Экология. Рациональное природопользование и безопасность жизнедеятельности. Часть 3
Это извлечение осуществля-
ется при постоянных температуре и давлении с помощью химиче-
ской реакции, селективной по отношению к определяемому ком-
поненту, или за счет физического воздействия на пробу, дающего
тот же результат. Уменьшение объемной доли газовой смеси (в
процентах) к первоначальному соответствует содержанию извле-
ченного компонента. ОМ-газоанализаторы используют для пе-
риодических наблюдений за содержанием в атмосфере и газовых
выбросах СО2, SO2, NH3, О2, Н2, гремучей смеси BН2 + О2) и не-
которых других газов. Стационарные ОМ-газоанализаторы имеют
пределы измерений от 10~3 до 10~7 %. К недостаткам ОМ-газоана-
лизаторов следует отнести длительность анализа и сравнительно
невысокую точность определений.
Действие тепловых газоанализаторов основано на изменени
тепловых свойств определяемого компонента при изменении ег
концентрации. Принцип действия тепловых газоанализаторов °с
нован на определении теплового эффекта химической реакий ^
величина которого пропорциональна содержанию контролИрУ ^
мого компонента. Этот метод применим для определения всех г
зов, легко вступающих в реакции, которые протекают колИЧе
венно и с большим тепловым эффектом (Н2, СО, H2S, СОз* ^ v
углеводороды и др.).
176 ¦¦ ,...-...¦. ..-.,,. ¦• :, ,,..¦ . .¦.-.. ¦:,.
Анализ газовых смесей на магнитных газоанализаторах осно-
0 на различиях в парамагнитных свойствах газов. На практике
„цализаторы этого типа используются для определения О2, обла-
аающего достаточно высоким парамагнетизмом, в воздухе, в сме-
СЛ непредельных углеводородов, в промышленных газах, содержа-
щих СО, СО2, СН4, Н2 и N2, в отходящих газах цементных печей и
г0почных газах. Точность определения составляет от ±2 до ±5 %.
Большую группу газоанализаторов составляют приборы, в ко-
торых используется зависимость изменения оптических свойств
газовой смеси (показатель преломления, оптическая плотность,
спектральное поглощение или излучение и т. п.) от содержания
определяемого компонента. Наибольшее распространение среди
оптических газоанализаторов получили интерферометрические
приборы, действие которых основано на явлении смещения ин-
терференционных полос за счет изменения оптической плотности
газовой среды на пути одного из двух когерентных лучей.
В современной промышленности для анализа отходящих газов
нашли применение газоанализаторы, принцип работы которых
основан на поглощении лучистой энергии. К ним относятся ин-
фракрасные (ИК) анализаторы, реагирующие на индивидуальный
характер спектров поглощения инфракрасного излучения отдель-
ных газов. Мерой концентрации определяемого компонента слу-
жит степень поглощения потока ИК-излучения. ИК-анализаторы
используют для определения СО, СО2, СН4, С2Н2 и других газооб-
разных соединений углерода в сложных газовых смесях, в том чис-
ле в доменных колошниковых газах, отходящих газах синтеза ам-
миака. Пределы измерения отдельных приборов колеблются от
\"—1 % до 0—100 %, средняя погрешность измерений лежит в пре-
делах от ±2,5 до ±10 %.
Используют также приборы, в которых концентрацию компо-
нентов определяют по поглощению колебаний в ультрафиолето-
вой (от 200 до 400 нм) и видимой (от 400 до 700 нм) областях.
^-газоанализаторы применяют для определения паров ртути в
в°здухе, хлора в хлоровоздушной смеси и некоторых других газо-
°бразных соединений. Пределы измерения отечественных УФ-га-
3°анализаторов изменяются от 0—0,0001 мг/л до 0,002—0,06 мг/м3,
а Погрешность определения колеблется от ±5 до ±10 %.
Работа фотометрических и фотоколориметрических газоанали-
iaftopoe основывается на образовании специфически окрашенных
Родуктов ПрИ реакциях определяемых газообразных компонен-
те с реагентами, а интенсивность окраски продуктов служит ме-
°й концентрации реагирующих компонентов. Фотоколоримет-
12-5023 - ¦ 177
рические газоанализаторы используют для определения NO2, q
CS2, SO2, H2S, NH3 и др. в воздухе и технологических газовых сщ[
сях. Пределы измерения изменяются от 0—0,005 до 0—0,001 мгД
погрешность определения составляет ±10 %. Фотометрический
газоанализатор УГ-2 позволяет определять в газовых смесях до и
различных токсичных компонентов, в том числе, кроме упомяну-
тых газов, пары бензина, бензола, керосина и др.
Принцип действия хроматографических газоанализаторов ос-
нован на различной способности отдельных газовых компонентов
сорбироваться твердыми или жидкими сорбентами. Проба анали-
зируемой газовой смеси вводится в поток газа-носителя, непре-
рывно протекающий через сорбент и инертного по отношению и к
определяемому газу, и к сорбенту. За счет многократной сорбции и
десорбции каждый компонент пробы перемещается вдоль слоя
сорбента с характерной для него скоростью и удаляется со слоя
сорбента в определенной последовательности. Последователь-
ность выхода компонентов смеси из хроматографической колонки
позволяет их качественно идентифицировать, а поставленный на
выходе детектор — определить их количество.
§ 3.4. ОЧИСТКА ВЫБРОСОВ В АТМОСФЕРУ ОТ ПРИМЕСЕЙ
Методы очистки атмосферы определяются природой загряз-
нителей. Ряд современных технологических процессов связан с
измельчением веществ. При этом часть материалов переходит в
пыль, которая вредна для здоровья и наносит значительный
материальный ущерб вследствие потери ценных продуктов.
Пыль, осевшая в индустриальных городах, преимущественно
содержит 20 % оксида железа Fe2O3, 15 % оксида кремния SiC>2и
5 % сажи С. Промышленная пыль включает также оксиды различ-
ных металлов и неметаллов, многие из которых токсичны. Это оК-
сиды марганца, свинца, молибдена, ванадия, сурьмы, мышьяка,
теллура. Пыль и аэрозоли не только затрудняют дыхание, но и при\'
водят к климатическим изменениям, поскольку отражают солне4\'
ное излучение и затрудняют отвод тепла от Земли (см. § 3.3).
Принципы работы пылеулавливающих аппаратов основаны #
использовании различных механизмов осаждения частиц: П>аВ й
тационном осаждении, осаждении под действием центробеЖй
силы, диффузионном оса.чдении, электрическом (ионизаЦИ0
ном) осаждении и некоторых других. По способу улавливаН
пыли аппараты бывают сухой, мокрой и электрической
основной критерий выбора типа оборудования — физико-хими-
еС(сие свойства пыли, степень очистки, параметры газового пото-
а (скорость поступления). Для газов, содержащих горючие и ядо-
,jTbie примеси, лучше использовать аппараты мокрой очистки.
Степень очистки газов от пыли определяется по формуле
С.-С2 C.9)
где С{ и С2 — концентрации пыли в газе соответственно до и после
очистки.
Основным направлением защиты атмосферы от загрязнений
является создание малоотходных технологий с замкнутыми цик-
лами производства и комплексным использованием сырья. Но это
в идеале, в настоящее время очистка газов от загрязнений является
пока единственным эффективным методом обезвреживания атмо-
сферы. Существующие методы очистки можно разделить на две
группы: некаталитические (абсорбционные и адсорбционные) и
каталитические. Рассмотрим ряд методов химической очистки от
наиболее распространенных загрязнителей.
Очистка газов от диоксида углерода СО2.
1. Абсорбция водой. Способ прост и дешев, однако эффектив-
ность очистки мала, так как максимальная поглотительная спо-
собность воды — 8 кг СО2 на 100 кг воды.
2. Поглощение растворами этанол-аминов:
2R-NH2 + СО2 + Н2О <-> (R-NH3JCO3. (ЗЛО)
В качестве поглотителя обычно применяют моноэтанол амин,
хотя триэтаноламин обладает большей реакционной способно-
стью.
3. Холодный метанол является хорошим поглотителем СО2 при
-35 °с.
4. Очистка цеолитами типа СаА. Молекулы СО2 очень малы:
3,1 А, поэтому для извлечения СО2 из природного газа и удале-
**я продуктов жизнедеятельности (влаги и СО2) в современных
дологически изолированных системах (космические корабли,
°Дводные лодки и т. д.) используются молекулярные сита типа
Очистка газов от оксида углерода СО.
1- Дожигание на Pt/Pd-катализаторе:
2СО + О2-> 2СО2. C.11)
179
2. Конверсия (адсорбционный метод):
Cw
СО + Н2О -> СО2 + Н2.
Очистка газов от оксидов азота.
В химической промышленности очистка от оксидов азота и
80 % осуществляется за счет превращений на катализаторах а
1. Окислительные методы основаны на реакции окисления ov
сидов азота с последующим поглощением водой и образование»
HNO3. M
• Окисление озоном в жидкой фазе:
; 2NO + О3 + Н2О ~> 2HNO3.
ется при постоянных температуре и давлении с помощью химиче-
ской реакции, селективной по отношению к определяемому ком-
поненту, или за счет физического воздействия на пробу, дающего
тот же результат. Уменьшение объемной доли газовой смеси (в
процентах) к первоначальному соответствует содержанию извле-
ченного компонента. ОМ-газоанализаторы используют для пе-
риодических наблюдений за содержанием в атмосфере и газовых
выбросах СО2, SO2, NH3, О2, Н2, гремучей смеси BН2 + О2) и не-
которых других газов. Стационарные ОМ-газоанализаторы имеют
пределы измерений от 10~3 до 10~7 %. К недостаткам ОМ-газоана-
лизаторов следует отнести длительность анализа и сравнительно
невысокую точность определений.
Действие тепловых газоанализаторов основано на изменени
тепловых свойств определяемого компонента при изменении ег
концентрации. Принцип действия тепловых газоанализаторов °с
нован на определении теплового эффекта химической реакий ^
величина которого пропорциональна содержанию контролИрУ ^
мого компонента. Этот метод применим для определения всех г
зов, легко вступающих в реакции, которые протекают колИЧе
венно и с большим тепловым эффектом (Н2, СО, H2S, СОз* ^ v
углеводороды и др.).
176 ¦¦ ,...-...¦. ..-.,,. ¦• :, ,,..¦ . .¦.-.. ¦:,.
Анализ газовых смесей на магнитных газоанализаторах осно-
0 на различиях в парамагнитных свойствах газов. На практике
„цализаторы этого типа используются для определения О2, обла-
аающего достаточно высоким парамагнетизмом, в воздухе, в сме-
СЛ непредельных углеводородов, в промышленных газах, содержа-
щих СО, СО2, СН4, Н2 и N2, в отходящих газах цементных печей и
г0почных газах. Точность определения составляет от ±2 до ±5 %.
Большую группу газоанализаторов составляют приборы, в ко-
торых используется зависимость изменения оптических свойств
газовой смеси (показатель преломления, оптическая плотность,
спектральное поглощение или излучение и т. п.) от содержания
определяемого компонента. Наибольшее распространение среди
оптических газоанализаторов получили интерферометрические
приборы, действие которых основано на явлении смещения ин-
терференционных полос за счет изменения оптической плотности
газовой среды на пути одного из двух когерентных лучей.
В современной промышленности для анализа отходящих газов
нашли применение газоанализаторы, принцип работы которых
основан на поглощении лучистой энергии. К ним относятся ин-
фракрасные (ИК) анализаторы, реагирующие на индивидуальный
характер спектров поглощения инфракрасного излучения отдель-
ных газов. Мерой концентрации определяемого компонента слу-
жит степень поглощения потока ИК-излучения. ИК-анализаторы
используют для определения СО, СО2, СН4, С2Н2 и других газооб-
разных соединений углерода в сложных газовых смесях, в том чис-
ле в доменных колошниковых газах, отходящих газах синтеза ам-
миака. Пределы измерения отдельных приборов колеблются от
\"—1 % до 0—100 %, средняя погрешность измерений лежит в пре-
делах от ±2,5 до ±10 %.
Используют также приборы, в которых концентрацию компо-
нентов определяют по поглощению колебаний в ультрафиолето-
вой (от 200 до 400 нм) и видимой (от 400 до 700 нм) областях.
^-газоанализаторы применяют для определения паров ртути в
в°здухе, хлора в хлоровоздушной смеси и некоторых других газо-
°бразных соединений. Пределы измерения отечественных УФ-га-
3°анализаторов изменяются от 0—0,0001 мг/л до 0,002—0,06 мг/м3,
а Погрешность определения колеблется от ±5 до ±10 %.
Работа фотометрических и фотоколориметрических газоанали-
iaftopoe основывается на образовании специфически окрашенных
Родуктов ПрИ реакциях определяемых газообразных компонен-
те с реагентами, а интенсивность окраски продуктов служит ме-
°й концентрации реагирующих компонентов. Фотоколоримет-
12-5023 - ¦ 177
рические газоанализаторы используют для определения NO2, q
CS2, SO2, H2S, NH3 и др. в воздухе и технологических газовых сщ[
сях. Пределы измерения изменяются от 0—0,005 до 0—0,001 мгД
погрешность определения составляет ±10 %. Фотометрический
газоанализатор УГ-2 позволяет определять в газовых смесях до и
различных токсичных компонентов, в том числе, кроме упомяну-
тых газов, пары бензина, бензола, керосина и др.
Принцип действия хроматографических газоанализаторов ос-
нован на различной способности отдельных газовых компонентов
сорбироваться твердыми или жидкими сорбентами. Проба анали-
зируемой газовой смеси вводится в поток газа-носителя, непре-
рывно протекающий через сорбент и инертного по отношению и к
определяемому газу, и к сорбенту. За счет многократной сорбции и
десорбции каждый компонент пробы перемещается вдоль слоя
сорбента с характерной для него скоростью и удаляется со слоя
сорбента в определенной последовательности. Последователь-
ность выхода компонентов смеси из хроматографической колонки
позволяет их качественно идентифицировать, а поставленный на
выходе детектор — определить их количество.
§ 3.4. ОЧИСТКА ВЫБРОСОВ В АТМОСФЕРУ ОТ ПРИМЕСЕЙ
Методы очистки атмосферы определяются природой загряз-
нителей. Ряд современных технологических процессов связан с
измельчением веществ. При этом часть материалов переходит в
пыль, которая вредна для здоровья и наносит значительный
материальный ущерб вследствие потери ценных продуктов.
Пыль, осевшая в индустриальных городах, преимущественно
содержит 20 % оксида железа Fe2O3, 15 % оксида кремния SiC>2и
5 % сажи С. Промышленная пыль включает также оксиды различ-
ных металлов и неметаллов, многие из которых токсичны. Это оК-
сиды марганца, свинца, молибдена, ванадия, сурьмы, мышьяка,
теллура. Пыль и аэрозоли не только затрудняют дыхание, но и при\'
водят к климатическим изменениям, поскольку отражают солне4\'
ное излучение и затрудняют отвод тепла от Земли (см. § 3.3).
Принципы работы пылеулавливающих аппаратов основаны #
использовании различных механизмов осаждения частиц: П>аВ й
тационном осаждении, осаждении под действием центробеЖй
силы, диффузионном оса.чдении, электрическом (ионизаЦИ0
ном) осаждении и некоторых других. По способу улавливаН
пыли аппараты бывают сухой, мокрой и электрической
основной критерий выбора типа оборудования — физико-хими-
еС(сие свойства пыли, степень очистки, параметры газового пото-
а (скорость поступления). Для газов, содержащих горючие и ядо-
,jTbie примеси, лучше использовать аппараты мокрой очистки.
Степень очистки газов от пыли определяется по формуле
С.-С2 C.9)
где С{ и С2 — концентрации пыли в газе соответственно до и после
очистки.
Основным направлением защиты атмосферы от загрязнений
является создание малоотходных технологий с замкнутыми цик-
лами производства и комплексным использованием сырья. Но это
в идеале, в настоящее время очистка газов от загрязнений является
пока единственным эффективным методом обезвреживания атмо-
сферы. Существующие методы очистки можно разделить на две
группы: некаталитические (абсорбционные и адсорбционные) и
каталитические. Рассмотрим ряд методов химической очистки от
наиболее распространенных загрязнителей.
Очистка газов от диоксида углерода СО2.
1. Абсорбция водой. Способ прост и дешев, однако эффектив-
ность очистки мала, так как максимальная поглотительная спо-
собность воды — 8 кг СО2 на 100 кг воды.
2. Поглощение растворами этанол-аминов:
2R-NH2 + СО2 + Н2О <-> (R-NH3JCO3. (ЗЛО)
В качестве поглотителя обычно применяют моноэтанол амин,
хотя триэтаноламин обладает большей реакционной способно-
стью.
3. Холодный метанол является хорошим поглотителем СО2 при
-35 °с.
4. Очистка цеолитами типа СаА. Молекулы СО2 очень малы:
3,1 А, поэтому для извлечения СО2 из природного газа и удале-
**я продуктов жизнедеятельности (влаги и СО2) в современных
дологически изолированных системах (космические корабли,
°Дводные лодки и т. д.) используются молекулярные сита типа
Очистка газов от оксида углерода СО.
1- Дожигание на Pt/Pd-катализаторе:
2СО + О2-> 2СО2. C.11)
179
2. Конверсия (адсорбционный метод):
Cw
СО + Н2О -> СО2 + Н2.
Очистка газов от оксидов азота.
В химической промышленности очистка от оксидов азота и
80 % осуществляется за счет превращений на катализаторах а
1. Окислительные методы основаны на реакции окисления ov
сидов азота с последующим поглощением водой и образование»
HNO3. M
• Окисление озоном в жидкой фазе:
; 2NO + О3 + Н2О ~> 2HNO3.