16.2. Термічні методи знешкодження газоподібних сполук
Термічна обробка газоподібних сполук дозволяє проводити знешкодження промислових газових викидів, використовуючи термічні методи прямого і каталітичного спалювання. Метод прямого спалювання застосовують для знешкодження промислових газів, які містять органічні домішки, що легко окислюються, наприклад пари вуглеводнів. Продуктами згорання вуглеводнів є діоксид вуглецю і вода, а органічних сульфідів − діоксид сірки і вода.
Система, що містить токсичні речовини, може бути знешкоджена за допомогою термообробки, якщо реакції, які відбуваються в ній, приведуть до утворення менш токсичних компонентів.
Із усіх окислювальних процесів для термознешкодження придатні виключно реакції з киснем, оскільки за участю інших окислювачів принципово неможливо отримати нешкідливі продукти окислення. Тому далі під терміном “окислення” мається на увазі процес, окислювачем в якому служить кисень.
Газофазний процес термоокиснення здійснюють безпосередньою вогняною обробкою (спалюванням в полум’ї) газових викидів при температурах, що перевищують температуру займання горючих компонентів викидів.
Вогняною обробкою, як і термокаталітичним окисленням, принципово можливо знешкоджувати лише речовини, молекули яких не містять яких-небудь інших елементів, окрім водню Н2, вуглецю С і кисню О2. Шляхом спалювання можливе знешкодження перерахованих речовин в газоподібному, рідкому і твердому станах.
Забруднювачі, що містять які-небудь елементи, окрім Н, С і О − сірку S, фосфор Р, галогени, метали і ін., не можна подавати на термоокислювальну обробку, оскільки продукти згорання міститимуть високотоксичні сполуки. У реальних умовах і при спалюванні чисто органічних сполук не вдається забезпечити абсолютно повне окислення вихідних компонентів до практично нешкідливих вуглекислого газу СО2 і пари води Н2О. У димових газах завжди присутні оксид вуглецю СО і інші продукти хімічного недоспалювання (неповного окислення). Крім того, при підвищених температурах помітно прискорюється реакція окислення азоту, який поступає в зону горіння з паливом і повітрям. Деякі оксиди азоту шкідливо впливають на організм людини і навколишнє середовище.
Можливості термоокислювального методу знешкодження обмежуються також кількістю вихідних газів і вмістом в них горючих компонентів. Якщо концентрація горючих компонентів викидів не досягає нижньої межі займання (“бідні” пальним викиди), то їх вогняна обробка вимагає додаткової витрати палива на прогрівання викидів до температури самозаймання, яка для пари вуглеводнів і кисневих похідних вуглеводнів складає близько 500...750°С.
При виборі способів знешкодження орієнтовну кількість вихідних газів, “бідних” пальним, яка може бути піддана термоокислювальній обробці з прийнятною витратою палива, можна приймати не вище 1,5...2 м3/с.
Для великих джерел викидів з невисоким вмістом забруднювачів більш оптимальним рішенням є комбіноване двоступінчате очищення з попередньою концентрацією горючих компонентів до нижньої межі займання. Подальша вогняна обробка подібних викидів стає економічно прийнятною. Вплив горючих компонентів на параметри горіння стає помітним при концентраціях більше 50...100 мг/м3.
Гази спалюють на установках з відкритим факелом або в печах різних конструкцій. Пряме спалювання здійснюють при температурі 700...800°С з використанням газоподібного або рідкого палива. Для спалювання необхідний надлишок кисню на 10...15% більший стехіометричної кількості. Якщо теплоти згорання вуглеводнів досить, щоб теплота реакції перевищувала 1,9 Мдж/м3, гази також спалюють у факелі. Щоб полум’я факела було таким, що не коптить, додають воду у вигляді пари. В цьому випадку відбувається реакція водяної пари з вуглеводнями, що супроводжується утворенням водню і оксиду вуглецю. Кількість пари залежно від концентрації вуглеводнів коливається від 0,05 до 0,33 кг/кг.
Якщо концентрація горючих газів низька і тепла, що виділяється, недостатньо для реакції згорання, то гази заздалегідь підігрівають. На рис. 16.2, 16.3 і 16.4 показані різні схеми факельних установок. Установка, представлена на рис.16.2, працює при надлишковому тиску 0,15 МПа.
На рис. 16.3 показана установка для факельного спалювання газів, змонтована на технологічному апараті, на рис. 16.4 − установка для спалювання газів, що містять ацетилен. Горіння таких газів супроводжується утворенням значної кількості технічного вуглецю, тому передбачена подача пари в газовий потік. Для підпалу основного пальника у всіх установках передбачений черговий пальник, що працює на природному газі.
Рис. 16.2. Установка для факельного спалювання газоподібних відходів