17 .6. Термическая нейтрализация вредных примесей

Например, для окисления углеводородов температурный режим дол­

жен соответствовать интервалу 500 ... 700°С. Окисление оксида уг­

лерода происходит при 680 ... 800°С, а запахи устраняются посредст­

вом окисления при температуре 480... 680°С.

Если отходящие газы имеют высокую температуру, то процесс

дожигания происходит в камере с добавлением свежего воздуха. На­

пример, дожигание оксида углерода в газах, удаляемых системой

вентиляции от электродуговых плавильных печей, а также дожига­

ние продуктов неполного сгорания (СО и CnHm) в автомобильных

двигателях непосредственно на выходе из цилиндров происходит в

условиях добавки избыточного воздуха.

В тех случаях, когда температура отходящих газов недостаточна

для протекания процесса окисления, поток отходящих газов подо­

гревают в теплообменнике, а затем пропускают через рабочую зону,

в которой сжигают природный или какой-либо другой высококало­ рийный газ. При этом горючие компоненты отходящих газов доводят

до температур, превышающих точки их самовоспламенения, и они

сгорают под действием кислорода, присутствующего в потоке за­ грязненного газа. При недостатке кислорода его вводят в поток от­ ходящих газов при помощи воздуходувки или эжектирования. В ка­ честве примера на рис. 17.28 схематично представлено простейшее

устройство, используемое для огневого обезвреживания технологи­

ческих и вентиляционных низкотемпературных выбросов.

Загрязненный отходящий газ через входной патрубок 1 и полость теплообменника-подогревателя 2 поступает в У-образную полость коллектора горелки 3. При этом горючие компоненты отходящих

газов доводят до необходимой температуры и сжигают в кислороде,

присутствующем в потоке загрязненного газа. Процесс догорания

происходит в камере смешения 4, где хвостовая часть факела кон­

тактирует с обезвреживаемыми выбросами при их турбулизации

"перегородками камеры. Вы­

низкая температура процесса, позволяющая сократить расходы на

изготовление камеры сжигания и избежать образования значитель­

ного количества оксидов азота.

Расчеты процессов термического окисления выполняются для

определения количества дополнительного газообразного топлива, которое требуется для достижения необходимой температуры газов, а также определения объема газообразных продуктов сгорания и объема камеры сгорания. Объемный расход дополнительного газо­

образного топлива Qnr> мз/с, зависит от количества теплоты qr, кДж/с, необходимого для повышения температуры обрабатываемо­

го газа от начальной температуры до температуры сгорания, а также

от теплотворной способности топлива q ~r, кДж/ мЗ:

Qnr= qг/q~r.

Оптимальная скорость газа, проходящего через сопло горелки,

обеспечивающая наиболее эффективное перемешивание продуктов

сгорания и загрязненного газа, должна составлять 4,5 ... 7,5 м/с.

Диаметр камеры сгорания определяют, исходя из необходимости

обеспечения достаточного времени пребывания и интенсивности

турбулентности. Для устройств термического окисления рациональ­

ное время пребывания газа в камере сгорания находится в пределах

0,3 ...0,9 С.

Каталитический метод используют для превращения токсич­

ных компонентов промышленных выбросов в вещества безвредные

или менее вредные для окружающей среды путем введения в систе­ му дополнительных веществ-катализаторов. Каталитические ме­ тоды основаны на взаимодействии удаляемых веществ с одним

из компонентов, присутствующих в очищаемом газе, или со спе­

циально добавляемым в смесь веществом. Катализатор, взаимо­ действуя с одним из реагирующих соединений, образует промеж­ уточное вещество, которое распадается с образованием продукта ре­

генерированного катализатора.

Каталитическое окисление выгодно отличается от термического

кратковременностью протекания процесса (иногда доли секунды),

что позволяет резко сократить габариты реактора. Кроме того, при пропускании газообразных отходов через слой катализатора темпе­

ратура, необходимая для осуществления реакции органических

газов и паров с кислородом, существенно снижена (до зооос) по

сравнению с температурой термического окисления. Каталитичес­

кий слой должен создавать умеренно низкий перепад давления, а также обеспечивать структурную целесообразность и долговечность

катализатора.

В большинстве случаев катализаторами могут быть металлы

(платина, палладий и другие благородные металлы) или их соедине­

ния (оксиды меди, марганца и т.п.). Катализаторная масса обычно

выполняется из шаров, колец, пластин или проволоки, свитой в спи­

раль из нихрома, никеля, оксида алюминия с нанесенными на их

поверхность (сотые доли процента массы катализатора) благород­

ных металлов. Например, катализаторы, разработанные в Дзержин­

чески полностью окислять примеси этилена, пропилена, бутана, про­

пана, ацетальдегида, спиртов (метилового, этилового, пропилового и др.), ацетона, этилацетона, бензола, толуола, ксилола и др., вы­

полнены в виде нихромовой проволоки диаметром 0,4 ...0,5 мм, сви­

той в спираль диаметром 4... 5 мм с нанесенным на ее поверхность

в виде активной пленки платины и палладия [3].

Каталитическая активность нарастает в зависимости от молеку­

лярного строения улавливаемыхсоединений. Осуществление ката­

литических процессов иногда затрудняется возможным отравлением

катализатора некоторыми примесями, содержащимиен в газовых вы­

бросах. Так, присутствие в обрабатываемом газе железа, свинца,

кремния и фосфора, а также соединений серы сокращает срок служ­ бы многих катализаторов или подавляют их активность. Возмож­ ность отравления существенно затрудняет выбор эффектив­ ных катализаторов для дожигания выбросов подвижных источ­ ников газообразных отходов.

Существенное влияние на скорость и эффективность ката­

литического процесса оказывает температура газа. Для каждой

реакции, протекающей в потоке газа, характерна так называемая ми­

нимальная температура начала реакции, ниже которой катализатор

не проявляет активности. Температура начала реакции зависит от природы и концентрации улавливаемых вредностей. С повышением температуры эффективность каталитического процесса увеличива­ ется. Например, метан начинает окисляться на поверхности катали­

затора, состоящего из 60% диоксида марганца и 40% оксида меди, только при температуре 320°С, а 97%-ное реагирование наблюдает­

ся при 450оС. Следует иметь в виду, что для каждого катализа­

тора максимальная рабочая температура составляет

800... 850°С. Превышение этого уровня приводит к снижению актив­ ности, а з<пем к разрушению катализатора. В табл. 17.14 приведены

значения оптимальной температуры окисления некоторых веществ

на катализаторах.

Газаочистные каталитические установки конструктивно выпол­

няются в виде:

•реакторов каталитических, в которых происходит контакт га­

зового потока с твердым катализатором, размещенным в отдельном

корпусе;

•реакторов термакаталитических - аппаратов, в которых в

общем корпусе размещены контактный узел и подогреватель.

Наиболее многочисленную группу современных аппаратов ката­

литического обезвреживания органических соединений и оксида уг­

лерода представляют термакаталитические реакторы очистки газов,

в которых рекуператор теплоты, подогреватель и контактный узел

размещены в одном корпусе. На рис. 17.29 представлен каталитичес­ кий реактор, разработанный Дзержинским филиалом НИИОГАЗ,

предназначенный для окисления толуола, содержащегося в газовоз­

душных выбросах цехов окраски. Воздух, содержащий примеси то­

луола, подогревается в межтрубном пространстве теплообменника­

рекуператора 1, откуда по переходным каналам поступает в подо­ греватель 4. Продукты сгорания природного газа, сжигаемого в го­

релках 5, смешиваются с воздухом, повышая его температуру до 250 ... 350°С, т.е. до уровня, обеспечивающего оптимальную скорость