Введение в специальность

РЕГЕНЕРАЦИЯ И РЕКУПЕРАЦИЯ ЦЕННЫХ КОМПОНЕНТОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЫБРОСОВ

Процессы регенерации и рекуперации имеют очень большое значение в деле инженерной защиты окружающей среды и являют­ся важным звеном при создании ресурсосберегающих технологий.

При использовании материалов с длительным сроком эксплуа­тации регенерация предусматривает восстановление их свойств путем удаления примесей, активации и т. д.

Методы регенерации весьма разнообразны. Выбор их опреде­ляется физико-химическими свойствами регенерируемых компо­нентов, качественным и количественным составом обрабатываемо­го сырья и др.

Из известных методов регенерации можно выделить терми­ческие, ионообменные и электрохимические.

Термические методы применяют для регенерации минеральных солей из отходов, содержащих органические и минеральные ве­щества. Преимущество их обусловлено возможностью использо­вания теплоты, образующейся при сжигании органической состав­ляющей отходов. Для эффективного использования отходов в ка­честве топлива необходимо провести дополнительные подготови­тельные операции, основное назначение которых — обеспечить высокую концентрацию сухих веществ в регенерируемой смеси; при содержании в отходах достаточного количества ценных веществ целесообразно их предварительное выделение с целью утилизации.

Требуемой концентрации сухих веществ (50—55 %) достигают обычно путем выпаривания в многокорпусных аппаратах, сушил­ках и т. п. Дополнительное доупаривание (до 60—65 %) может быть осуществлено за счет использования теплоты дымовых газов в аппаратах различных конструкций. При удалении воды из от­ходов в процессе упаривания имеют место потери регенерируемо­го вещества, обусловленные главным образом несовершенством процесса или аппаратов, несоблюдением технологического режима выпаривания и общей культуры производства.

Причинами потерь при выпаривании являются:

Переброс составляющих отходов в. межтрубное пространство за счет изменения перепада давлений и температур между корпу­сами выпарных аппаратов;

Изменение фазового состояния регенерируемого компонента, обусловленное его взаимодействием с другими веществами, в част­ности с водой;

Некачественное выполнение предварительных операций, напри­мер удаление веществ, способных интенсифицировать потери реге­нерируемого компонента, и др.

Основным процессом при регенерации является сжигание, которое проводят в специальных топках или топках энергетических котлоагрегатов. Сжигание можно разделить на три последователь­но протекающие стадии: подсушку, пиролиз и коксование органи­ческого остатка, выжигание кокса, сопровождаемое плавлением минерального остатка.

Выбор схемы регенерации зависит от свойств регенерируемого компонента. Различают схемы термической регенерации устойчи­вых, нелетучих и легковозгоняемых неорганических соединений.

В качестве примера рассмотрим схему регенерации диоксидов серы и магния из отработанного сульфитного щелока Красноярского целлюлозно-бумажного ком­бината. Предварительно упаренный щелок подвергают сжиганию в магнийреге - нерационном агрегате. При этом происходит разложение сульфита магния с образованием пылевидного оксида магния и газообразного диоксида серы. Оксид магния дымовых газов улавливается в мультициклонах (или электрофильтре) и направляется на приготовление суспензии гидроксида магния. Дымовые газы после мультициклонов с объемным содержанием диоксида серы около 1 % поглощаются в струйных газопромывателях. В результате получается технологический бисульфит - ный раствор основного производства.

Ионообменные и электрохимические методы регенерации пер­спективны, но их распространение сдерживается из-за невысокой обменной емкости промышленных ионитов и мембран, недостаточ­ной их стабильности, необходимости предварительной тонкой очистки от взвешенных веществ и др.

В отличие от близкого по смыслу понятия «регенерация», реку­перация отходов не предусматривает существенного изменения хи­мического состава рекуперируемого вещества, предполагая в ос­новном только фазовые переходы. Кроме того, в отличие от реге­нерируемого, рекуперируемый продукт может быть использован не только в том же производстве, но и в других.

Наиболее широко понятие рекуперации используют примени­тельно к парам летучих органических растворителей. Существую­щие способы рекуперации паров, газов делятся на три группы: кон­денсация, абсорбция, адсорбция.

Метод рекуперации прямой конденсацией пара какого-либо вещества основан на том, что давление насыщенного пара любой жидкости весьма быстро падает с понижением температуры. Можно всегда достичь таких температур, при которых давление насыщенного пара растворителя станет равным парциальному давлению пара при данном содержании его в исходной смеси. Эта температура является температурой начала конденсации пара (для водяного пара — это точка росы). Если продолжать пониже­ние температуры, то пар будет конденсироваться в жидкость.

Процесс конденсации может быть интенсифицирован путем глубокого охлаждения воды (обычно температура воды не выше 12 °С) или за счет применения в качестве охлаждающей жидкости рассолов.

Эффективность рекуперации методом поверхностной конденса­ции составляет 60—90 %.

При абсорбционном способе рекуперации в качестве абсор­бентов используют воду, технологические растворы, сточные воды. Обратный абсорбционному, но аналогичный по аппаратурному оформлению десорбционный способ применяется в сочетании с абсорбционным для рекуперации веществ из жидких отходов.

Рекуперацию соединений хлора ведут с помощью таких аб­сорбентов, как охлажденная вода, раствор едкого натра или щелочные промывные воды. В первом случае рекуператом явля­ется хлорная вода, в остальных — раствор гипохлорита натрия. Абсорберами служат насадочные скрубберы, заполненные кера­мическими кольцами. Рекуперационная установка проста в изго­товлении и эксплуатации. Газы отсасываются от источника загряз­нения вентилятором и направляются в противоточный скруббер, орошаемый соответствующим раствором. Эффективность погло­щения газа в скруббере 90—96 %. Получающийся рекуперат укрепляют свежим хлором и едким натром.

Эффективность рекуперации в абсорбционных установках зна­чительно выше (минимально 90 %), чем в конденсационных. Сте­пень рекуперации методом адсорбции достигает 99,8 %.

Возможны различные сочетания указанных методов в зави­симости от поставленных задач, фазового и химического состава отходов, концентрации в них рекуперируемых компонентов.

Методы регенерации и рекуперации весьма разнообразны. Вы­бор их определяется физико-химическими свойствами регенерируе­мых и рекуперируемых компонентов, качественным и количествен­ным составом сырьевых и технологических материалов, характера технологических операций и т. д.

Основным критерием при оценке методов регенерации (реку­перации) является степень регенерации (рекуперации) /?: