8.3. Обезвреживание газообразных отходов

Очистка выбрасываемых в атмосферу газов от органических примесей может быть достигнута их сжиганием при высоких темпера­турах (1200-1300 К), однако такой способ требует больших затрат пер­вичного топлива, что особенно нерентабельно при обезвреживании газов с малым содержанием вредных веществ. В связи с этим получи­ла применение каталитическая очистка, осуществляемая при более низкой температуре (до 600-700 К). Рассмотрим примеры примене­ния такого метода для различных газовых выбросов.

Каталитическая очистка от органических веществ основана на катали­тическом окислении или восстановлении примесей. Активные компо­ненты катализаторов, используемых для очистки отходящих газов, мож­но разделить на три группы: благородные металлы; сплавы, оксидные системы. Они должны окислять более 90% (об.) СО и углеводородов в широком интервале температур (250-800°С) в присутствии воды (~15%) и не должны отравляться соединениями серы. Наиболее распро­странены платиновые катализаторы вследствие способности ускорять самые различные реакции превращения органических соединений в окислительных и восстановительных средах (окисление, гидрирование и т.д.). Для обезвреживания газов используются и более дешевые ката­лизаторы на основе оксидов неплатиновых металлов (Ni, Сu, Сr, Мn).

Очистка — дорогостоящий процесс в плане затрат на оборудование и энергию, огромная часть которой расходуется на прокачку газов че­рез систему. Так как зернистый слой катализатора обладает большим гидравлическим сопротивлением, в последнее время получили распространение катализаторы сотовой формы. Их сопротивление на порядок ниже, чем зернистого слоя, и, кроме того, в них лучше перерабатывать запыленный газ — в прямых каналах меньше задерживается пыль.

Наиболее часто применяется следующая принципиальная схема каталитической очистки

Принципиальные схемы каталитической очистки газов с рукуперативным теплообменником (а) и дополнительным подогревом

Очищаемые газы, пройдя от­бойники и циклоны для отделения конденсата и взвешенных частиц, захваченных газовым потоком, нагреваются в рекуперативном тепло­обменнике 2 до температуры реакции и направляют в реактор 7. Очи­щенные газы охлаждаются в теплообменнике 7 и выбрасывают в атмо­сферу. Автотермическое проведение процесса возможно при содержа­нии горючих примесей 5-10 г/м³ (адиабатический разогрев таких сме­сей ∆Т_ад =150÷300 град). При меньшем содержании окисляемых примесей разогрев в реакторе будет Небольшой, что приведет к уменьше­нию разности температур (движущей силы) в теплообменнике, равной ∆Т_ад т.е. к возрастанию капитальных затрат на увеличение поверхнос­ти теплообменника. Дополнительный подвод теплоты, осуществляе­мый, например, сжиганием топлива, что позволяет сэкономить на теплообменнике.

Абсорбционно-каталитическая очистка. Абсорбция остается эффек­тивным способом извлечения малых количеств примесей, но нако­пившиеся на сорбенте примеси тоже надо удалять. Обычно адсорбент заменяют на новый, а отработанный становится отходом, состоящим из накопленной примеси и собственно сорбента, и его тоже приходит­ся утилизировать. Абсорбционно-каталитический метод позволяет из­бежать дополнительных отходов.

Загрязненный газ пропускают через абсорбционный аппарат. По­сле завершения цикла абсорбции поглощенную примесь десорбируют, для чего насыщенный сорбент продувают нагретым воздухом. Выходя­щий газ направляют в реактор каталитической очистки. Если примесь имеет органическую природу, происходит ее глубокое окисление. Очи­стка небольшого Объема газа, Содержащего большое количество при­меси, — процесс более эффективный, нежели удаление малых коли­честв примеси из большого объема загрязненного газа, т.е. из первона­чальной смеси.

Технологическая схема подобного процесса для очистки отходяще­го газа от оксидов азота приведена на рисунке:

Отходящие газы

Горячий воздух

Схема адсорбционно-каталитической очистки газа от оксидов азота:

1 – абсорбер; 2 - реактор; 3 – подогреватель; 4 – смеситель; 5 – дымовая труба

Абсорбер 7 загружен цеолитом, на котором хорошо сорбируются оксиды азота при темпера­туре 295 К и давлении 0,1 МПа. После цикла адсорбции производится переключение адсорбера на режим прогрева и регенерации, который проводится обратной продувкой слоя цеолита воздухом при температу­ре 495К и давлении 0,1 МПа. Разогрев адсорбера осуществляется цир­кулирующим горячим воздухом. Газы регенерации через подогреватель 3 температурой 570К направляются в реактор 2. В смесителе 4 к газу добавляется подогретый аммиак, и на катализаторе оксиды азота вос­станавливаются до азота. После каталитической очистки газ, содержа­щий не более 0,005% оксидов азота, выбрасывается в атмосферу.

Приведенные примеры показывают применение методов химичес­кой технологии для очистки и обезвреживания отходов разного проис­хождения.

Библиографический список.

Основная

1. Бесков В.С. Общая химическая технология. – М.: ИКЦ “Академкнига”, 2005.

2. Игнатенков В.И., Бесков Б.С. Примеры и задачи по общей химической технологии. – М.: ИКЦ “Академкнига”, 2005.

3. Кондауров, Б.П. Общая химическая технология : учебное пособие для вузов / Б.П.Кондауров,В.И.Александров,А.В.Артемов .— М. : Академия, 2005 .— 336с.

Дополнительная

1. Ксензенко В.И. Общая химическая технология и основы промыщленной экологии. - М.:Колос С, 2003. – 328с.

2. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Альянс, 2005. – 753с.

3. Кутепов, А.М. Общая химическая технология : учебник для вузов / А.М.Кутепов,Т.И.Бондарева,М.Г.Беренгартен .— 2-е изд., испр. и доп. — М. : Высш. шк., 1990 .