Санітарна очистка газів від ртуті на модифікованих адсорбентах

Забруднення атмосфери ртуттю відбувається при викиді газів підприємствами кольорової металургії, теплоенергетики, хімічної й іншої галузей промисловості. У відпрацьованих газах ртуть і її сполуки можуть перебувати у вигляді пари й аерозолів, а також у складі деякого її пилу (в адсорбованій або розчиненій формі). Концентрація ртуті змінюється в широких межах. Істотні розбіжності в складі й об'ємах відпрацьованих газів, які містять ртуть, визначають значну кількість запропонованих для їхнього очищення методів, що умовно поділяють на фізичні (конденсаційні, абсорбційні, адсорбційні, уловлення аерозолів) і хімічні (хемосорбційні, газофазні).

Для попереднього очищення газів від ртуті зазвичай використовують фізичні методи з наступною глибокою очисткою індивідуальними та комбінованими хімічними методами. Хемосорбційні рідинні методи застосовують при необхідності видалення з концентрованих газів складної сполуки водночас з ртуттю деяких інших компонентів, особливо тих, очищення від яких сухими методами ускладнене або неможливе, і звичайно обмежують невеликими об'ємами оброблюваних газових потоків.

При необхідності глибокої демеркуризації значних об'ємів відпрацьованих газів найчастіше використовують адсорбційні методи. Однак промислові адсорбенти, за винятком активованого вугілля, досить рідко застосовують для демеркуризації відпрацьованих газів.

Обробка сухих газових потоків, що містять ртуть, не модифікованим активованим вугіллям часто ускладнена присутністю в них діоксиду сірки, що дезактивує адсорбент, різко знижуючи його поглинальну здатність щодо ртуті. Однак за наявності у газах, які підлягають очищенню, кисню і пари води в адсорбенті інтенсивно йде процес окислювання сорбуючого діоксиду сірки:

(5.104)

Сірчана кислота, що утворюється, взаємодіє з парами ртуті утворюючи , що забезпечує можливість ефективної демеркуризації оброблюваних газів. У цьому зв'язку раціонально піддавати очищенню вологі гази (відносна вологість 40-100 %) з високим вмістом діоксиду сірки (на два-три порядки мають перевищувати вміст ртуті). Залишкова концентрація в газах ртуті за цих умов може досягати близько 0,0075 мг/м³. Використання термічної (450 °С) десорбції під вакуумом у 46,6 кПа (350 мм рт. ст.) забезпечує протягом 60 хв 97 % регенерації вугілля і можливість його повторного використання. Відомі й інші прийоми регенерації, зокрема шляхом обробки насиченого адсорбенту 100 %-ним діоксидом сірки.

Використовуване для демеркуризації відпрацьованих газів активоване вугілля часто попередньо модифікують шляхом його обробки різними сульфатуючими, галоїдуючими, сульфідуючими й іншими реагентами: сірчаною кислотою, хлоридами заліза і ртуті, сіркою, сульфідами металів тощо.

На цьому принципі базується спосіб санітарного очищення від парів ртуті вентиляційних викидів під час виробництва вітаміну В₂ (рисунок 5.50).

Адсорбент готують у реакторі шляхом обробки активованого вугілля типу АР водним розчином хлориду натрію, що готується в змішувальній місткості з наступним його підсушуванням гарячим повітрям, що надходить з калорифера. Модифікований у такий спосіб адсорбент через верхній люк завантажують у концентричні простори - порожнини циліндричного адсорбенту, утворені перфорованими вертикальними кільцевими стінками, і відпрацьовані гази, що підлягають очищенню, фільтрують через розміщені в них шари гранульованого вугілля. Внаслідок хімічної взаємодії з хлоридом натрію пари ртуті зв'язуються й утримуються адсорбентом. При насиченні ртуттю поглинач вивантажують з адсорбенту і ртуть, яка в ньому міститься, рекуперують пірометалургійним методом.

Рисунок 5.50 - Схема адсорбційної установки демеркуризації вентиляційних викидів

1 – змішувач; 2 – калорифер; 3 – реактор; 4 – адсорбер; 5 - вентилятор

При обробці 40 тис. м³/рік вентиляційних викидів з концентрацією ртуті 0,13 мг/м³ 5,5 т завантаженого в адсорбер модифікованого вугілля (вміст 3-5 %, товщина шару 0,2 м, поверхня фільтрації 40 м²) забезпечують ступінь очищення 99,0 ± 1,0 % при швидкості фільтрації газу 0,28 м/с, загальному опорі установки не більше 1 кПа і терміні служби вугілля більше півтора року.

Поряд з активованим вугіллям як носії для хемосорбентів-імпрегнатів можуть бути використані й інші адсорбенти (силікагелі, цеоліти, глиноземи) і речовини з високорозвиненою поверхнею (пемза, оксид магнію, кремнезем тощо), а також різні волокнисті матеріали.

Під час очищення значних обсягів газових викидів, що містять ртуть, на ряді виробництв застосовують подрібнену (розмір зерен 4-35 мм) марганцеву руду (піролюзит).

Очищення ґрунтується на реакції, що відбувається на поверхні зерен:

(5.105)

За наявності в газах, які очищують кисню і діоксиду сірки одночасно утворяться сульфати марганцю і ртуті. Оскільки в газових викидах деяких виробництв (наприклад, у відпрацьованих газах ртутних заводів) вміст діоксиду сірки значно вищий, ніж ртуті, з метою цілеспрямованого використання піролюзиту перед контактом з ним гази очищають від діоксиду сірки, звичайно вапняним молоком. Після видалення основної кількості діоксиду сірки гази підігрівають до 50- 70 °С для попередження конденсації вологи, що наявна в них, і контактують з піролюзитом. Демеркуризовані гази надходять в атмосферу. Насичений ртуттю піролюзит після вивантаження з адсорберу підлягає обробці в ротаційних млинах (грохотах) з метою руйнування і відсівання зерен ртуті в утримуючому їх поверхневому шарі. Відсівання із вмістом 1-2 % ртуті з метою виділення останньої обпалюють разом з початковою вміщуючою ртуть рудою і повторно використовують для газоочистки.

При обробці відпрацьованих газів ртутних заводів відповідно до описаної технології в шарі піролюзиту висотою 0,6 м при швидкості газу в адсорбері 0,2 м/с ступінь їх демеркуризації становить 90-96 % при витраті 20 т піролюзиту на 1 т уловленої ртуті. У той же час при очищенні піролюзитом вентиляційних викидів виробництва ртутних термометрів залишкова концентрація ртуті досягає 0,02 мг/м³ при ступені демеркуризації 80 %. Значна глибина очищення поряд з токсичністю пилу піролюзиту, підвищенням гідравлічного опору його шару за рахунок самоущільнення в процесі роботи та іншими факто­рами знижує останнім часом інтерес до практичного використання цього методу.

Крім перерахованих твердофазних методів, для очищення відпра­цьованих газів від парів ртуті можуть застосовуватися деякі іонооб­мінні методи, зокрема з використанням зернистих або волокнистих матеріалів: катіоніту в форми аніонообмінної смоли, що містить сполуки йоду й адсорбований йод.