3.3. Мероприятия по защите окружающей среды

При плазмохимической переработке сырья возможно образование продуктов, представляющих угрозу для окружающей среды. Это ток­сичные газы, жидкие отходы, пыль. Наиболее вредными являются соединения азота: NO, NO₂, N₂O₆, образующиеся, например, при пере­работке нитратов, либо в результате окисления азота кислородом в воздушной плазме; соединения серы – SO₂ и SO₃, которые сопутст­вуют переработке сульфатов. При переработке углеводородов в азот­ной плазме образуются весьма токсичные продукты: СО, HCN и C₂N₂. В результате конденсации паров, выходящих из плазмохимического реактора, могут образоваться серная азотная и фосфорная кислоты а также вредные сточные воды. Для плазмохимических процессов характерно получение твердых продуктов в виде ультрадисперсных порошков, многие из которых являются токсичными. При неполном их улавливании они могут проникать в окружающую среду. Предель­но допустимые концентрации некоторых вредных веществ представ­лены в таблице 7.

Таблица 7.

Предель­но допустимые концентрации некоторых вредных веществ

Вещество	Предельно допустимая концентрация, мг/л
Оксиды азота (в пересчете на N2O5)	0,005
Оксид углерода (II)	0,02
Серная кислота и серный ангидрид	0,001
Сернистый газ	0,01
Фосфор желтый	0,00003
Фосфин	0,0001
Фтороводород	0,0005
Хлор	0,0005
Хлороводород и соляная кислота	0,005
Циановодород	0,0003

Радикальным средством борьбы с загрязнением окружающей среды является создание и внедрение безотходных технологий. Иногда этого можно достичь удачным выбором сырья и плазмы. Например, в ре­зультате переработки карбонатов в плазме водяного пара в качестве побочных продуктов образуются только СО₂ и Н₂О, которые не токсичны и могут быть повторно исполь­зованы. Другая возможность соз­дания безотходных технологий заключается в организации ре­циклов газовой и жидкой фаз. Например, при переработке нит­ратов в воздушной плазме обра­зуются токсичные оксиды азота, часть которых при конденсации водяного пара переходит в азот­ную кислоту. Загрязнение окру­жающей среды в значительной сте­пени можно предотвратить, если отходящие газы направить в плазмотрон, а азотную кислоту использовать для растворения иссходных солей и на закалку (рис. 48).

Рис. 48. Схема с рециклом газовой и жидкой фаз:

1 – реактор для растворения исходных солей, 2 – насос, 3 – плазмохимический реактор, 4 – закалочное устройство, 5 – фильтр, 6 – конденсатор,7 – компрессор

Азотная кислота может после доупаривания полностью выводить­ся из цикла в качестве товарного продукта. Основная часть оксидов азо­та будет выводиться из цикла с азотной кислотой. Остальные будут возвращаться в плазмохимический реактор с отработавшими газами. И только малая часть в соответствии с материальным балансом процес­са будет выводиться с газовой фазой.

В зависимости от количества отходов и их физико-химических свойств применяются разные методы очистки: механические, сорбционные, химические, термические, биологические, а также комбинирован­ные.

Механическим методом очищают газообразные и жидкие отходы от дисперсных примесей под действием гравитационных, инерционных, электростатических сил или сил давления. Применяемые для этого аппараты (осадители, циклоны, фильтры, электрофильтры) описаны выше.

Сорбционный метод применяют для очистки газообразной или жид­кой фаз от вредных примесей путем их избирательного поглощения жидкими или твердыми поглотителями. При десорбции поглощенные компоненты выделяются в концентрированном виде и обезвреживают­ся другими методами, например, термическим или химическим.

При химическом методе очистки в систему вводят реагенты, всту­пающие во взаимодействие с примесями, в результате чего образуются новые соединения, не оказывающие токсического действия на окружа­ющую среду. Этот метод целесообразно применять для очистки сточ­ных вод, содержащих примеси в концентрациях не более 1–2 г/л и газов, содержащих не более 100 мг/л токсичных веществ.

Термический и биологический методы применяют для очистки газо­образных и жидких продуктов от органических примесей, образование которых не характерно для плазмохимических процессов. Однако термический метод можно применять также для очистки газообразных продуктов от неорганических веществ. Например, при сжигании смеси оксидов азота с аммиаком происходит восстановление их до азота.

Физико-химические основы и аппаратурное оформление очистки газообразных и жидких продуктов от токсичных примесей подробно описаны в специальной литературе.

Вопросы для самоконтроля:

1. Перечислите способы разделения продуктов плазмохимических реакций.

2. Назовите основные способы разделения системы «газ – твердое вещество».

3. Что такое степень очистки?

4. Что такое эффективность улавливания дисперсной твердой фазы?

5. Каким способом может быть повышена эффективность улавливания дисперсной твердой фазы?

6. В каких случаях оправдано применение гравитационных уловителей?

7. Назовите достоинства и недостатки гравитационных уловителей?

8. В каких случаях оправдано применение циклонов?

9. Назовите достоинства и недостатки циклонов?

10. В каких случаях оправдано применение фильтрующих материалов?

11. Назовите достоинства и недостатки гибких фильтрующих материалов?

12. Назовите достоинства и недостатки жестких фильтрующих материалов?

13. Назовите фильтрующие материалы, пригодные для работы при температуре выше 1000 K.

14. В каких случаях оправдано применение электрофильтров?

15. Назовите достоинства и недостатки электрофильтров?

16. Назовите основные способы разделения системы «газ – газ».

17. Какие системы разделяют при помощи процесса абсорбции?

18. Какие системы разделяют при помощи процесса адсорбции?

19. Какие вы знаете адсорбенты?

20. Назовите возможные источники загрязнения окружающей среды в плазмохимических процессах.