Установка для очистки газовых выбросов промышленных производств от 3,4-бензпирена

 

Изобретение относится к установкам для очистки газовых выбросов металлургических, коксохимических и нефтехимических производств от 3,4-бензпирена. Сущность изобретения состоит в том, что узел дожигания установки состоит из источника ультрафиолетового излучения, включающего набор ультрафиолетовых ламп, устанавливаемых по центру газохода. Лампы расположены вдоль или поперек потока газа, каждая лампа заключена в защитный фильтр в виде стеклянного цилиндра с нанесенными на его поверхность люминофором и/или фильтрующим коротковолновое (λ ≅ 340 нм) излучение покрытием и при расположении поперек имеет со стороны газового потока отражатель в виде параболического цилиндра. Предложенная установка для очистки газовых выбросов испытана в лабораторных и производственных условиях. Она обеспечивает снижение концентрации 3,4-бензпирена до 5 раз, достаточно эффективна применительно к предприятиям алюминиевой, электродной и коксохимической промышленности. Установка достаточно экономична и проста в обслуживании. На уничтожение 1 г 3,4-бензпирена затрачивается от 0,5 до 1,0 кВт·ч энергии в зависимости от газового состава, скорости потока и других параметров газохода. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к устройствам для очистки газовых выбросов металлургических, коксохимических и нефтехимических производств от 3,4-бензпирена (БП) и других полициклических ароматических углеводородов (ПАУ).

Известны устройства для снижения концентрации БП в газовых выбросах (Аншиц А.Г., Поляков П.В. и др. Экологические аспекты производства алюминия электролизом. Аналитический обзор. Новосибирск, 1991). Для этого используются скрубберы, улавливающие токсичные газы и пыль, вводят в поток газов адсорбенты (коксовую пыль, глинозем и др.), применяют рукавные фильтры для улавливания пыли с токсичными соединениями. Известен вихревой реактор "газ-твердое" фирмы "Алкан" (Канада), позволяющий отделять мелкие частицы и смолистые вещества от газового потока. Полученные твердые токсичные отходы необходимо обезвреживать.

Вышеуказанным устройствам присущи следующие недостатки: - низкая эффективность очистки; - сложность их обслуживания; - опасность отравления при обращении с концентрированными смесями токсичных отходов.

Известно устройство (патент N 92001851/25 от 22.10.92) для обезвреживания отходящих газов от полициклических ароматических углеводородов, в том числе от 3,4-бензпирена, включающее газоход, дымосос, узел дожигания, состоящий из электронного ускорителя и системы подачи в поток газа паров минеральной кислоты.

Устройство обеспечивает эффективное обезвреживание газов от ПАУ, однако сложно в эксплуатации и имеет затратную часть по реагентам.

Прототипом предлагаемого изобретения выбрана установка, предназначенная для снижения концентрации ПАУ, включающая дымосос, газоход, дожигатель на основе термокаталитического окисления в слое муллитокремнеземистого материала (МКЗМ), разогреваемого до 450^oC горелкой, установленной на входе отходящих газов. (Арякин А.Г., Калинин Э.В. и др. Разработка системы газоочистки отходящих газов обжигных печей электролизного производства. Ж. Цветная металлургия, N 10, 1992, с. 35).

Перед использованием МКЗМ термообрабатывают в печи обжига при температуре 950^oC, а затем активируют пропиткой раствором уксусно-кислой меди.

Данная установка существенно снижает концентрацию ПАУ, включая БП, в газовом потоке, причем ПАУ уничтожаются непосредственно в установке и не образуется его опасный концентрат. Однако она недостаточно эффективна, сложна в обслуживании, не технологична, поскольку требует высокой рабочей температуры, взрывоопасна.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности и экономичности дожигания ПАУ, включая 3,4-бензпирена, упрощения конструкции и обслуживания установки. Поставленная цель достигается тем, что узел дожигания состоит из источника УФ излучения со средней плотностью световой энергии облучения газа 10^-3-3·10^-1 Дж/см², включающего набор УФ ламп, источник устанавливается по центру газохода, имеющего прямолинейный участок 5-10 м вниз и/или вверх по потоку; лампы расположены вдоль или поперек потока газа, каждая лампа заключена в защитный фильтр в виде стеклянного цилиндра с нанесенными на его поверхность люминофором и/или фильтрующим коротковолновое ( λ ≅340 нм) излучение покрытием и при расположении поперек имеет со стороны газового потока отражатель в виде параболического цилиндра с 2 - 5 щелями шириной 1-2 см, расположенными перпендикулярно образующей, или без них; расстояние от центра лампы до вершины параболы составляет 2-8 диаметров лампы, угол раскрытия отражателя 90^o-360^o, диаметр защитного фильтра - (2 - 4) диаметра лампы, длина образующей параболического цилиндра соответствует установочным размерам лампы. Защитный фильтр снабжен двумя штуцерами для прокачки сжатого воздуха.

Наличие прямолинейного участка (5-10 м) вниз или/и вверх по потоку необходимо для эффективного поглощения рабочего излучения газовой средой.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема установки для очистки газовых выбросов от БП и других ПАУ, на фиг. 2 - схема источника УФ излучения, на фиг. 3 - вид сбоку фиг. 2.

Установка состоит из газохода (1), дымососа (2), узла дожигания (3), включающего набор УФ ламп (4), пускорегулирующего устройства (ПРУ) (5), источника напряжения (6) и пробоотборника (7).

В качестве дымососа (2) на заводах обычно используют вентиляторы или газодувки. Основным элементом узла дожигания (3) является источник УФ излучения. В качестве источника УФ излучения используются лампы специальной разработки. ПРУ (5) также комплектуется устройствами на основе специальной разработки с учетом характеристик УФ ламп. Источник напряжения (6) служит для обеспечения ламп электропитанием. Он может быть на 220 или 380 В. ПРУ формирует импульсы напряжения для запуска УФ ламп и регулирует напряжение на них, а также включение каждой лампы отдельно и всех вместе. Пробоотборник (7) состоит из фильтра, например, АФАС-ПАУ-10, на котором осаждается БП, и калиброванного газооткачного насоса. Фильтр устанавливается в газоходе (1).

Отражатель в виде параболического цилиндра с посадочным местом под лампу (8) состоит из: 1) защитного фильтра (9), который размещается внутри отражателя так, что ось стеклянного цилиндра параллельна оси лампы; 2) двух торцевых металлических пластин (10) в виде параболы, одна имеет посадочное отверстие под цоколь лампы, другая - посадочное отверстие под защитный фильтр; 3) прижимной пластины (11), которая крепится к торцевой пластине и герметизирует отверстие под защитный фильтр; 4) двух штуцеров (12) для подвода и отвода сжатого воздуха; 5) трех-пяти металлических стяжек (13), которые совместно с торцевыми пластинами составляют каркас отражателя; 6) листов (14) из полированного алюминия, которые крепятся к стенкам отражателя со щелями (15) или без них.

Угол раскрытия ϕ отражателя лежит между плоскостями, проведенными через лампу и краем отражателя, и может меняться от 90^o до 360^o.

Функция отражателя, помимо создания направленного пучка лучей, состоит в том, чтобы обеспечить термостатирование лампы в зависимости от скорости и температуры отходящих газов, которые могут меняться в пределах 5-15 м/с по скорости и +40 - +60^o по температуре. Эта задача выполняется как с помощью введения определенного угла раскрытия, так и созданием щелей в отражателе, позволяющих обдувать защитный фильтр лампы, а также способствовать снятию застойных зон и обеспечить очистку защитного фильтра от пыли. При низких скоростях потоков газа (1 - 5 м/с) и широких сечениях газоходов функции отражателей сводятся к минимуму ( ϕ = 360^o). Задача более тонкого термостатирования решается с помощью двух штуцеров с трубопроводами для ввода в него охлаждающего сжатого воздуха и вывода его в газоход.

Защитный фильтр с нанесенным на его поверхность фильтрующим покрытием и/или люминофором также выполняет двойную функцию: во-первых, он предотвращает воздействие на лампу агрессивных составляющих газового потока, в частности паров HF, H₂SO₄ и других кислот и пыли, во-вторых, с фильтрующим покрытием он защищает от вредного воздействия на ПАУ коротковолнового ультрафиолета ( λ = 250-340 нм), которое приводит к наработке 3,4-бензпирена.

В случае покрытия защитного фильтра люминофором, преобразующим коротковолновый ультрафиолет ( λ = 250-340 нм) в длинноволновый ( λ = 340-4120 нм), он не только защищает выбросы от воздействия коротковолнового УФ, но и повышает эффективность работы лампы.

Установка работает следующим образом. Подается сжатый воздух внутрь защитного фильтра. С пульта управления ПРУ включает УФ лампы. Газовый поток поступает по газоходу, где размещена установка по очистке газовых выбросов от 3,4-бензпирена.

В зависимости от скорости потока и температуры газа предварительно подобранный отражатель с необходимым углом раскрытия и количеством щелей обеспечивает номинальный тепловой режим лампы, помещенной в защитный фильтр. Защитный фильтр обеспечивает пылегазозащиту лампы от агрессивной среды в газоходе, что значительно увеличивает срок службы ламп.

За счет фотохимической и окислительной реакций происходит преобразование БП и других ПАУ в нетоксичные соединения, в результате их концентрация в потоке резко снижается. Периодически отбирают пробы газа на выходе из газохода и определяют содержание БП.

В зависимости от его концентрации изменяют число включенных УФ ламп и получают на выходе газ требуемой чистоты по БП.

Разработанная установка прошла испытания в лабораторных и производственных условиях при содержании БП до 400 мкг/м³, которые показали, что установка обеспечивает снижение концентрации БП до требуемого его содержания на выходе. Установка достаточно экономична и проста в обслуживании. На уничтожение 1 г БП затрачивается от 0,5 до 1,0 кВт·ч энергии в зависимости от скорости и содержания других газов в потоке.

Таким образом, можно сказать, что использование такой установки позволяет повысить эффективность и экономичность обезвреживания БП в газовых выбросах промышленных производств.

Формула изобретения

1. Установка для очистки газовых выбросов промышленных производств от 3,4-бензпирена (БП), включающая дымосос, газоход, блок питания, узел дожигания, отличающаяся тем, что узел дожигания состоит из источника УФ излучения со средней плотностью световой энергии облучения газа 10^-3 - 3 · 10^-1 Дж/см², включающего набор УФ ламп, установленных по центру газохода, имеющего прямолинейный участок 5 - 10 м вниз и/или вверх по потоку, каждая лампа заключена в защитный фильтр в виде стеклянного цилиндра с нанесенными на его поверхность люминофором и/или фильтрующим коротковолновое (с длиной волны излучения λ ≅ 340 нм) излучение покрытием и с двумя штуцерами для прокачки сжатого воздуха, при этом диаметр защитного фильтра составляет 2 - 4 диаметра лампы, а лампы расположены вдоль или поперек потока газа.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что при расположении ламп поперек потока газа каждая лампа имеет со стороны газового потока отражатель в виде параболического цилиндра, расстояние от центра лампы до вершины параболы отражателя составляет 2 - 8 диаметров лампы, длина образующей параболического цилиндра соответствует установочным размерам лампы, а угол раскрытия отражателя составляет не менее 90^o.

3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что отражатель имеет 2 - 5 щелей шириной 1 - 2 см, расположенных перпендикулярно образующей параболического цилиндра.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3