Системы скрубберов (например, химические скрубберы, газовые скрубберы) представляют собой разнообразную группу устройств контроля загрязнения воздуха , которые могут использоваться для удаления некоторых частиц и/или газов из промышленных выхлопных потоков. Раннее применение скруббера углекислого газа было на подводной лодке Ictíneo I в 1859 году; роль, для которой они продолжают использоваться и сегодня. Традиционно термин «скруббер» относился к устройствам контроля загрязнения, которые используют жидкость для вымывания нежелательных загрязняющих веществ из газового потока. В последнее время этот термин также используется для описания систем, которые впрыскивают сухой реагент или суспензию в грязный выхлопной поток для «вымывания» кислых газов . Скрубберы являются одними из основных устройств, которые контролируют газообразные выбросы, особенно кислые газы. Скрубберы также могут использоваться для рекуперации тепла из горячих газов путем конденсации дымовых газов . [1] Они также используются для высоких потоков в процессах солнечной, фотоэлектрической или светодиодной энергетики. [2]
Существует несколько методов удаления токсичных или едких соединений из выхлопных газов и их нейтрализации.
Иногда горение является причиной вредных выхлопов, но во многих случаях горение может также использоваться для очистки выхлопных газов, если температура достаточно высока и доступно достаточно кислорода. [3]
Выхлопные газы сгорания могут содержать вещества, которые считаются вредными для окружающей среды, и скруббер может удалять или нейтрализовать их. Мокрый скруббер используется для очистки воздуха , топливного газа или других газов от различных загрязняющих веществ и частиц пыли . Мокрая очистка работает посредством контакта целевых соединений или твердых частиц с очищающим раствором. Вода является наиболее распространенным растворителем, используемым для удаления неорганических загрязняющих веществ, особенно пыли, но также могут использоваться растворы реагентов, которые специально нацелены на определенные соединения. [4]
Технологический отходящий газ может также содержать водорастворимые токсичные и/или едкие газы, такие как соляная кислота (HCl) или аммиак (NH 3 ). Их можно очень хорошо удалить с помощью мокрого скруббера. [5]
Эффективность удаления загрязняющих веществ повышается за счет увеличения времени пребывания в скруббере или за счет увеличения площади поверхности раствора скруббера с помощью распылительной насадки , насадочных колонн или аспиратора . Мокрые скрубберы могут увеличить долю воды в газе, что приведет к появлению видимого дымового шлейфа, если газ направляется в дымовую трубу.
Мокрые скрубберы также могут использоваться для рекуперации тепла из горячих газов путем конденсации дымовых газов . [1] В этом режиме, называемом конденсационным скруббером, вода из дренажа скруббера циркулирует через охладитель к форсункам в верхней части скруббера. Горячий газ поступает в скруббер снизу. Если температура газа выше точки росы воды , он первоначально охлаждается путем испарения капель воды. Дальнейшее охлаждение приводит к конденсации водяных паров , что увеличивает количество циркулирующей воды.
Конденсация воды высвобождает значительное количество низкотемпературного тепла из-за высокого значения удельной скрытой теплоты испарения воды (более 2 гигаджоулей (560 кВт·ч) на тонну воды [6] ), которое может быть рекуперировано охладителем, например, для целей централизованного теплоснабжения .
Избыток конденсата должен постоянно удаляться из циркулирующей воды.
Система сухой или полусухой очистки, в отличие от мокрой очистки , не насыщает поток дымовых газов, который обрабатывается влагой. В некоторых случаях влага не добавляется, в то время как в других добавляется только количество влаги, которое может испариться в дымовом газе без конденсации. Поэтому сухие скрубберы, как правило, не имеют парового шлейфа или требований по обработке/утилизации сточных вод . Системы сухой очистки используются для удаления кислых газов (таких как SO 2 и HCl ) в первую очередь из источников сгорания .
Существует ряд конструкций систем сухой очистки. Однако все они состоят из двух основных секций или устройств: устройства для введения сорбента кислых газов в газовый поток и устройства контроля твердых частиц для удаления продуктов реакции, избыточного сорбента, а также любых твердых частиц, уже находящихся в дымовом газе .
Системы сухой очистки можно разделить на инжекторы сухого сорбента (DSI) или распылительные сушилки-абсорберы (SDA) . Распылительные сушилки-абсорберы также называют полусухими скрубберами или распылительными сушилками.
Системы сухой очистки часто используются для удаления пахучих и едких газов из работы очистных сооружений . Обычно используемая среда представляет собой активированный оксид алюминия , пропитанный материалами для обработки определенных газов, таких как сероводород . Используемые среды можно смешивать, чтобы обеспечить широкий спектр удаления других пахучих соединений, таких как метилмеркаптаны , альдегиды , летучие органические соединения , диметилсульфид и диметилдисульфид .
Впрыск сухого сорбента включает добавление щелочного материала (обычно гашеной извести , кальцинированной соды или бикарбоната натрия ) в поток газа для реакции с кислыми газами . Сорбент может быть введен непосредственно в несколько различных мест: процесс сгорания, дымоход (перед устройством контроля твердых частиц) или открытую реакционную камеру (если таковая имеется). Кислые газы реагируют со щелочными сорбентами , образуя твердые соли , которые удаляются в устройстве контроля твердых частиц. Эти простые системы могут достичь лишь ограниченной эффективности удаления кислых газов (SO2 и HCl). Более высокой эффективности сбора можно достичь за счет повышения влажности дымовых газов (например, охлаждения с помощью распыления воды). Эти устройства использовались на мусоросжигательных печах для медицинских отходов и нескольких мусоросжигательных печах для муниципальных отходов .
В распылительных абсорберах дымовые газы вводятся в абсорбционную башню (сушилку), где газы контактируют с мелкодисперсной щелочной суспензией . Кислые газы поглощаются смесью шлама и реагируют с образованием твердых солей , которые удаляются устройством контроля частиц. Тепло дымовых газов используется для испарения всех капель воды, оставляя ненасыщенный дымовой газ для выхода из абсорбционной башни . Распылительные сушилки способны достигать высокой (80+%) эффективности удаления кислотных газов. Эти устройства использовались на промышленных и коммунальных котлах и мусоросжигательных заводах .
Многие химикаты можно удалить из выхлопных газов также с помощью адсорбционного материала. Дымовой газ пропускается через картридж, который заполнен одним или несколькими адсорбционными материалами и адаптирован к химическим свойствам удаляемых компонентов. [7] Этот тип скруббера иногда также называют сухим скруббером. Адсорбционный материал необходимо заменить после того, как его поверхность насытится. Примечание: адсорбция — это поверхностное явление, абсорбция затрагивает весь материал. Пример: активированный уголь — адсорбент, используемый для адсорбции пахучих соединений.
Ртуть является высокотоксичным элементом, обычно встречающимся в угле и муниципальных отходах. Мокрые скрубберы эффективны только для удаления растворимых видов ртути, таких как окисленная ртуть, Hg2 + . Пары ртути в своей элементарной форме, Hg0 , нерастворимы в шламе скруббера и не удаляются. Поэтому для полного улавливания ртути требуется дополнительный процесс преобразования Hg0 . Обычно для этой цели в дымовой газ добавляют галогены. Тип сжигаемого угля, а также наличие блока селективного каталитического восстановления влияют на соотношение элементарной и окисленной ртути в дымовом газе и, таким образом, на степень удаления ртути.
В июле 2015 года одно исследование показало, что некоторые ртутные скрубберы, установленные на угольных электростанциях, непреднамеренно улавливают также выбросы ПАУ (полициклических ароматических углеводородов). [8] [9]
Одним из побочных эффектов очистки является то, что процесс только перемещает нежелательные вещества из выхлопных газов в жидкий раствор, твердую пасту или порошкообразную форму. Это должно быть безопасно утилизировано, если оно не может быть использовано повторно.
Например, удаление ртути приводит к образованию отходов, которые либо требуют дальнейшей обработки для извлечения сырой ртути, либо должны быть захоронены на специальном полигоне для опасных отходов , который предотвращает попадание ртути в окружающую среду. С этим есть проблемы, поскольку это чрезвычайно опасно для окружающей среды, и многие заводы не могут их перерабатывать или вывозить на полигон.
В качестве примера повторного использования можно привести скрубберы на основе известняка на угольных электростанциях, которые могут производить синтетический гипс достаточно высокого качества, который можно использовать для производства гипсокартона и других промышленных изделий. [10]
Ненадлежащее обслуживание скрубберов может привести к распространению болезнетворных бактерий. Проблема возникает из-за ненадлежащей очистки. Например, причиной вспышки легионеллеза в Норвегии в 2005 году стали всего несколько инфицированных скрубберов. Вспышка привела к 10 смертям и более чем 50 случаям заражения. [11]
Скрубберы впервые были использованы на борту судов для производства инертного газа для эксплуатации нефтяных танкеров .
Позже, в рамках подготовки к глобальному ограничению содержания серы в 0,5% в 2020 году, Международная морская организация (ИМО) приняла руководящие принципы по одобрению, установке и использованию скрубберов выхлопных газов (систем очистки выхлопных газов) на борту судов для обеспечения соответствия требованиям по сере Приложения VI к МАРПОЛ . [12] Государства флага должны одобрять такие системы, а государства порта могут (в рамках своего контроля со стороны государства порта ) гарантировать, что такие системы функционируют правильно. Если система скруббера не функционирует должным образом (и процедуры ИМО для таких неисправностей не соблюдаются), государства порта могут наложить санкции на судно. Конвенция Организации Объединенных Наций по морскому праву также предоставляет государствам порта право регулировать (и даже запрещать) использование систем скрубберов открытого цикла в портах и внутренних водах. [13] [14]