8.2. Очистка оксида углерода каталитическим методом.

Для окисления оксида углерода используют марганцевые, медно-хромовые и содержащие металлы платиновой группы катализа­торы. В зависимости от состава отходящих газов в промышленности применяют различные технологические схемы очистки.

На рис. 26,а представлена схема установки каталитического обезвреживания отходящих газов в производстве нитрила акрило­вой кислоты. При синтезе этого продукта на основе аммиака и про­пилена технологические газы отмывают от нитрила акриловой кис­лоты водой. Поступающие со стадии абсорбции отходящие газы содер­жат, в % (об): оксида углерода — 2,3. пропилена — 0,5, пропана — 0,04, кислорода — до 3,0, инертные газы — остальное.

Для очистки их подают в топку-подогреватель, где нагревают до 220- 250°С (в зависимости от типа используемого катализатора) пу­тем сжигания вводимого в топку топливного газа в воздухе, нагнета­емом воздуходувкой. Расход воздуха рассчитан не только на сжига­ние топливного газа, но и на последующее каталитическое окисле­ние находящихся в газах оксида углерода и углеводородов. Смесь топочных и отходящих газов с воздухом направляют в работающий в адиабатических условиях реактор. Используется шариковый ката­лизатор ШПК-2, содержащий 0,2% платины, нанесенной на оксид алюминия. Степень очистки достигает 98-99%. Происходящие на катализаторе окислительные реакции экзотермичны, что приводит к сильному разогреву продуктов катализа. Конвертированные газы при температуре до 700°С передают в котел-утилизатор, обеспечиваю­щий производство перегретого до 380°С водяного пара под давлени­ем 4 МПа. Выходящие из котла-утилизатора обезвреженные газы при температуре около 200°С дымососом через дымовую трубу эвакуи­руют в атмосферу.

При обработке 60тыс м3/ч отходящих газов расход электроэнергии составляет 5000 кВт, производится пара 26,5 т/ч

Рис.26. Схема установки каталитического обезвреживания отходящих газов при производстве нитрила акриловой кислоты

8.3. Термическое обезвреживание

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.

Газовые выбросы, содержащие горючие компоненты, сильно раз­личаются для различных промышленных источников как по номен­клатуре подлежащих устранению компонентов, так и по числу пос­ледних, а также по теплоте сгорания и объемам, составляющим от десятков до сотен тысяч м³/ч. Способы газоочистки, основанные на высокотемпературном сжигании горючих примесей, широко исполь­зуют в лакокрасочных производствах, процессах получения ряда видов химической, электротехнической и электронной продукции, в пищевой индустрии, в типографском деле, при обезжиривании и ок­раске деталей и изделий и во многих других процессах.

Суть этих способов заключается в окислении обезвреживаемых компонентов кислородом. 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 в отходящих га­зах не выходит за пределы воспламенения. Процесс проводят в обыч­ных или усовершенствованных топочных устройствах, в промышлен­ных печах и топках котельных агрегатов, а также в открытых факелах. Принципиальные схемы термических нейтрализаторов для обезврежи­вания отходящих газов промышленности представлены на рис. 27.

Рис.27. Схемы термических нейтрализаторов промышленных газов отходов без теплообменника (а) и с теплообменником (б)

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 (табл. 15.) на 100-150°С.

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 3,35-3,77МДж/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 вызывает необходимость существенных затрат дополнительного топлива и утилизации тепла процесса сжигания прежде всего с целью сокращения этих затрат. Расход дополнительного топлива при сжи­гании таких газообразных отходов, нагретых до 50°С, составляет 25-40 кг условного топлива на 1000 м³ обрабатываемых газов.

Таблица. 15. Температуры самовоспламенения t_В наиболее распространенных горючих загрязнений отходящих газов промышленности

Вещество	tВ,°С	Вещество	tВ,°С	Вещество	tВ,°С
Аммиак	649	Метан	537	Фталевый ангидрид	584
Ацетон	538	Метиловый спирт	470	Фурфурол	393
Бензол	579	Метиловый эфир	350	Фурфуроловый спирт	490
Бутадиен	449	Метилэтилкетон	516	Хлорбензол	674
Бутиловый спирт	367	Нитробензол	496	Циклогексан	268
Винилацетат	426	Олеиновая кислота	363	Циклогексанон	495
Водород цианистый	538	Пропан	468	Эпихлоргидрин	410
Глицерин	393	Пропилен	504	Этан	510
Дибутилфталат	404	Сероводород	260	Этилацетат	486
Дихлорметан	640	Скипидар	253	Этидбензол	466
Дихлорэтилен	413	Стирол	491	Этилена оксид	430
Керосин	254	Толуол	552	Этиленгликоль	413
Крезол	559	Углерода оксид	652	Этиловый спирт	426
Ксилол	496	Фенол	715	Этиловый эфир	186

Для определения расхода дополнительного топлива g_Т,. (в кг/с) мож­но использовать уравнение:

(87)

где — расход воздуха (обезвреживаемого газа), кг/с; Н_т, Н_н — тепло­та сгорания соответственно топлива и нейтрализуемой смеси, кДж/кг; С’ — концентрация горючих примесей, кг/кг; с_р — теплоемкость воздуха (приравниваемая к теплоемкости газов), кДж/(кг.К); t₁ — температура воздуха (обезвреживаемого газа) на входе в регене­ратор. °С; t₃ — температура нейтрализации, °С; — степень регене­рации, определяемая выражением:

(88)

где t₂ — температура подогретого в регенераторе воздуха (обезвре­живаемого газа).

Степень нейтрализации обезвреженных газовых выбросов мо­жет быть оценена с использованием формулы:

(89)

где Ф_ВХ и Ф_УХ — суммарная токсичность соответственно подлежащих нейтрализации и нейтрализованных газовых выбросов, определяе­мая по выражению:

(90)

где Сi — концентрация токсичного компонента; Ki — коэффициент, характеризующий комбинированное действие данного вещества с ос­тальными токсичными компонентами (при аддитивности или сум­мировании 0<К<1 ; при независимом действии К=0; при синергизме или потенциировании К>1 ; при антагонизме К<0), подходы к оценке величины которого могут быть найдены в специальной литературе.