9655

161

Рис. 4.9. Схема регенеративной термической установки:1 – дутьевой вентилятор; 2 – вентилятор принудительной тяги; 3 – подача загрязненного воздуха; 4 – подача свежего

воздуха; 5 – входной канал; 6 – входной дампер; 7 – выходной дампер; 8 – выходной канал; 9 – керамическая насадка;10 – теплообменные канистры; 11 – камера сгорания; 12 – вытяжная труба; 13 – горелка; 14 – узел газовой линии и панель управления

Загрязненный воздух из сушильных камер окрасочного производства перед попаданием в камеру сгорания проходит через керамические насадки с целью предварительного нагрева. Далее газовая смесь попадает в камеру сгорания и догревается горелкой, работающей на природном газе, до температуры 815°С. Это приводит к разрушению и дожиганию паров растворителя, содержащихся в загрязненном воздухе.

После камеры сгорания воздушный поток направляется вниз и проходит через керамическую среду, нагревая ее для следующего цикла работы. После этого газо-воздушная смесь выбрасывается в атмосферу. Автоматически работающие заслонки направляют поток воздух попеременно через каждую емкость с керамической средой. Потоки воздуха меняют направление через каждые 90 секунд.

Каталитическое окисление

Каталитическое окисление осуществляется с участием катализатора, снижающего температурный барьер реакции, т. е. проходит при более низких температурах процесса нейтрализации, зависящих от характеристик катализатора.

162

По материалу окислительные катализаторы разделяются на металлические, оксидные и смешанные. Основной характеристикой катализатора является температура, при которой катализатор эффективно окисляет вредные вещества.

Используемыми катализаторами являются в большинстве случаев металлы или их соединения (платина и металлы платинового ряда, оксид меди, диоксид марганца и т.п.). Так, Дзержинским филиалом НИИОгаз (Т. Г. Аланова, Т. Я. Михеева и др.), разработаны катализаторы, состоящие из платины и палладия или смеси неблагородных металлов с добавкой платины и палладия (сотые доли процента к массе катализатора). Они наносятся в виде активной пленки на нихромовую проволоку диаметром (0,4 0,5) мм, свитую в спираль диаметром 5 мм. Катализаторы могут также изготовляться в форме шаров, колец, цилиндров, червячков и др.

Металлические катализаторы имеют меньшую эффективную температуру, чем смешанные и оксидные. Самый низкий температурный уровень «срабатывания» - (200-250)°С - имеют металлические катализаторы на

Оксидные катализаторы представлены оксидами железа, меди, никеля, кобальта и др. металлов и их смесями.

Смешанные катализаторы – это металлы, перечисленные ранее, нанесенные на носитель из оксидного катализатора.

Следующей характеристикой катализаторов является объемная скорость прокачивания через катализатор, ч-1. Она означает часовой расход прокачиваемых газов на 1м3 катализатора.

Преимущества металлических катализаторов:

- более низкая температура эффективной работы по сравнению с оксидными и смешанными. Особые преимущества имеют катализаторы на основе драгоценных металлов. Кроме наименьшей эффективной температуры, они обладают высокой стабильностью во времени (катализаторы из остальных перечисленных металлов теряют каталитическую активность в процессе работы, то есть нестабильны во времени);

163

- более высокая объемная скорость прокачивания обезвреживаемой смеси через катализатор (особенно катализаторы из драгметаллов).

Основные недостатки всех металлических катализаторов: имеют высокую стоимость, особенно платиновые; легко отравляются мышьяком, свинцом и др.; отравляются сернистыми соединениями; теряют активность при прокачивании кислородсодержащих газов; не выдерживают перегрева; нестабильны во времени (кроме драгметаллов).

Преимущества оксидных катализаторов: имеют меньшую стоимость по сравнению с металлическими; не отравляются сернистыми соединениями; не теряют активность при прокачивании кислородсодержащих смесей (так как сами содержат кислород); не боятся перегрева.

К недостаткам оксидных катализаторов можно отнести: более высокую температуру эффективной работы - 400-600°С; меньшую объемную скорость прокачивания (больший необходимый объем оксидного катализатора по сравнению с металлическим).

Смешанные катализаторы соединяют в себе преимущества и недостатки металлических катализаторов.

Каталитическое окисление беспламенно и потому не зависит от температуры воспламенения смеси, а зависит от характеристик используемого катализатора. Кинетику гетерогенного окисления можно представить в виде следующих элементарных стадий: диффузия исходных веществ к поверхности катализатора, адсорбция, химическая реакция, десорбция и диффузия полученных веществ в свободное газовое пространство.

Преобладание диффузионных стадий процесса обуславливает малые линейные скорости прокачивания обезвреживаемой смеси и, как следствие, приводит к громоздкости установки особенно при каталитическом реакторе с горизонтальным слоем катализатора.

Отсюда следующие перспективные направления развития конструкций каталитических реакторов и катализаторов:

–замена горизонтального слоя катализатора на вертикальный с коаксиальным размещением каталитических элементов;

–разработка новых катализаторов с высокой объемной скоростью

процесса;

–снижение аэродинамического сопротивления каталитического реактора

врезультате его конструктивных изменений.

Динамика конструктивных изменений каталитических реакторов представлена на рис. 4.10.

164

Термокаталитическое окисление

Если температура обезвреживаемых выбросов ниже, чем эффективная температура каталитического процесса, то необходим предварительный подогрев подаваемой на обезвреживание смеси. Подогрев осуществляется в основном двумя способами: за счет газогорелочного устройства или путем прокачивания через теплообменник-утилизатор.

168

Рис. 4.16. Установки очистки от оксидов азота:1 – каталитический реактор; 2 – ёмкость приготовления; 3 – рабочие емкости восстановителя; 4 – центробежные насосы; 5 – насосы– дозаторы; 6 – форсунка

Установка предназначена для сокращения выбросов оксидов азота в атмосферу с отходящими газами агрегатов, использующих углеводородное топливо. Установка разработана на базе процесса очистки промышленных газов от NOХ гомогенно–гетерогенным восстановлением аминосодержащими восстановителями.

Таблица 4.4

Технологические параметры и характеристик технологического оборудования

169

Установка может быть модифицирована практически для любого промышленного теплового агрегата, использующего органическое топливо.

Управление расходом подачи аммиачной воды осуществляется компьютером в зависимости от сигнала по нагрузке (обычно на основании данных по расходу топлива) и концентрации NOх в продуктах сгорания.

4.2.2. Сорбционная очистка

Адсорбционный метод основан на физических свойствах некоторых твердых тел с ультрамикроскопической структурой, называемых адсорбентами, выборочно извлекать отдельные компоненты из газовой смеси и удерживать их на своей поверхности [29].

Концентрация вещества, которую может уловить адсорбент, зависит от его количества у поверхности, площади поверхности, физических, химических и электрических свойств адсорбируемого вещества и адсорбента, температурных условий. Адсорбент должен иметь высокую сорбционную ёмкость, которая в свою очередь зависит от удельной площади поверхности и физико-химических свойств поверхностных частиц.

Адсорбент удерживает молекулы газов на внешней поверхности и внутри пор. Внешняя поверхность адсорбента в зависимости от размеров и формы: гранулы, таблетки,

шарики и т.д. может составлять 103–104 м2/м3. Поверхность внутренних пор значительна более развита. Обычно различают поры мелкие (микропоры) со средним диаметром до 30×10-10м, средних размеров (мезопоры) диаметром (30–3000)10-10м и крупные (макропоры)

диаметром более (3000–4000)1010м. Считается, что микропоры заполняются улавливаемым веществом (адсорбатом) по всему объему, а мезо- и макропоры - только в несколько слоев на поверхности. Ориентировочно поверхность микропор может достигать (100–500)106 м2/м3, мезопор (10–200) 106 м2/м3, макропор - (1–10) 106 м2/м3.

Кроме того, сорбент должен обладать достаточной механической прочностью и малым аэродинамическим сопротивлением. С целью снижения аэродинамического сопротивления используют сорбенты с небольшой плотностью, обтекаемой формой частиц и высокой порозностью засыпки.

Адсорбент для процесса физической сорбции должен быть химически пассивным к улавливаемым компонентам, а для химической сорбции (хемосорбции) – вступать с молекулами загрязнителей в химические реакции.

Основные твердые сорбенты: активированные угли, силикагель, алю-

170

могель, алюмосиликат, цеолиты. Применяется также ряд природных сорбентов: торф, лигнин, фосфатное сырье, бурые угли. Ниже, в табл. 4.5 и табл. 4.6 приведены свойства наиболее распространенных адсорбентов [29].

Таблица 4.5

Характеристика активированных углей

Таблица 4.6

Характеристика силикагелей и цеолитов

Для проведения процесса адсорбции используются 2 группы аппаратов: адсорберы периодического и непрерывного действия [29].

Типы адсорберов периодического действия с неподвижной насадкой