Газов очистка, выделение из промышленных газов содержащихся в них примесей. Очистку газов производят с целью дальнейшего использования самого газа или содержащихся в нём примесей; выбрасываемые в атмосферу промышленные газы очищают с целью охраны воздушного пространства от загрязнений вредными веществами. До 2-й половины 19 в. борьба с вредным влиянием выбрасываемых в атмосферу промышленных газов сводилась к запрету или ограничению строительства тех или иных предприятий. Однако эти меры в связи с ростом промышленности, транспорта и крупных городов оказались недейственными. Быстрое развитие промышленности, концентрация предприятий и увеличение масштабов производства явились причиной возникновения самой проблемы очистки промышленных газов. В промышленно развитых странах насыщенность территории предприятиями и транспортом такова, что локальное загрязнение атмосферы перешло во всеобщее, в загрязнение всего (или по крайней мере огромной части) воздушного бассейна.
Допустимые нормы вредных веществ, содержащихся в отходящих газах, строго регламентируются сов. законодательством с первых лет существования Советской власти, с конца 20-х гг. действует общесоюзная организация по газоочистке и пылеулавливанию, на которую возложена научно-организационная разработка вопросов, связанных с Г. о., проектирование и изготовление соответствующего оборудования. В ряде отраслей промышленности созданы тресты, институты, лаборатории, призванные постоянно заниматься вопросами очистки газов. Разработанные методы Г. о. позволяют в целом ряде случаев при правильном технологическом процессе и правильной организации производства выбрасывать в атмосферу газы, практически не содержащие вредных веществ.
Источники и формы загрязнения промышленных газов. Крупные промышленные предприятия, ж.-д. и автомобильный транспорт выбрасывают в атмосферу огромное количество газов, несущих разнообразные, в том числе и вредные, примеси. Например, тепловая электростанция мощностью 2400 Мвт, работающая на угле средней зольности, выбрасывает в атмосферу около 9 млн. м3/час дымовых газов, содержащих 180 т золы. Особенно загрязнены отходящие газы металлургических предприятий, цементных заводов, тепловых электростанций, химических и нефтехимических заводов.
Отходящие промышленные газы содержат примеси в виде твёрдых частиц, капелек жидкости, а также вредные газообразные продукты.
Твёрдые примеси в промышленных газах мелко раздроблены и находятся в виде пыли или дыма. Размеры частиц пыли — от сотен мкм до долей мкм, размеры частиц дыма обычно меньше 1 мкм, но в отдельных случаях достигают и 2—3 мкм. Частицы пыли отличаются от частиц дыма не только размером, но и химическим составом. Сравнительно крупные частицы пыли представляют измельченный материал, перерабатываемый на данном предприятии (например, компоненты металлургической шихты). Частицы дыма резко отличаются по составу от исходного материала, из которого они образовались. В частности, во время плавки, при обжиге руд и при других металлургических процессах происходит испарение летучих металлов и их соединений с последующей конденсацией и образованием дыма. В результате содержащаяся в отходящих газах тонкая пыль нередко обогащается этими металлами настолько, что становится выгодным их извлечение. Такой побочный концентрат в виде пыли является единственным промышленным сырьём для получения многих редких элементов (селен, теллур, индий и др.), т.к. при очень низком содержании этих элементов в полиметаллических рудах прямое их извлечение экономически невыгодно. При неполном сгорании топлива в состав дыма входит также сажа.
Твёрдые частицы выпадают из отходящих газов, засоряют воздух, вредно действуют на организм человека, растительность, загрязняют почву.
Жидкие примеси присутствуют в промышленных газах в виде брызг или туманов, т. е. взвеси в газе весьма мелких капелек (обычно меньше 1 мкм и до тысячных долей мкм), которые образовались в результате конденсации веществ, находившихся в газообразном состоянии. Характерным примером промышленных газов с примесью капелек жидкости являются газы сернокислотного производства, содержащие брызги и туман серной кислоты; улавливание её из этих газов составляет необходимую стадию технологического процесса, а выброс в атмосферу влечёт за собой гибель растительности в окружающей местности. Генераторный и коксовый газы содержат капельки смолы и масел; извлечение их позволяет получать ценные продукты и является необходимой подготовительной стадией перед дальнейшим использованием газа.
Газообразные примеси (обычно вредные или нежелательные) в промышленных газах образуются, как правило, в ходе производства этих газов. Так, например, генераторный и коксовый газы содержат сероводород, сероуглерод и др. органических соединения серы (тиофен, меркаптаны и пр.), которая всегда присутствует в исходном сырье — каменном угле. Газы металлургических печей и продукты горения топлива — дымовые газы почти всегда содержат в том или ином количестве сернистый ангидрид. В связи с возникновением и ростом ряда отраслей промышленности синтетических материалов (аммиак, спирты и др.), потребляющих газы как сырьё, получила распространение тонкая очистка газов от различных, в том числе газообразных, примесей. Широкое использование природных газов как топлива для промышленных и бытовых нужд вызывает необходимость в ряде случаев подвергать их очистке от сероводорода до установленных санитарных норм.
Способы очистки газов. В промышленности применяют механический, электрический и физико-химический способы очистки газов. Механическую и электрическую очистку используют для улавливания из газов твёрдых и жидких примесей, а газообразные примеси улавливают физико-химическими способами.
Механическую очистку газов производят осаждением частиц примесей под действием силы тяжести или центробежной силы, фильтрацией сквозь волокнистые и пористые материалы, промывкой газа водой или др. жидкостью. Наиболее простым, но малоэффективным и редко применяемым является способ осаждения крупной пыли под действием силы тяжести в т. н. пылевых камерах. Инерционный способ осаждения частиц пыли (или капель жидкости) основан на изменении направления движения газа со взвешенными в нём частицами. Т. к. плотность частиц примерно в 1—3 тыс. раз больше плотности газа, они, продолжая двигаться по инерции в прежнем направлении, отделяются от газа. Инерционными уловителями пыли служат т. н. пылевые мешки, жалюзийные решётки, зигзагообразные отделители и т.п. В некоторых аппаратах используется и сила удара частиц. Всеми такими аппаратами пользуются для улавливания сравнительно крупных частиц; высокой степени очистки газов эти методы не дают.
Для очистки газов широко применяют циклоны, в которых отделение от газа твёрдых и жидких частиц происходит под действием центробежной силы (при вращении газового потока). Т. к. центробежная сила во много раз превосходит силу тяжести, в циклонах осаждается и сравнительно мелкая пыль, с размером частиц примерно 10—20 мкм.
Тканевые и бумажные фильтры, а также фильтры в виде слоя коксовой мелочи, гравия или каких-либо пористых материалов (например, пористой керамики) применяют для очистки газов посредством фильтрации. Наиболее распространёнными газоочистителями такого типа являются тканевые мешочные, или рукавные, фильтры. В зависимости от характера пыли и состава газа мешки изготовляют из шерстяной, хлопчато-бумажной или специальной (например, стеклянной) ткани. Газ проходит сквозь ткань, а частицы пыли задерживаются в мешках (рукавах). Рукавные фильтры служат главным образом для улавливания весьма тонкой пыли; например, при очистке газов, отходящих от ленточных агломерационных машин или от шахтных печей, в рукавных фильтрах улавливается 98—99% всей пыли.
Очистку газов от пыли промывкой водой применяют в аппаратах различного типа. Наиболее широкое распространение получили скрубберы, мокрые циклоны, скоростные пылеуловители и пенные пылеуловители. В скоростных (турбулентных) пылеуловителях вода, вводимая в поток запылённого газа, движущегося с высокой скоростью, дробится на мелкие капли. Высокая степень турбулизации газового потока при такой скорости способствует слиянию частиц пыли с каплями воды. Относительно крупные капли воды вместе с частицами пыли легко отделяются затем в простейших уловителях (например, в мокрых циклонах). Аппараты этого типа широко применяются для улавливания очень мелкой пыли (возгонов) и могут обеспечить высокую степень очистки газов. В пенных пылеуловителях запылённый газ в виде мелких пузырьков проходит через слой жидкости с определённой скоростью, вследствие чего образуется пена с высокоразвитой поверхностью контакта между жидкостью и газом. В пенном слое происходит смачивание и улавливание частиц пыли. Благодаря высокой степени улавливания пыли с размерами частиц более 2—3 мкм и малому гидравлическому сопротивлению (порядка 80—100 мм вод. ст.) пенные пылеуловители получили большое распространение.
Электрическая очистка газов основана на воздействии сил неоднородного электрического поля высокого напряжения (до 80 000 в). Аппараты для очистки газов этим методом называются электрическими фильтрами. При пропускании через такие фильтры загрязнённого газа происходит его ионизация, заряженные частицы увлекаются к осадительному электроду и осаждаются на нём. Применение электрических фильтров для Г. о. чрезвычайно распространено, особенно для тонкой очистки дымовых газов тепловых электростанций, в цементной промышленности, чёрной и цветной металлургии.
Методы физико-химической очистки применяют для удаления газообразных примесей. К таким методам относятся промывка газов растворителями (абсорбция); промывка газов растворами реагентов, связывающих примеси химически (химическая абсорбция); поглощение примесей твёрдыми активными веществами (адсорбция); физическое разделение (например, конденсация компонентов), каталитическое превращение примесей в безвредные соединения. Абсорбция газообразных примесей растворителями производится путём промывки газов в орошаемых аппаратах типа скрубберов либо в барботёрах (см. Барботирование), в последних газ проходит сквозь жидкий растворитель, хорошо растворяющий газообразные примеси и очень плохо — остальные компоненты газовой смеси. Так производится, например, улавливание водой аммиака из коксового газа, улавливание различными маслами ароматических углеводородов из коксового газа, извлечение двуокиси углерода из различных газов и т.д. В том случае, если необходимо использовать уловленные продукты, их извлекают из насыщенного ими растворителя путём десорбции. Очистка газов средствами химической абсорбции производится в аппаратах аналогичного типа. Извлекаемые газовые примеси химически связываются растворами реактивов. Затем растворы нередко регенерируют, т. е. в результате тех или иных операций выделяют связанные примеси, и свойства растворов восстанавливаются.
Адсорбция газообразных примесей производится с помощью различных пористых активных веществ: активного угля, силикагеля, бокситов и др. Вредные примеси адсорбируются на поверхности поглотителя, а после его насыщения отгоняются продувкой горячим воздухом, газом или перегретым паром.
Некоторые содержащиеся в газах вредные газообразные примеси могут быть каталитически превращены в др., легкоулавливаемые, вещества; иногда превращение и улавливание совмещаются в одном процессе. Так производится, например, очистка газов от органических соединений серы (сероуглерода, сероокиси углерода, тиофена, меркаптанов); соединения эти при 300—400 °С в присутствии водорода или водяного пара превращаются на катализаторах в сероводород, который затем извлекается из газа и может быть разложен с утилизацией серы.
Лит.: Гордон Г. М., Пейсахов И. Л., Пылеулавливание и очистка газов, 2 изд., М., 1968; Ужов В. Н., Очистка промышленных газов электрофильтрами, 2 изд., М., 1967; Коуль А. Л., Ризенфельд Ф. С., Очистка газа, пер. с англ., М., 1968; Очистка от серы коксовального и других горючих газов, 2 изд., М., 1960.
А. П. Андрианов.