Высокотемпературное обезвреживание газов

В некоторых случаях отходящие газы со значительным содержанием горючих компонентов могут быть использованы как топливо. В качестве самостоятельного топлива могут сжигаться отходящие газы с теплотворной способностью 3,35-3,77 МДж/м³ и ниже, если они обладают повышенной температурой. Прямое сжигание газообразных отходов с использованием дополнительного топлива считают целесообразным в случаях, когда обезвреживаемые компоненты газовых выбросов могут обеспечить не менее 50 % общего тепловыделения. Однако обычно содержание горючих примесей в отходящих газах значительно меньше нижнего предела воспламенения, что требует существенных затрат дополнительного топлива и утилизации тепла процесса сжигания прежде всего с целью совращения этих затрат. Расход дополнительного топлива при сжигании таких газообразных отходов, нагретых до 50 °C, составляет 25—40 кг условного топлива на 1 000 м³ обрабатываемых газов.

С экономической точки зрения очистка методом дожигания на месте не должна рассматриваться как стадия, снижающая экономичность всего процесса, поскольку вовлечение углеводородных компонентов в процесс горения позволяет получить дополнительное тепло и делает технологию более эффективной. Современные устройства должны обеспечивать эффективную переработку всех типов выбросов (газовые потоки, жидкости), содержащих углеводороды и органические соединения при условии минимального потребления энергии и возможно большей экономической эффективности.

Система термического окисления, или дожигания, должна в полной мере соответствовать условиям конкретного производства. В противном случае проблемы взрывоопасности, сопряжения с основной техно логией и технического обслуживания лишь создают дополнительные трудности. При правильном проектировании и подборе оптимального метода использования теплоты сгорания отходящих газов система становится безопасной, надежной и экономически эффективной.

С наступлением в промышленности «века углеводородов» проблема очистки газовых выбросов и жидких органических стоков, содержащих углеводороды, стала весьма важной во всем мире. Методы прямого сжигания применяют для обезвреживания газов от легко окисляемых токсичных, а также дурно пахнущих примесей. Их преимуществами являются относительная простота аппаратурного оформления и универсальность использования, так как на работу термических нейтрализаторов мало влияет состав обрабатываемых газов.

Суть этих способов заключается в окислении обезвреживаемых компонентов кислородом до СО₂ и Н₂О. Это определение полностью может быть отнесено и к жидким отходам.

Они применимы для обезвреживания практически любых паров и газов, продукты сжигания которых менее токсичны, чем исходные вещества. Прямое сжигание используют в тех случаях, когда концентрация горючих веществ и отходящих газов не выходит за пределы воспламенения. Процесс проводят в обычных или усовершенствованных топочных устройствах, в промышленных печах и топках котельных агрегатов, а также в открытых (|>акедах. Принципиальная схема термического нейтрализатора для обезвоживания отходящих газов промышленности представлена на рис. 2.6.

Рис. 2.6. Схема термического нейтрализатора промышленных газов с теплообменником

Конструкция нейтрализатора должна обеспечивать необходимое время пребывания обрабатываемых газов в аппарате при температуре, гарантирующей возможность достижения заданной степени их обезвреживания (нейтрализации). Время пребывания обычно составляет 0,1-0,5 с (иногда до 1 с), рабочая температура в большинстве случаев ориентирована на нижний предел самовоспламенения обезвреживаемых газовых смесей и превосходит температуру воспламенения на 100-150 °C (табл. 2.2).

Таблица 2.2

Температура самовоспламенения наиболее распространенных горючих загрязнителей отходящих газов промышленности [3]

Термическое обезвреживание при производстве лакокрасочных покрытий

Одним из эффективных способов очистки газов при производстве лакокрасочных покрытий от органических соединений (ацетон, ксилол, бензол, бензин и т. д.) является их термическое сжигание, позволяющее окислить до 99 % всего количества растворителей, например, в газах, отходящих от сушильных камер, в которых сушатся окрашенные изделия.

Температура сжигания лежит обычно в интервале 650-800 °C, и в этих условиях углеводороды окисляются до безвредных диоксида углерода и воды. Основные факторы, влияющие на эффективность работы таких установок, - температура окисления, концентрация кислорода, время пребывания растворителей в зоне горения, а также количество смешения кислорода, газа и паров растворителей.

Эффективность процесса сжигания растворителей возрастает с увеличением их содержания в отходящих газах, повышением температуры и увеличением продолжительности нахождения газов в зоне горения.

На рис. 2.7 приведены кривые сжигания ксилола в зависимости от температуры, по которым видно, что в интервале низких температур этот процесс в значительной мере зависит от концентрации растворителя в неочищенном газе на входе, и лишь при достижении 700 °C температура становится практически независимой от концентрации [6].

Концентрация ксилола в очищенном газе, мг/м³

Рис. 2.7. Изменение концентрации ксилола в зависимости от температуры и исходной концентрации в газах:

/ - 1500 мг/м³; 2 - 3000 мг/м³

Кислород, необходимый для сжигания растворителей, обычно берется их потока обработанного воздуха, и его концентрация для проведения процесса сжигания должна быть не менее 16%. Если концентрация кислорода в отходящих газах менее 16%, то такие газы предварительно смешиваются с воздухом и затем подаются на горение. При содержании кислорода в газах более 16 % они могул быть использованы вместо дутьевого воздуха в горелках, работающих на природном газе.

Эффективность применения установок термического дожигания зависит от концентрации паров растворителей в газовых выбросах, которые обычно составляют 0,5-5 г/м³; чем она больше, тем выше технико-экономические показатели таких установок.

При термическом методе очистки газов из сушильных камер (при производстве лакокрасочных покрытий) температура сжигания поддерживается около 700-800 °C. Поэтому утилизация теплоты значительно улучшает технико-экономические показатели термического сжигания. Могут быть использованы различные технологические схемы использования теплоты: обогрев теплообменников вытяжного, циркуляционного или свежего воздуха в сушильных камерах, отопление цехов, приготовление горячей воды, пара и т. д.

За рубежом на практике зарекомендовали себя три типа систем термического дожигания:

• 1) без утилизации теплоты; преимуществом их являются низкие капиталовложения, а недостаток - высокие издержки при эксплуатации;
• 2) установки с частичным использованием теплоты очищенных газов;
• 3) установки с полным использованием теплоты.

Так, при производстве лакокрасочных покрытий наиболее широкое распространение согласно патентной литературе получили установки с использованием теплоты после сжигания паров растворителей непосредственно в сушильной установке

Котпрольпые вопросы

• 1. Какова суть процесса абсорбции загрязняющих веществ из газовых потоков? Приведите примеры.
• 2. Как происходит очистка газов от диоксида серы при использовании известнякового метода? Основные достоинства и недостатки этого метода.

• 3. Как происходит очистка газов от диоксида серы при использовании рекуперационных методов очистки газов? Приведите пример.
• 4. Как происходит очистка газов от диоксида серы с использованием извести?
• 5. Какова суть процесса некаталитического гомогенного восстановления оксидов азота с добавлением аммиака?
• 6. В чем заключается суть каталитических процессов очистки газов?
• 7. Как происходит обезвреживание отходящих газов от оксидов азота при использовании высокотемпературного каталитического восстановления?
• 8. Какова суть процесса селективного каталитического восстановления оксидов азота аммиаком?
• 9. Для каких отходящих газов используют высокотемпературное обезвреживание газов? Суть процесса, необходимые условия для проведения процесса обезвреживания.

Список источников

• 1. Рамм В.М. Абсорбция газов. - М.: Химия, 1966. - 768 с.
• 2. Иванов О.П., Коган Б.И., Быков А.П. Инженерная экология: учеб, пособие / подред. Б.И. Когана. - Новосибирск: Изд-во НГТУ. -Ч. 2,1995. - 143 с.
• 3. Родионов А.И., Клушин В.Н. Торочешников Н.С. Техника защиты окружающей среды: учебник дня вузов, 2-е изд., переработ. и доп. - М.: Химия,
• 1989. -512 с.
• 4. Реймере Н.Ф. Природопользование: словарь-справочник. - М.: Мысль,
• 1990. -637 с.
• 5. Защита атмосферы от промышленных загрязнений: справ, изд.: в 2 ч. Ч. 1: / под ред. С. Калверта, Г. Инглунда. -М.: Металлургия, 1988. - 760 с.
• 6. Шабельский В. А. и др. Защита окружающей среды при производстве лакокрасочных покрытий. - Л.: Химия, 1985. - 120 с.