Кохтла-Ярве 2015

ТАЛЛИНСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Вирумааский колледж
RAR0680 Сберегающие технологии
Афонская Анастасия
112006 RDKR71
Метод электронного излучения для
очистки дымовых газов от SO2
Доклад
Преподаватель: лектор А.А. Згуро
Кохтла-Ярве 2015
Проблему очистки дымовых газов от оксидов серы позволяет решить технология
электронно-лучевой очистки (ЭЛО) дымовых газов. Преимущества технологии ЭЛО
перед химическими очистками заключается в следующем: одновременная очистка
дымовых газов от NOX, SO2, полиароматических углеводородов, летучих органических
соединений; компактность; высокая степень очистки; в результате очистки дымовых
газов получаются сельскохозяйственные удобрения. Суть технологии ЭЛО заключается
в следующем: дымовые газы облучаются ускоренными электронами (с энергиями до 1
МэВ). В качестве источников радиации наиболее часто применяют Со 60 и Сs37 , которые
эмитируют γ-лучи, а также ускорители электронов, выделяющие пучок электронов.[1] В
результате радиационно-химических и химических реакций происходит окисление
вредных компонентов до SO3, после чего они взаимодействуют с водой и (или)
аммиаком. В зависимости от состава получаемых продуктов они улавливаются в
твердом виде (сульфат аммония), либо поглощаются щелочными соединениями, если
выделяются в виде серной кислоты. Сульфаты аммония, можно использовать в качестве
сельскохозяйственных удобрений. [1] Метод электронно-лучевой очистки является
дорогостоящим
из-за
высокой
стоимости
оборудования,
большого
расхода
электроэнергии, трудности улавливания возникающих аэрозольных частиц. Требуется
защита
персонала
от
рентгеновского
излучения,
сопровождающего
процесс.
Использование аммиака связано с необходимостью хранения значительных его
количеств, риском утечки в случае аварии. Контрольная и регулирующая аппаратура
должна
четко
отслеживать
содержание
оксидов
серы
в
газах
и
подавать
стехиометрическое количество аммиака, иначе будет происходить проскок этого
реагента
или
улавливаемых
вредных
компонентов.
[2]
Технология
ЭЛО
разрабатывается на протяжении последних 30-ти лет. Построены промышленные и
опытно-промышленные установки в Китае, Польше, Болгарии. Но, несмотря на
сравнительно длительное изучение этой технологии, полного понимания механизма
кинетики удаления SO2 и других загрязняющих веществ из дымовых газов пока еще
нет.
В результате численных экспериментов полученные данные по нежелательным
реакциям, которые уменьшают эффективность электронно-лучевой очистки. Также, из
2
результатов моделирования следует, что энергия электронов, расходуется не только на
очистку газов от газообразных вредных примесей дымовых газов, но и на образование
новых
вредных
примесей,
что
снижает
эффективность
очистки.
Повышение
эффективности очистки дымовых газов можно достичь, при условии селективного
поглощения энергии теми компонентами газа, которые приводят к образованию
химических веществ (OH, O и др.), способствующих удалению SO2 и других
газообразных загрязнителей. Такое селективное поглощение можно достичь, например,
при использовании ультрафиолетового облучения дымовых газов с определенной
длиной волны или фотокатализаторов (например, на основе TiO2). Причем, применение
фотокатализаторов на основе TiO2 возможно без источников ультрафиолетового
излучения, т.к. энергия вторичных электронов выше энергии ультрафиолетового
излучения, применяемого в фотокаталитических устройствах на основе TiO2. [1]
Изображена схема демонстрационной установки, сооруженной в Щецине на тепловой
электростанции. Дымовые газы от двух котельных агрегатов, мощностью 56 МВт
каждый, работающих на угле, сначала очищаются от твёрдых частиц системой
электростатических фильтров. Затем половина потока после охлаждения распыленной
струёй воды и добавки некоторого количества аммиака NH3 поступает в два
радиационно-химических аппарата, где происходит обработка газосмеси четырьмя
электронными пучками двух ускорителей общей мощностью 1200 кВт. В результате
происходящих после облучения химических реакций образуются твёрдые частицы
нитратов и сульфатов аммония. Они улавливаются электростатическими фильтрами и
поступают в накопительный бункер. Полученное вещество является экономичным
сельскохозяйственным удобрением. Содержание окислов азота в газах после обработки
снижается более чем в 3 раза, а оксидов серы – в 10 раз. Изобретение может быть
использовано для удаления кислотных загрязнителей из топочных газов путем
воздействия излучения. Способ осуществляют облучением потока топочных газов
электронным пучком, а также воздействием микроволн в виде непрерывного или
импульсного потока. Устройство содержит реактор, снабженный по меньшей мере
одним источником пучка электронов и по меньшей мере одним источником микроволн.
Изобретение позволяет повысить эффективность очистки и снизить энергозатраты. Для
3
очистки промышленных топочных газов разработан ряд эффективных способов.
Удаление кислотных загрязнителей из топочных газов химическими способами
основано на абсорбции кислотных загрязнителей в щелочных растворах, т.е. в
известковых взвесях. Такие методы влажной очистки приводят к образованию
огромных количеств осадка. Кроме того, таким путем можно удалять только SO2. В
топочных газах остаются значительные количества NOx в частности NO, которые
вместе с фреоном влияют на образование озонной дыры, поэтому возникает
необходимость строить отдельные установки для удаления из топочных газов NOx.
Такие
установки
основаны
на
различных
принципах,
главным
образом
на
каталитическом восстановлении.
Рисунок 1. Схема пилотной установки радиационный очистки газов на ТЭЦ в Щецине,
Польша.
Столь ощутимый эффект объясняется именно радиационным вмешательством. При
неупругом рассеянии быстрых электронов в бомбардируемом газе образуется большое
4
число вторичных электронов, которые возбуждают и ионизируют атомы, разрывают
молекулярные
связи,
вызывая
образование
высокоактивных
радикалов
и
интенсифицируя химические реакции связывания последних.
Упрощенно механизм радиационного перевода SO2 из газовой фазы в присутствии
аммиака в сульфат аммония схематически представлен на рис. 2. При всей
многовариантности
соответствующих
радиационно-химических
превращений
их
конечными продуктами оказываются (NH4)2SO4 для SO2.
Рисунок 2. Возможные пути перевода SO2 в нитрат и сульфат аммония.
Эффективность радиационной обработки отходящих газов зависит от первоначальной
концентрации оксидов. Чем она выше, тем эффективнее при прочих равных условиях
(температура, концентрация впрыскиваемого NH3) работает электронный пучок –
увеличивается кратность снижения оксидов N и S в газах. Это следует из полученной
зависимости от поглощённой дозы D доли удалённых оксидов от их первоначальной
концентрации. Поглощённой дозой называется энергия излучения, поглощённая
единичной массой облучаемого вещества в процессе возбуждения и ионизации
содержащихся в ней молекул. Единицей измерения поглощённой дозы в системе СИ
служит грей (Гр): 1 Гр = 1 Дж/1 кг, 1 кГр = 1 кДж/ 1 кг. [3]
5
Список литературы:
1. Моргунов В.В., Численное моделирование процессов электронно-лучевой
очистки дымовых газов. Система N2-O2-NO-SO2-NH3-H2O-CO2, Харьков, 2013
2. Защита атмосферы от выбросов токсичных веществ. [WWW]
http://elar.urfu.ru/bitstream/10995/1378/5/1324896_lectures.pdf (03.12.2015)
3. Использование электронных пучков высоких энергий для удаления вредных
оксидов из отходящих газов. [WWW]
http://sir35.narod.ru/RT/Tn_603.htm (03.12.2015)
6