Современные проблемы и тенденции отечественной мокрой газоочистки

Д.Ю. Королицкий
Главный инженер ООО "СовПлим-Сибирь"

Немного об определениях аппаратов мокрой пыле-газоочистки

Скруббер (англ. «scrubber», от англ. Scrub – «чистить») – устройство, используемое для очистки пылеобразных или газообразных сред от примесей в различных химико-технологических процессах, в том числе при санитарной очистке.

Абсорбер (от лат. «absorbeo» – поглощаю) – аппарат для поглощения газов, паров, для разделения газовой смеси на составные части, растворением одного или нескольких компонентов этой смеси в жидкости, называемой абсорбентом (поглотителем).

Если подходить к вопросу об отличиях, то скрубберы являются «пылеулавливающим» подтипом абсорберов, которые, в свою очередь, относятся к аппаратам, осуществляющим процесс сорбции – захвата, растворения одного вещества в другом (физической сорбции) или взаимной химической нейтрализации (хемосорбции). При абсорбции процесс протекает на поверхности соприкосновения фаз, поэтому абсорберы должны иметь развитую межфазную поверхность.

Основная классификация абсорберов производится по способу образования этой поверхности.

Другие имеющиеся классификации абсорберов в основном связаны со способами действия, со схемами абсорбционных процессов (видами движения фаз), с конструктивными признаками.

Критерии подбора газоочистного оборудования

Существует достаточно большое количество типов газоочистных установок (далее – ГОУ), и это затрудняет оптимальный выбор для каждого конкретного случая. Кроме того, выбор ГОУ довольно часто происходит без достаточных оснований из-за традиций конкретного предприятия / холдинга и без учета особенностей процесса газоочистки.

Условия газоочистки и требования к ГОУ на разных производствах существенно различаются, поэтому невозможно рекомендовать какой-либо один тип, как наилучший для всех случаев жизни. Наилучшей ГОУ будет считаться та, у которой стоимость нейтрализации 1 м³ очищаемых газов будет наименьшей, включая все затраты, связанные с обслуживанием этих аппаратов.

Оптимальную ГОУ необходимо выбирать на основании технико-экономических расчетов для нескольких типов ГОУ, способных осуществить эффективную газоочистку для данного конкретного случая в соответствии с техническим заданием Заказчика.

Эти несколько типов абсорберов можно выбрать на основании следующих критериев – условий эффективного проведения процессов абсорбции:

На основании материального баланса определяется отношение объемных расходов жидкости (абсорбента) и газов. При небольших значениях Vж/Vг мало пригодны насадочные, пленочные и скоростные прямоточные, зато могут успешно использоваться тарельчатые и барботажные. При абсорбции высококонцентрированных и плохо растворимых газов Vж/Vг велико и в этом случае наиболее подходящими можно считать насадочные и распыливающие абсорберы. При средних значениях Vж/Vг применимы почти все типы ГОУ.
При необходимости отвода тепла за счет внутреннего охлаждения предпочтение следует отдать тарельчатым и барботажным ГОУ. В насадочных абсорберах для отвода тепла необходимо прибегать к циркуляционному охлаждению.
Если абсорбция при оптимальном режиме происходит при атмосферном давлении, желательно, чтобы ГОУ обладала низким гидравлическим сопротивлением, коим обладают насадочные и распыливающие форсуночные ГОУ.
По интенсивности процесса абсорбции сначала идут скоростные прямоточные, барботажные и тарельчатые и только потом, насадочные и пленочные абсорберы. Но надо учитывать, что при абсорбции плохо растворимых газов интенсивность абсорберов значительно снижается.
При изменении режимов работы абсорберов насадочные могут удовлетворительно работать в довольно широких пределах изменения нагрузок, в отличие от тарельчатых на провальных решетках, которые могут нормально работать в более узком диапазоне.
Если абсорбция зависит от времени реакции в жидкой фазе, например, для плохо растворимых и трудно поглощаемых газов, то предпочтительнее насадочные абсорберы. В распыливающих, пленочных абсорберах, как и тарельчатых абсорберах, на провальных решетках время реакции мало.

Существуют и другие критерии, которые выявляются во время расчетов материального баланса физической и химической абсорбции газов при заданных условиях. При этом должны также учитываться ограничения по габаритам, энергопотреблению, расходу материальных ресурсов (абсорбента, воды) и особых требований эксплуатации. Иногда последние оказывают существенное влияние в выборе ГОУ.

Наличие таких, достаточно разнообразных требований к газоочистке привело к тому, что практически все ведущие компании, специализирующиеся в мокрой газоочистке, вынуждены иметь в своей продуктовой линейке достаточное количество разных типов абсорберов для качественного удовлетворения разнообразных запросов Заказчиков.

Но настоящие проблемы при сравнении ГОУ появляются даже не с выбором типа абсорбера для конкретного случая, а с выбором поставщика ГОУ. В последнее время появились поставщики, которые заявляют свой единственный тип ГОУ универсальным «шедевром» газоочистки, способным высокоэффективно осуществлять санитарную очистку воздуха от любых вредностей и при любых условиях, не утруждая себя созданием хоть какой-нибудь продуктовой линейки. Как правило, они шифруют и патентуют названия своих ГОУ, не отожествляя их с общепринятой классификацией типов абсорберов, тем самым вводя в заблуждение проектировщиков и Заказчиков, т.к. у каждого типа есть своя зона эффективного применения и свои ограничения.

Небольшой экскурс в историю газоочистки.

В СССР (России) основные фундаментальные научные исследования различных способов абсорбции были проведены в 50х-70х годах. Особенно в этом отличился Ленинградский Технологический Институт им. Ленсовета, благодаря советским ученым Вальдбергу А.Ю., Мухленову И.П., Позину М.Е., Рамму В.М., Тарату Э.Я, Шабалину К.Н. и др. Был проведен огромный объем работ по исследованию различных типов абсорберов, разработке методик расчета, классификации и внедрению в различных отраслях промышленности. Именно этим поколением ученых был создан многолетний задел для специалистов в области прикладной пылегазоочистки.

Современные разработчики пока не предложили совершенно новых, прорывных технологий газоочистки (за небольшими исключениями), сосредоточившись на оптимизации, углублении и комбинировании ранее открытых способов абсорбции, а также автоматизации (диспетчеризации) процессов газоочистки.

Некоторые перспективные разработки хотелось бы отметить:

разработки конденсационных технологий пенно-барботажных аппаратов томского коллектива под руководством Шиляева М.И.;
разработки прямоточных распылительных аппаратов ярославского коллектива под руководством Галустова В.С.;
разработки абсорберов/скрубберов на базе центробежно-барботажных аппаратов и безрешеточных пенных аппаратов;
разработки комбинированных высокоэффективных аппаратов на базе слияния возможностей скоростного прямоточного распылительного аппарата и противоточного насадочного абсорбера, а также комбинации насадочного абсорбера и хемосорбционного аппарата с ионообменными волокнистыми материалами белорусского коллектива под руководством Елинсона И.С. и некоторые другие.

РЕЗЮМЕ

Подбор оптимальной ГОУ для конкретного процесса газоочистки достаточно сложная инженерная задача, призванная учесть большое количество исходных данных и условия эксплуатации ГОУ. При этом надо очень осторожно относиться к предложениям поставщиков газоочистного оборудования: принимать во внимание достаточно большой задел советской школы пыле-газоочистки и свой собственный опыт в этой области.

Мы готовы оказать помощь в экспертной оценке планируемого способа мокрой газоочистки и типа газоочистного оборудования.