Скруббер

Скруббер (от англ. scrub — тереть, чистить, скрести) — это устройство для мокрой очистки газов от твёрдых, жидких или газообразных примесей путём промывки газового потока жидкостью. Скрубберы относятся к классу аппаратов мокрой газоочистки и широко применяются в промышленности, энергетике, горном деле и на транспорте для снижения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Основной принцип действия заключается в контакте загрязнённого газа с жидкостью (чаще всего водой или химическими реагентами), в результате которого частицы примесей захватываются каплями или плёнкой жидкости и удаляются из газового потока.

История

Первые упоминания о мокрой очистке газов относятся к XVIII веку, когда в угольных шахтах использовали водяные завесы для осаждения угольной пыли. В XIX веке с развитием металлургии и химической промышленности возникла необходимость в более эффективных методах очистки дымовых газов. В 1860-х годах в Великобритании были запатентованы первые конструкции скрубберов для очистки колошникового газа доменных печей. В 1880-х годах появились скрубберы Вентури, использующие сужение газового канала для интенсификации смешивания газа с жидкостью.

В XX веке скрубберы получили широкое распространение в теплоэнергетике (очистка дымовых газов электростанций), химической промышленности (улавливание кислотных газов) и на транспорте (судовые системы очистки выхлопных газов). В СССР с 1930-х годов скрубберы применялись на коксохимических заводах и предприятиях цветной металлургии. Современные конструкции скрубберов (1970–2000-е годы) включают системы с автоматическим регулированием подачи жидкости и реагентов, а также комбинированные установки, совмещающие мокрую очистку с электростатическим осаждением или адсорбцией.

Классификация

Скрубберы классифицируют по нескольким признакам: способу контакта газа с жидкостью, конструкции, назначению и типу используемой жидкости.

По способу контакта

• Полые (форсуночные) скрубберы — газ проходит через камеру, в которой распыляется жидкость с помощью форсунок. Простейший тип, эффективен для очистки от крупных частиц (более 10 мкм) и растворимых газов.
• Насадочные скрубберы — газ пропускается через слой насадки (кольца Рашига, седла Берля, керамические шары), по которой стекает жидкость. Обеспечивают большую поверхность контакта, эффективны для улавливания тонкодисперсных частиц и газов.
• Тарельчатые (барботажные) скрубберы — газ барботирует через слой жидкости на тарелках (перфорированных или колпачковых). Используются для интенсивной абсорбции газов и пылеулавливания.
• Скрубберы Вентури — газ ускоряется в сужающемся канале (трубе Вентури), куда подаётся жидкость. Высокая скорость потока (до 100 м/с) обеспечивает дробление жидкости на мелкие капли и эффективное улавливание частиц размером до 0,1 мкм.
• Центробежные (циклонные) скрубберы — газ закручивается в корпусе, жидкость подаётся на стенки или распыляется в центре. Центробежная сила способствует осаждению частиц на смоченные стенки.
• Эжекторные скрубберы — газ засасывается струёй жидкости, подаваемой под давлением. Используются для очистки газов с высокой температурой и агрессивными компонентами.

По конструкции

• Вертикальные — наиболее распространённый тип, газ движется снизу вверх, жидкость — сверху вниз.
• Горизонтальные — газ движется горизонтально, жидкость распыляется поперёк потока. Компактны, но менее эффективны для тонкой очистки.
• Колонные — многосекционные аппараты с несколькими уровнями контакта (насадки, тарелки).

По назначению

• Пылеулавливающие — для очистки от твёрдых частиц (зола, угольная пыль, металлическая пыль).
• Абсорбционные — для улавливания газообразных примесей (SO₂, HCl, HF, NH₃, CO₂).
• Комбинированные — одновременно удаляют и твёрдые, и газообразные загрязнители.

По типу жидкости

• Водяные — используют обычную или техническую воду.
• Химические — применяют растворы щелочей (NaOH, Ca(OH)₂), кислот, окислителей (H₂O₂, NaClO) для нейтрализации или окисления загрязнителей.
• Масляные — для улавливания органических паров и масел.

Устройство и принцип работы

Основными элементами любого скруббера являются корпус, система подачи жидкости, контактное устройство (форсунки, насадка, тарелки или труба Вентури), система отвода очищенного газа и система сбора и удаления шлама (загрязнённой жидкости). В некоторых конструкциях дополнительно устанавливаются каплеуловители (жалюзийные или сетчатые) для предотвращения уноса капель жидкости с очищенным газом.

Принцип работы основан на трёх механизмах:

1. Инерционное захватывание — частицы примесей, движущиеся с газом, сталкиваются с каплями жидкости и захватываются ими.
2. Диффузионное осаждение — мелкие частицы (менее 1 мкм) диффундируют к поверхности капель за счёт броуновского движения.
3. Абсорбция — газообразные примеси растворяются в жидкости или вступают с ней в химическую реакцию.

Эффективность очистки зависит от размера частиц, скорости газа, дисперсности жидкости, времени контакта и температуры. Для скрубберов Вентури эффективность улавливания частиц размером 0,1–1 мкм достигает 95–99%, для полых скрубберов — 70–90% для частиц крупнее 10 мкм.

Применение

Скрубберы используются в различных отраслях промышленности и транспорта:

• Энергетика — очистка дымовых газов тепловых электростанций от диоксида серы (SO₂), золы и оксидов азота (NOₓ). На угольных ТЭС в России (например, на Рефтинской ГРЭС) применяются известковые скрубберы для сероочистки.
• Металлургия — очистка газов доменных печей, конвертеров, электропечей от пыли, оксидов серы и углерода. На Новолипецком металлургическом комбинате установлены скрубберы Вентури для улавливания колошниковой пыли.
• Химическая промышленность — улавливание кислотных газов (HCl, HF, H₂SO₄), аммиака, органических растворителей. На предприятиях по производству минеральных удобрений (например, «Еврохим») используются насадочные скрубберы с щелочной промывкой.
• Горное дело и обогащение — очистка вентиляционных выбросов от пыли при добыче и переработке руд, угля, нерудных материалов. На угольных разрезах Кузбасса применяются передвижные скрубберы для пылеподавления.
• Целлюлозно-бумажная промышленность — улавливание серосодержащих газов (меркаптанов, диметилсульфида) на стадиях варки целлюлозы.
• Судоходство — системы очистки выхлопных газов судовых дизелей (скрубберы-скрубберы) для соответствия нормам Международной морской организации (IMO) по содержанию оксидов серы. С 2020 года такие системы устанавливаются на крупнотоннажных судах, в том числе российского флота (например, танкеры «Совкомфлота»).
• Коммунальное хозяйство — очистка выбросов мусоросжигательных заводов и биогазовых установок от кислых газов и диоксинов.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Высокая эффективность улавливания тонкодисперсных частиц (до 0,1 мкм) и газообразных примесей.
• Возможность одновременного удаления твёрдых, жидких и газообразных загрязнителей.
• Охлаждение горячих газов (снижение температуры с 300–500 °C до 60–80 °C).
• Пожаро- и взрывобезопасность (отсутствие искрообразования).
• Возможность регенерации жидкости и извлечения ценных компонентов (например, серной кислоты из газов).

Недостатки

• Высокое гидравлическое сопротивление (особенно у скрубберов Вентури — до 10–15 кПа).
• Большой расход воды (от 0,5 до 5 м³ на 1000 м³ газа) и образование шлама, требующего утилизации.
• Коррозия оборудования при работе с агрессивными газами (требуется кислотостойкая футеровка).
• Унос капель жидкости с очищенным газом (требуются каплеуловители).
• Ограниченная применимость для очистки газов с высоким содержанием смол и липких частиц (забивание насадки и форсунок).

Интересные факты

• Первый промышленный скруббер Вентури был установлен в 1884 году на заводе по производству серной кислоты в Германии.
• В 1970-х годах в СССР были разработаны скрубберы с кольцевой насадкой (кольца Палля), которые до сих пор используются на предприятиях химической промышленности.
• Самый крупный в мире скруббер для сероочистки дымовых газов установлен на угольной электростанции «Дракс» (Великобритания) — его высота составляет 120 метров, а расход известкового раствора — до 2000 м³/ч.
• В России скрубберы активно применяются на Байкальском целлюлозно-бумажном комбинате (до его закрытия в 2013 году) для улавливания меркаптанов, что позволило снизить выбросы в атмосферу на 90%.
• Современные судовые скрубберы могут работать в двух режимах: открытом (сброс промывной воды за борт) и закрытом (рециркуляция воды с нейтрализацией щёлочью). Второй режим обязателен для судов, работающих в портах и прибрежных зонах.

Источники

• Бретшнайдер Б., Курфюрст И. Охрана воздушного бассейна от загрязнений: технология и контроль. — Л.: Химия, 1989.
• Страус В. Промышленная очистка газов. — М.: Химия, 1981.
• Тимонин А. С. Инженерно-экологический справочник. Том 2. — Калуга: Издательство Н. Бочкаревой, 2003.
• ГОСТ Р 51709-2001. Оборудование газоочистное. Скрубберы. Типы, основные параметры и размеры.
• Справочник по пыле- и золоулавливанию / Под ред. А. А. Русанова. — М.: Энергия, 1975.