами серы и азота и современные меры сокращения их выброса в различных странах/Черметинформация. – 2015. – т.23 – №7 – с.3-13.