Способ обезвреживания отходящих газов от полициклических ароматических углеводородов

 

Использование: коксохимическая, нефтехимическая, теплоэнергетическая и химическая промышленность. Сущность изобретения: отходящие производственные газы с примесями полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), в частности бенз(а)пирена облучают потоком ускоренных электронов в присутствии паров минеральной кислоты, например серной или азотной. Массовое соотношение кислоты и ПАУ равно (1-1,2):1. 1 табл.

Изобретение относится к процессам радиационно-химической очистки отходящих газов. Оно предназначено для использования в коксохимической, нефтехимической, теплоэнергетической, химической, электродной и в других отраслях промышленности.

Отходящие газы вышеназванных производств содержат полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), в частности такие канцерогенные смолистые вещества, как пирен, бензапирен (БП), антрацен, хризен, флусантрен и другие ПАУ. Самым канцерогенным и трудноразлагаемым ПАУ является бензапирен, на содержание которого предъявляются очень жесткие требования. Так, в частности в СССР ПДК на бензапирен составляли 0,00015 мг/м³, а в США его присутствие вообще не допускается.

Известен способ очистки газа от органических углеродных соединений заключающийся в том, что газ, предварительно обогащенный водяным паром, облучают в реакторе в течение 2 мин ультрафиолетовыми лучами с длиной волны 185 и 250 нм, выделяемыми УФ-лампой мощностью 40 100 Вт. За это время весь органический углерод превращается в диоксид углерода, который затем поглощают из газовой смеси твердым сорбентом [1] Известный способ ввиду малой мощности применяемых УФ-ламп не позволяет организовать обезвреживания больших потоков отходящего газа (десятки и сотни м³/ч) на предприятиях коксохимической, нефтехимической, теплоэнергетической, химической промышленности и электродного производства.

Известен способ избирательного или одновременного отделения токсичных веществ от дымовых газов путем их обработки электронным лучем в несколько стадий, причем на каждой стадии используется слой ускоритель с перемешиванием дымовых газов между стадиями и в сумме набирают необходимую дозу облучения [2] В этом способе используется технологический прием облучения газа ускоренными электронами, однако он не предназначен для обезвреживания газов от ПАУ. Кроме этого степень очистки газов от токсичных веществ зависит от количества последовательных стадий облучения. Это требует использования нескольких ускорителей электронов и повышает затраты на осуществление процесса, так как стоимость установки и эксплуатации одного ускорителя меньше, чем нескольких ускорителей на ту же суммарную мощность. Это же относится и к занимаемой площади.

Известны термические способы обезвреживания отходящих газов обжиговый печей электродного производства, содержащих ПАУ, в том числе и 3,4-бензапирен, путем повышения температуры отходящих газов до 1150-1250 ^oC [3] Такие процессы требуют большого расхода теплового энергии. Снизить расход тепловой энергии позволяют термокаталитические способы обезвреживания газа от ПАУ.

Известен способ очистки отходящих газов от углеводородов, включая ПАУ, окислением их до безвредных веществ, в котором окисление проводят на катализаторе. При этом катализатор, нанесенный на Al₂O₃, содержит Pt [4] Однако каталитическому способу объективно присущи следующие недостатки: использование дорогостоящих и дефицитных катализаторов, необходимость затрат, связанных с их частой заменой и сложность конструкции термокаталитического реактора.

Изобретение направлено на решение задачи повышения степени обезвреживания газов от ПАУ более простым и дешевым способом.

Сущность изобретения заключается в способе обезвреживания отходящих газов от ПАУ путем окисления, в котором отходящий газ облучают потоком ускоренных электронов в присутствии паров минеральной кислоты, взятой в массовом соотношении к ПАУ, равном (1 1,2):1.

Благодаря одновременному совместному воздействию на вредные примеси, содержащиеся в очищаемом газе, двух технологических параметров воздействию потока электронов и паров кислот обеспечивается более глубокое разрушение ПАУ. Такой технологический результат достигается на более простых реакторных установках, не требующих дорогостоящих катализаторов и больших расходов тепловой энергии.

Для осуществления способа обезвреживаемый газ смешивают с одной из минеральных кислот серной, азотной или иной в соотношении кислоты и бензапирена равном (1 1,2) 1. Поскольку содержание ПАУ в массе газа очень мало, то кислота, введенная практически в таком количестве, будет присутствовать в газе в виде паров. Затем смесь (отходящий газ в присутствии паров минеральной кислоты) подают в реакторную камеру, где ее облучают потоком электронов с помощью ускорителя электронов. Вредные примеси под воздействием потока электронов и паров кислоты разрушаются и образуют безвредные соединения. Степень очистки газа от бензапирена при использовании одного ускорителя достигает 100% В результате в камере ПАУ подвергаются: - физическому воздействию на примеси потока электронов, благодаря чему вредные углеводороды переходят в ионное состояние и в присутствии кислорода в газовой смеси окисляются до простейших и безвредных соединений углекислоты и паров воды; химическому воздействию паров кислот на вредные примеси, благодаря чему из вредных углеводородов образуются относительно безвредные аэрозольные соединения. Например, в присутствии паров азотной и серной кислот фенол C₆H₅OH и бензапирен C₂OH₁₂ образуют следующие твердые соединения: C₆H₅OH + HONO₂ H₂O + C₆H₅ONO₂ (орто-нитрофенол) C₆H₅OH + HOSO₃H H₂O + C₆H₅OSO₃H (пара-сульфофенол) C₂OH₁₂ + HONO₂ H₂O + C₂OH₁₁NO₂ (три-нитробензпирен) C₂OH₁₂ + HOSO₃H H₂O + C₂OH₁₁SO₃H (три-сульфобензпирен) Для эксперимента, газовую смесь, содержащую аэрозоли ПАУ, получали из каменноугольной смолы. Ее загружали в реакционный сосуд и нагревали до 300^oC в нагревательной печи. При этой температуре смола отгоняется на 95 - 98%
В отходящих газах содержание смолистых веществ составляло 1-10 г/м³, содержание ПАУ 0,020 0,445 мг/м³. Полученный газ поступал в камеру смешения, куда дозировалась в количестве 0,024 0,445 мг/м³ одна из минеральных кислот серная, азотная, соляная. В камере смешения начинается химическое связывание содержащихся в газе вредных ПАУ. Смесь (газ с парами кислоты) со скоростью 5 7,6 м/с и температурой 30 - 60^oC по газоходу поступает в камеру облучения, футерованную изнутри свинцовым листом толщиной 3 мм, где подвергается облучению потоком электронов. В качестве эмиттера электронов выступала газоразрядная электронная пушка, работающая на напряжении 110 120 кВ и силе тока 5 7 мА. Вредные примеси под воздействием потока электронов и паров кислот разрушаются и образуют безвредные и относительно безвредные соединения. На участках газохода на входе и выходе из реактора отбирают пробы газа и протягивают через фильтр АФА-ВП-20 со скоростью равной скорости газа в газоходе (для соблюдения условия изокинетичности). Осевшие на фильтре аэрозоли подвергали анализу на содержание 3,4-бензапирена. Результаты представлены в таблице. Из таблицы 1видно, что предлагаемый способ позволяет полностью очистить отходящие газы от самого канцерогенного вещества бензапирена.

При соотношении кислоты к бензапирену равным 0,9:1 не удается достичь 100% -ной очистки: на выходе из реактора газ содержит бензапирен в количестве, превышающем ПДК в атмосфере (0,00015 мг/м³). Увеличение количества кислоты в облучаемой смеси до соотношения 1,3:1 нецелесообразно ввиду вторичного загрязнения отходящих газов кислотами. Предпочтительными кислотами являются кислородосодержащие серная и азотная.

Экспериментальные результаты обезвреживания газа 3,4-бензапирена предложенным способом приведены в таблице.

Формула изобретения

Способ обезвреживания отходящих газов от полициклических ароматических углеводородов путем окисления, отличающийся тем, что отходящий газ облучают потоком ускоренных электронов в присутствии паров минеральной кислоты, взятой в массовом соотношении к полициклическим ароматическим углеводородам, равном (1 1,2) 1.

РИСУНКИ

Рисунок 1