Технологии очистки воздуха

Очистка воздуха от аммиака и поглощение отходящих газов химических и аммиачных производств

Очистка воздуха от аммиака и отходящих газов, а также сопутствующих загрязнителей.

Очистка воздуха от аммиака производится следующими способами.

Фотокатализ
Микробиология
Сухая адсорбция
Мокрая абсорбция / Хемосорбция

Подробно рассмотрим такой процесс как очистка воздуха от аммиака и отходящих газов от аммиака и сероводорода. Методы абсорбционной и других типов фильтрации и улавливания NH₃ на аммиачных и химических производствах, свинофермах и крупных животноводческих комплексах.

Необходимость очистки газовоздушных сред от аммиака

Нитрид водорода NH₃ – при всех других условиях является нежелательным и опасным компонентом отходящих газов промышленных производств.

В биологической части соединение является сильным рефлекторным нейротоксином и лакриматором (слезоточивым газом). В технологическом же аспекте, NH₃, обладает высокой поляризованностью молекул. Он представляет собой мощный драйвер, который способен в случае утечки активно влиять на техпроцесс и финальные продукты химических реакций.

Отдельно следует упомянуть и фильтрацию воздуха от запаха NH₃. Аммиак даже при отсутствии прямой угрозы здоровью или пром процессам – создает крайние неудобства для персонала и окрестных жителей предприятий. Качественное дезодорирование является прямым следствием эффективной нейтрализации. Чем выше КПД улавливания нитрида водорода, тем, соответственно, ниже свойства среды.

Интересна этимологическая версия происхождения слова аммиак (англ. Ammonia). Лингвисты склоняются к мнению, что термин берет свое начало от имени древнеегипетского бога Амона. Поклоняясь которому, жрецы вдыхали твердый нашатырь, источающий резкий неприятный аммиачный запах.

Помимо прочего, Аммиак состоит из таких распространенных элементов как азот и водород. Пары нашатыря существенных количествах образуются в процессе термической (сжигания) или диссоциации (гниения) органической материи.

Вышеописанное с запасом обуславливает необходимость очистки воздуха и технических газов от водородного нитрида. Очистка воздуха от аммиака, во множестве отходящих выхлопов NH₃ , идет в тандеме с сероводородом и другими токсичными, кислыми и пахучими компонентами. Способы сорбционного и хемо сорбционного захвата или утилизации нежелательных газ компонентов, реализуемые в аппаратах, позволяют одновременно улавливать / утилизировать NH₃, H₂S, SO₂, NO₂ и многие другие нежелательные составляющие воздухопотока с КПД ≈ 100%.

Очистка воздуха от аммиака. Методы и оборудование.

В зависимости от условий, в которых находятся очищаемые газо компоненты в обрабатываемом потоке (концентрация, влажность, температура, давление и наличие механических / пылевых примесей), очистные процедуры и подходы к газоочистке могут значительно варьировать. Рассмотрим основные методы фильтрации, используемые в современной промышленности и быту.

Фотокаталитический метод

Очистка воздуха от аммиака с помощью фотокатализа обеспечивает высокую степень очищения. От легковесных активных элементов и хим. соединений и используется тогда, когда концентрации и объемы обрабатываемого загрязнителя незначительны.

Принцип действия фотокатализатора основан на ультрафиолетовой (λ ≈ 300 нанометров) бомбардировке световыми квантами твердотельного титанового катализатора (TiO₂). На котором происходит поверхностная адсорбция веществ с их последующим окислением до CO₂, воды и других безопасных соединений и элементов.

Фотокатализ является достаточно сложным подходом к газоочистке. Даже несмотря на КПД удаления NH₃ и H₂S ≈ 96% – в основном, используется в бытовых и автомобильных вентиляционных фильтрах и очистителях от неприятных запахов, аллергенов, табачного дыма, биоцидных бактерий и других микроорганизмов.

Микробиологический метод

Экспериментально эксплуатируются и биологические фильтры, «населенные» колониями специфичных бактерий. Для которых аммиак является жизненно необходимым метаболитом. Открытая в 2018 году морская бактерия — Kuenenia stuttgartiensis способна «питаться» чистым аммиаком. Она превращает его в элементарный азот (с выделением тепловой энергии). Открытие принадлежит немецкому ученому из Бремена, доктору биологии Борану.

Конечно же, биофильтры представляют собой исключительно тонко настраиваемые системы. Они требуют для надлежащей работы специальных условий, обеспечение которых зачастую на порядки превосходит сложность газоулавливания. Тем не менее, исследования в этом направлении ведутся. И, вполне возможно, когда-нибудь микробиологические фильтраторы смогут показывать приемлемую эффективность. Вследствие чего, очистка воздуха от аммиака таким способом, мало распространена на практике.

Адсорбционный подход

В тех случаях, когда объемы очищаемых газов значительно превосходят бытовые. А также при низкой влажности и отсутствии механической пыли в обрабатываемом потоке. Наиболее продуктивной технологией фильтрации воздушных сред от аммиачных (и сероводородных) загрязнителей является сухая каталитическая адсорбция.

Очистка воздуха от аммиака в этом случае производится с помощью сухих сорбентов.

На сегодняшний день разработано множество сухих адсорбентов. Они демонстрируют абсолютные показатели в захвате сероводородных и нитридоводородных включений. Особенно высокую результативность имеют сухие адсорбционные фильтры на основе активированного угля (специальной активации), алюмосиликаты (цеолиты) и силикагель.

^{Адсорбер «батарея»}

Принцип газоулавливания в адсорберах объясняется микроскопической пористостью адсорбентов: размеры пор выбираются так, чтобы они точно коррелировали с размерностью молекул захватываемых газов.

Селективная адсорбция тем более целесообразна. Чем менее комплексно загрязнен поток отходящих (или циркулирующих) газов. То есть, чем меньше разнообразие загрязнителей, тем большую эффективность продемонстрирует адсорбционная установка.

Очистка воздуха от аммиака сухим методом каталитической очистки применяется на аммиачных производствах. А также предприятиях полимерного синтеза, в химических циклах производства агропромышленных азотсодержащих удобрений (мочевина, селитра, сульфаты, сульфиды и карбонаты аммония), азотной (HNO₃), азотистой (HNO₂) кислот, пищевой соды NaHCO₃ и других хим. соединений.

Очистка воздуха от аммиака. Мокрая абсорбция в скрубберах и абсорбционных колоннах.

Одним из наиболее рациональных способов масштабной и эффективной очистки газов. Очистка воздуха от аммиака на производствах, (особенно, в комплексе с другими газообразными, аэрозольными и микромеханическими веществами), является мокрая физическая (водяная) и химическая абсорбция (реагентная хемосорбция).NH₃ имеет высокое поляризационное разрешение, благодаря чему он очень хорошо растворяется в воде (свыше 1000 объемов вещества на 1 объем воды при 0 °C и свыше 500 объемов на 1 объем воды при 20 °C). Это позволяет эффективно сорбировать аммиачные включения даже с использованием в качестве жидкостного агента обычной технической воды, особенно – охлажденной.

Высокая химическая активность соединения также делает возможным его химическую нейтрализацию с использованием жидких активных сорбентов.

В большинстве случаев результативная очистка воздуха от аммиака достигается мокрым сорбционным методом. В котором в качестве абсорбента скруббера или абсорбера выступает водный раствор лимонной кислоты. Реакция идет по следующему пути:

C₆H₈O₇ + 2NH₃ → (NH₄)2HC₆H₅O₇(результант взаимодействия – безопасный цитрат аммония).

Не менее привлекательные результаты дает и серная кислота:

2NH₃ + H₂SO₄ → (NH₄)2SO₄(продукт реакции – сульфат аммония).

Практикуется и использование в качестве агента фосфорной кислоты:

HPO₃ + 2NH₃ + H₂O → (NH₄)2HPO₄ (гидро фосфат аммония).

Хемосорбционный метод предпочтителен еще и в силу того, что в качестве побочных продуктов очистных процедур образуются экономически ценные продукты, которые могут быть выгодно утилизированы:

Цитрат аммония – антиоксидант, пищевая добавка, широко использующаяся в производстве соков, джемов, молочных и хлебобулочных изделий;
Сульфат аммония – азотно-минеральное удобрение, также используется в пищевой промышленности, в производстве вискозы и огнеупорных материалов;
Гидро фосфат аммония – агропромышленное азотное фосфорное удобрение. Оно также применяется в изготовлении негорючих составов для огнетушителей. Входит в состав некоторых табачных изделий.

Отталкиваясь от технологических требований и специфических свойств обрабатываемых потоков. Мы можем предложить к разработке насадочные абсорберы со стационарным слоем или скрубберы с подвижной шаровой насадкой, (а также химически просчитать максимально эффективный абсорбент). Их результативность в поглощении токсичных и ядовитых газов, аэрозолей, туманов, паров и дымов стремится к 100%.

Преимущества сорбционных аппаратов мокрого действия

Абсолютный КПД в улавливании широчайшего спектра газообразных, аэрозольных и микромеханических загрязнителей. Поглощение паров аммиака, сероводорода, двуокиси серы, окислов азота, кислот, щелочей, эфиров, кетонов, альдегидов, галогенов и галогенидов;
Широкая вариативность исполнений с производительностью по потоку от десятков кубометров до десятков тысяч кубометров среды в час (при высокой компактности одинарных агрегатов и многоступенчатых комплексов);
Способность к обработке высокотемпературных, комплексно загрязненных сред (паров, дымов) с t ≤ 900 °C;
Низкое гидравлическое сопротивление аппаратов, простота внедрения в любой производственный цикл;
Возможность получения экономически ценных пульп, образующихся в качестве бай-продуктов работы устройств;
Полная автоматизация систем с удаленным управлением, датчики, уровнемеры, газоанализаторы, КИПиА, механизмы автоматического отвода отходов скрубберов и абсорберов;
Высокая экономическая рациональность эксплуатации оборудования, быстрая окупаемость даже на средних и малых предприятиях, надежность, простота и безотказность.

Очистка воздуха от аммиака на свинофермах и животноводческих хозяйствах

Ужиная вкусной свиной отбивной, говяжьим стейком или бараньими котлетками, мы редко задумываемся об условиях содержания скота в животноводческих хозяйствах: комплексах, крупных телятниках, овчарнях, конюшнях.

А между тем, разведение животных в неестественных, стесненных условиях приводит к повышенному образованию органических отходов. Они выделяют внушительное количество вредных газов (NH₃, H₂S и других), вредящих, в первую очередь, самим животным. Вследствие чего, внедряются очистка воздуха от аммиака и профессиональные вентиляционные системы для фильтрации воздушной атмосферы на крупных свинофермах, в телятниках, овчарнях и конюшнях. А также системы газоочистки биогаза от крупных биостанций, навозохранилищ.

Очистка воздуха от аммиака. Сводный рейтинг методик газоочистки в разрезе удаления NH₃

Технология	Плюсы и минусы
Микробиология	Экспериментальный подход, не способный обеспечить надлежащих показателей промышленной газоочистки
Фотокатализ	Высокий КПД в части захвата множества органических соединений и болезнетворных организмов. Неспособность к эффективной обработке больших концентраций и объемов загрязнителей
Сухая адсорбция	≈ 100% КПД в улавливании «чистых» веществ органической и неорганической природы. В случае высокой влажности среды рекомендуется установка предваряющего осушителя
Мокрая абсорбция	Гибкая, универсальная и высокопроизводительная технология. Позволяет осуществлять не только захват нежелательных соединений, но и их трансформацию в ценные продукты. Способность к одновременному поглощению газовых, аэрозольных и пылевых конденсатов. Возможность работы в высокотемпературном режиме. Простота и неприхотливость устройств

Все оборудование входит в справочник наилучших доступных технологий (НДТ (22 раздел) Очистка вредных выбросов).

ПОДОБРАТЬ ОБОРУДОВАНИЕ