Способ очистки отходящих газов от органических веществ

 

Изобретение относится к способам очистки отходящих газов от органических веществ . Использование: преимущественно химическая и металлургическая промышленность . Сущность изобретения: отходящие газы печи термообработки смолодоломитовых огнеупоров сжигают при 850-950°С, далее обогащают газы кислородом до 10-12 об.% итермообрабатывают при 500-550°С 0,8-1 с - окисление полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), затем проводят каталитическую очистку газов при той же температуре Степень очистки от ПАУ и бенз(а)пирена 99,895-99,91%. 1 табл., 1 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 01 D 53/36

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4826445/26 (22) 06.04.90 (46) 30,05,92. Бюл. № 20 (71) Научно-производственное обьединение по защите атмосферы, водоемов, использованию вторичных энергоресурсов и охлаждению металлургических агрегатов на предприятиях черной металлургии (72) В.И.Бородин, А,С.Лисаченко, В.А.Сурин, А,В.Дунаев и А,А.Степаненко (53) 66,074.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 883311115511, кл. В 01 О 53/00, В 01 D 53/36, 1978.

Авторское свидетельство СССР N 936976, кл. B 01 D 53/36, 1979.

Изобретение относится к технике очистки отходящих газов от органических веществ и может быть использовано в химической, металлургической и других отраслях промышленности, Известен способ очистки газовых выбросов, содержащих смесь высоко- и низкокипящих углеводородов, согласно которому исходный газовый поток охлаждают, образовавшийся при этом конденсат сжигают в факеле, а несконденсированные выбросы разделяют на два потока, один из которых используют в качестве окислителя при факельном сжигании, а другой смешивают, с продуктами факельного сжигания и подают на каталитическое окисление.

При этом соотношение потоков несконденсированных выбросов, направляемых на факельное сжигание и каталитическое окисление, устанавливают равным 0,6 — 1,0;1,0.

Кроме того, количество продуктов факельного сжигания, подаваемых на смеше» . Ы 1736582 А1 (54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ОТ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ (57) Изобретение относится к способам очистки отходящих газов от органических веществ. Использование: преимущественно химическая и металлургическая промышленность, Сущность изобретения: отходящие газы печи термообработки смолодоломитовых огнеупоров сжигают при 850 — 950 С, далее обогащают газы кислородом до 10 — 12 об. g и термообрабатывают при 500 — 550 С 0,8 — 1 с — окисление полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), затем проводят каталитическую очистку газов при той же температуре.

Степень очистки от ПАУ и бенз(а)пирена

99,895-99,91%. 1 табл., 1 ил. ние с несконденсированными выбросами. подаваемыми на каталитическое окисление. поддерживают равным 0,10 — 0,20 от общего выхода продуктов сжигания, Недостаток указанного способа обусловлен ограниченной областью применения, в частности невозможностью очистки выбросов газа с содержанием кислорода менее 1%, вследствие того, что по данному способу очистки один из потоков несконденсировавшихся выбросов используют в качестве окислителя при факельном сжигании.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки отходящих газов от органических примесей, включающий каталитическую очистку и термохимическое сжигание, при этом перед каталитической очисткой смесь отходящих газов с продуктами сгорания выдерживают при 600 — 700 С в течение 0,2 — 0,5 с, а затем

1736582 подвергают термомеханическому сжиганию при 1000 — 1100 С.

Недостатком известного способа является высокая степень очистки многоядерных полициклических ароматических 5 углеводородов (ПАУ) из-за отсутствия их постадийного термического окисления.

Цель изобретения — повышение степени очистки отходящих газов от ПАУ, преимущественно от бенз(а)пирена, 10

Способ включает термическое сжигание газов при 850 — 950 С, последующее обогащение кислородом воздуха до 10 — 12 об,, термообработку при 500 — 550 С в течение 0,8 — 1 с и затем каталитическую очист- 15 ку при той же температуре.

Необходимость обогащения отходящих газов кислородом воздуха и их окисление после термической обработки перед каталитической очисткой обусловлено следую- 20 щим.

Обогащение кислородом воздуха отходящих газов и их окисление производят в смесителе в интервале температур 500—

550 С. 25

В данном интервале температур основной реакцией является дегидрирование, которое приводит к образованию продуктов полимеризации и поликонденсации. При термическом воздействии на содержащие- 30 ся в очищаемом газе тяжелые ПАУ в присутствии кислорода воздуха происходит отщепление водорода и метильных групп с образованием радикалов, которые рекомбинируют в молекулы большего размера. 35

Действие кислорода воздуха сводится к интенсификации процесса дегидрирования.

При термической выдержке в присутствии кислорода воздуха в газовом смесителе в течение 0,8 — 1 с происходит деструкция об- 40 разованных молекул большего размера на простые углеводородные соединения.

В результате этого, продукты окисления (flAY), представляющие собой перекиси, содержащие группу -0-0-, в которой половина 45 кислорода находится в слабосвязанном состоянии, попадая на слой активного катализатора, глубоко окисляется до COz и Н О.

Окисление тяжелых многоядерных ПАУ на катализаторе без их предварительной тер- 50 мической деструкции в присутствии кислорода воздуха в газовом смесителе приводит к образованию на слое катализатора пироуглеродистых соединений (сажи), которые снижают активность катализатора. 55

При соотношении смеси пиролизных газов и воздуха менее 1:1 процесс окисления

ПАУ, в том числе бенз(а)пирена, происходит недостаточно эффективно из-за низкого содержания кислорода. При соотношении

До 50

850-950

500-550 газ-воздух более 1.1,5 значительно снижается температура реакционной смеси, что приводит к снижению скорости окисления

ПАУ, в том числе бенз(а)пирена.

При продолжительности окисления ПАУ в смесителе менее 0,8 с полной термической деструкции тяжелых многоядерных углеводородов не происходит из-за недостатка времени для осуществления последовательного стадийного окисления тяжелых ПАУ.

Увеличение времени термического окисления в смесителе более 1 с приводит к значительному увеличению размеров оборудования при той же степени окисления.

Размещение газового смесителя перед циклонной топкой нецелесообразно, так как отходящие газы пиролиза имеют низкую начальную температуру (200 — 600 С), которая при разбавлении газов кислородом воздуха еще больше снижается, что приводит к конденсации и полимеризации пиролизных газов, В результате исключается возможность термического разложения тяжелых многоядерных ПАУ. Кроме того, отсутствие предварительного термического удара в циклонной топке исключает образование свободных радикалов в тяжелых углеводородах и дальнейшее их разложение.

Наличие термической выдержки смеси отходящих газов с продуктами сгорания по известному способу перед термическим сжиганием обусловлено тем, что отходящие газы смешиваются с продуктами сгорания, имеющими высокую температуру.

Пример. Способ осуществляют на опытно-промышленной установке, схема которой приведена на чертеже, на металлургическом комбинате (ДМК) в г.Днепродзержинске.

Параметры процесса термокаталитической очисти газов следующие:

Количество газов, поступающих на очистку, м /ч 1300

Концентрация ПАУ в сжигаемых газах, г/м в том числе бенз(а) пирена До 1

Температура в топке, С

Температура в смесителе, С 500 †5

Температура в слое катализатора, С

Объемная скорость газа, ч 8000

Сопротивление

1736582

55 слоя катализатора, кПа 4 — 5

Катализатор Медно-хромовый

Степень очистки, % от ПАУ 99,8 5 от бенз(а)пирена 99,99

Отходящие газы пиролиза печи1 термообработки смолодоломитовых огнеупоров, содержащие до 50 г/м ПАУ, в том числе з банз(а)пирена до 1 г/м, с температурой 10 з

200-600 С по обогреваемому газоходу 2 направляются в циклонную топку 3 на термическую обработку. На входе в циклонную топку 3 предусмотрено разбавление исходного газа воздухом через патрубок 4 в соот- 15 ношении 1;1. В циклонной топке 3 за счет наличия двух тангенциально расположенных горелок 5 происходит высокая турбулизация газового потока, нагрев очищаемых газов до 850-950 С и частичное окисление 20 легких ПАУ. Далее газы из циклонной топки

3 обогащают кислородом воздуха через патрубок 6 до 10 — 12 об.% (в соотношении 1:11,5) для более полного окисления тяжелых

ПАУ и с температурой нагрева 500-550 С 25 направляют в специальный горизонтально расположенный футерованный смеситель 7.

Время окисления тяжелых многоядерных

ПАУ в смесителе составляет 0,8 — 1 с, После газового смесителя 7 очищаемые 30 газы направляются в каталитический реактор 8, где на активном слое медно-хромового катализатора при 500 — 550 С происходит глубокое окисление ПАУ, в том числе бенз(а)пирена, до безвредных диоксидов уг- 35 лерода и воды, Далее очищенные газы при помощи вентилятора 9 через дымовую трубу

10 сбрасываются в атмосферу.

Режимы проведения указанных операций определяются следующим. При темпе- 40 ратуре газа в циклонной топке ниже 850 С и роисходит недостаточное термическое окисление легких ПАУ. при этом начинается образование сажи, что в итоге приводит к снижению эффективности работы газового 45 смесителя и каталитического реактора, а также к уменьшению срока службы катализатора. При повышении температуры очищаемого газа в циклонной топке более о

950 С происходитзначительноеувеличение 50 образования окислов азота в отходящих газах, что, в свою очередь, вызывает необходимость дополнительной очистки от окислов азота (см. таблицу).

Кроме того, увеличение температуры газа в циклонной топке более 950 С приводит к значительному увеличению энергозатрат (природного газа) без существенного повышения степени очистки газа, а также уменьшает износостойкость оборудования, По предлагаемому способу термическое сжигание смеси очищаемого газа с воздухом осуществляют в соотношении 1:1, при этом газовоздушную смесь приготавливают непосредственно на входе в циклонную топку, а затем подают на сжигание в факеле двух тангенциально расположенных газовых горелок.

При температуре ниже 500 С на активном слое катализатора не происходит полного окисления ПАУ. в том числе бенз(а)пирена, до безвредных диоксида углерода и воды, а на поверхности катализатора происходит образование углеродистых соединений, что приводит к быстрому его износу. При температуре выше 550 С происходит. необратимый процесс разрушения структуры катализатора, что также приводит к выходу его из строя. Усредненная степень очистки газов от ПАУ и бенз(а)пирена по предлагаемому способу составляет

99,895% (при степени очистки от ПАУ

99,80% и бенз(а)пи рена 99,99%) и 99,91% (при степени очистки от ПАУ 99,83 и бенз(а)пирена 99,99%); что превосходит степень очистки отходящих газов по известному способу.

Формула изобретения

Способ очистки отходящих газов от органических веществ, включающий термическое сжигание, термообработку и последующую каталитическую очистку газов, отличающийся тем, что, с целью повышения степени очистки газов от полициклических ароматических углеводородов, преимущественно от бенз(а)пирена, термическое сжигание газов осуществляют при 850 — 950 С, после чего газы обогащают кислородом воздуха до 10 — 12 об.% и проводят термообработку их при 500 — 550 С в течение 0,8-1 с с последующей каталитической очисткой при той же температуре.

1736582

30

40

Составитель Л.Романцова

Техред М,Моргентал Корректор О.Кравцова

Редактор А.Огар

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 .з

Заказ 1849 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5