Адсорбційно-абсорбційне очищення атмосферного повітря від парів формальдегіду

Очищення атмосферного повітря від токсичних парів формальдегіду, що виділяється при варінні сечовино-формальдегідних смол і приготуванні клеїв, застосуванні їх при склеюванні деревини та деревних матеріалів (виробництво меблів, фанери, деревостружкових і шаруватих пластиків), здійснюється комбінованим адсорбційно-абсорбційним методом. Для цього на промислових підприємствах застосовують спеціальні адсорбційно-абсорбційні установки, одна з яких наведена на рис. 4.8.

Опишемо принцип роботи установки. Повітря, забруднене формальдегідом, подається в адсорбер і знизу вгору через шари активованого вугілля, в результаті чого відбувається адсорбція (поглинання) парів формальдегіду. Процес адсорбції триває 30 хв, після чого вугілля автоматично висипається в реактор 3. У цей момент у реактор подається вода, а з мірника 2 — розчин аміаку. Вся суміш у реакторі перемішується спеціальним роторним механізмом, відбувається хімічна реакція

Рис. 4.8. Схема адсорбційно-абсорбційної установки для очищення повітря від парів формальдегіду: І — шеститарілчаста колонка; 2 — мірник аміаку; З — реактор; 4 — місткість; 5 — насос; 6 — збирач; 7 — вентилятор

Унаслідок реакції вловлений поглиначем формальдегід Н2СО під дією аміаку нейтралізується та переходить в уротропін (СН2)6^. Отже, досягається відповідне очищення повітря від формальдегіду та утворюється нова речовина — уротропін, сфера застосування якого досить різноманітна.

Термічна нейтралізація шкідливих газів, що викидаються в атмосферу

Розглядають три схеми термічної нейтралізації газових викидів в атмосферне повітря: пряме спалювання шкідливих речовин у полум'ї, термічне окислення та каталітичне спалювання. Пряме спалювання у полум'ї та термічне окислення здійснюють при температурах 600—800 °С, а каталітичне спалювання — при 250—450 °С. Вибір схеми нейтралізації визначається хімічним складом забруднюваних речовин, їхньою концентрацією, початковою температурою газових викидів, об'ємною витратою та гранично допустимими нормами викиду цих речовин.

Пряме спалювання слід використовувати тільки в тих випадках, коли відвідні гази забезпечують підведення значної частини енергії, необхідної для здійснення процесу. Однією з проблем, яка

ускладнює пряме спалювання, є висока температура (1300 °С), що може спричинити утворення шкідливих оксидів азоту.

Нині існує ряд конструктивних варіантів прямого спалювання шкідливих речовин у закритій камері. Основними вимогами до таких камер є високий ступінь турбулентності газоповітряного потоку та обмежений час перебування газу в камері — 0,2—0,7 с. Найбільш поширеною ділянкою застосування камерних доспалювачів з відкритим полум'ям є доспалювання органічних відходів від лакофарбових цехів машинобудівних і деревообробних підприємств, відвідних газів та оксидів азоту, що утворюються в процесі нітрування тощо.

На рис. 4.9 наведена схема установки очищення газових викидів лакофарбового виробництва.

Рис. 4.9. Схема установки для очищення газоподібних викидів лакофарбового виробництва

Установка — це циклонна топка з газовим пальником і камерою розведення газів після їхнього очищення. Опишемо принцип роботи установки. Повітря, забруднене токсичними газами органічних речовин (толуол, ксилол та ін.), подається у вихоровий двозонний пальник 2 каналом 6 і далі у внутрішню порожнину печі 4 через тангенціальні канали б. Природний газ подається у пальник через трубу 3. Час перебування газу в порожнині — не менше 0,5 с, і контакт з розжареними стінками камери забезпечує повноту їх згоряння. Атмосферне повітря подається через центральну трубу 1 пальника тільки при знешкодженні викидів з вмістом менше 15 % кисню. Запуск установки, виведення у робочий режим та його підтримка здійснюється за допомогою блоку автоматичного керування.

Термічне окислення застосовують тоді, коли температура викидних газів висока, але вони не містять достатньої кількості кисню, або коли недостатня концентрація горючих домішок для забезпечення підведення кількості тепла, необхідної для підтримування полум'я. Важливими факторами, що повинні враховуватися при проектуванні установок для термічного окислення, є час, температура та турбулентність.

Одна із найпростіших установок, що використовуються для вогневого знешкодження технологічних і вентиляційних низькотемпературних викидів, зображена на рис. 4.10. Установка працює таким чином. Забруднений викидний газ подається через вхідний патрубок 1 та порожнину теплообмінника-підігрівача З у У-подібну порожнину його колектора. При цьому горючі компоненти вихідних газів доводять до необхідної температури й спалюють у кисні, наявному у потоці забрудненого газу.

Рис. 4.10. Схема установки для вогневого знешкодження технологічних і вентиляційних викидів

Процес доспалювання відбувається у камері змішування 4, де хвостова частина факела контактує із знешкодженими викидами при їх турбулізації перегородками камери. Вихідні гази, що проходять через патрубок 5, викидаються в атмосферу або пропускаються через додатковий теплообмінник для рекуперації тепла гарячих газів.

Каталітичне очищення атмосферного повітря від викидів шкідливих газів

Каталітичне очищення ґрунтується на процесі знешкодження шкідливих домішок, зокрема метену, етилену, пропілену, пропану, ацетону, етилацетату, бензолу, ксилолу, толуолу та ін. Температура початку окислення на каталізаторах для різних речовин є неоднаковою (табл. 4.2).

Для кожного каталізатора існує граничний температурний рівень. Для багатьох каталізаторів максимальна робоча температура становить 800—850 °С.

В інженерній практиці нині відомі два конструктивні варіанти газоочисних каталітичних установок:

— каталітичні реактори, в яких здійснюється контакт газоповітряного потоку з твердим каталізатором, розташованим в окремому корпусі;

— термокаталітичні реактори (апарати), в яких у загальному корпусі розташовані контактний вузол і підігрівам.

Найпростішу конструкцію має каталітичний реактор уніфікованого збирального комплексу типу УКС-39, розроблений Мінським конструкторсько-технологічним інститутом (МКТЕІ). Це прямокутний зварений теплоізольований корпус, в якому одна із стінок знімна для забезпечення можливості монтажу (демонтажу) касети з каталізатором. Реактор призначений для обладнання в комплексі з електропідігрівачем і спеціальним крапельним теплообмінником сушарок фарбувальних ліній, що працюють на машинобудівних, меблевих, приладобудівних та інших промислових підприємствах.

На підприємствах машинобудівної, меблевої, текстильної та автомобільної промисловостей найбільш поширеними є термокаталітичні реактори, до складу яких входять реактор тепла, підігрівам і контактний вузол. На рис. 4.11 наведена схема каталітичного реактора, призначеного для очищення повітря від парів толуолу.

Рис. 4.11. Схема каталітичного реактора: 1 — теплообмінник-рекуператор; 2 — контактний пристрій; З — каталізатор; 4 — пальник; б — підігрівач

Опишемо принцип дії такого реактора. Забруднене толуолом повітря потрапляє в теплообмінник-рекуператор / для попереднього підігрівання, звідки через обхідний канал подається в підігрівач 5. Одночасно до пальника 4 подається природний газ, який згоряє. Продукти згоряння природного газу змішуються із загазованим повітрям, підвищуючи його температуру до 250—350 °С, тобто до такого рівня, при якому відбувається інтенсивна оксидація толуолу з утворенням нетоксичних продуктів — діоксиду вуглецю та водяної пари:

Процес хімічного перетворення відбувається на поверхні каталізатора 3, розташованого в контактному вузлі 2, Суміш повітря та продуктів хімічної реакції при температурі 350—450 °С подається у рекуператор 1, де віддає тепло забрудненій газоповітряній суміші, а потім після певного охолодження через канали виводиться в атмосферу в очищеному вигляді.

Перед початком каталітичного очищення повітря від будь-яких газів досить важливим є визначення необхідної товщини каталізатора

де Qn - - витрата повітря, м3/с; с, - - концентрація шкідливих речовин у повітрі до очищення, моль/м3; с2 — концентрація шкідливих речовин у повітрі після очищення, моль/м3; Sk — площа шару каталізатора, м2; опп — насичена густина каталізатора, кг/м8; Snn — питома поверхня каталізатора кг/м8; wt — швидкість гетерогенної каталітичної реакції, моль/(м2 х с).

Ефективність очищення каталітичного реактора становить 0,96—0,98 при витраті природного газу 3,5—4,0 м3 на 1000 м* очищеного повітря. Гідравлічний опір реактора при номінальному навантаженні (800—900 м3/год) не перевищує 150—180 Па. Швидкість процесу каталітичного очищення знаходиться в межах від 8000 до 10 000 об'ємів на об'єм каталітичної маси в годину.

Каталітичні методи очищення широко застосовують і для нейтралізації вихлопних газів автотранспортних засобів.