Меню Рубрики

Установка каталитического обезвреживания газовых выбросов

Установка каталитического обезвреживания газовых выбросов

На многих промышленных предприятиях, в результате проведения технологического процесса, происходит выброс в атмосферу большого количества вредных веществ. Чаще всего эти выбросы содержат: монооксид и диоксид азота, монооксид углерода (угарный газ), органические вещества, которые делятся на:

• летучие органические соединения, в т.ч. продукты неполного сгорания топлива,

• стиролы, альдегиды, кетоны (выбросы предприятий производящих полимеры),

• растворители — спирты, эфиры (в т.ч. ацетаты), толуол и другие производные бензола.

Основными источниками загрязнения воздушного бассейна являются: предприятия органического синтеза, производители каучука, резинотехнических изделий, обуви, предприятия производящие и потребляющие полимеры и смолы, предприятия производящие и потребляющие лаки, краски и органические растворители (кабельная, мебельная промышленность, полиграфия), дизельные установки, ТЭЦ и котельные и др.

Наиболее эффективные способы очистки газовых выбросов в атмосферу от вредных веществ основаны на использовании каталитических технологий, в которых процесс очистки ведется на катализаторах. Наилучшими катализаторами являются композиции на основе благородных металлов, особенно платиновых.

Суть процесса очистки газовых выбросов заключается в том, что на катализаторе происходит окислительное или восстановительное разложение токсичных примесей до безвредных — воды, азота, диоксида углерода.

Органические примеси газовых выбросов и оксид углерода, как правило, в результате каталитического окисления разлагаются до воды и диоксида углерода.

Оксиды азота, наоборот, восстанавливаются до азота.

Существуют более сложные каталитические системы, в состав которых входит не один, а несколько благородных металлов, позволяющие одновременно вести процессы окисления и восстановления. Такие катализаторы применяются для очистки газовых выбросов, содержащих сложные смеси токсичных примесей.

Несмотря на относительно высокие первоначальные затраты, каталитический способ очистки имеет много преимуществ, в том числе и по сравнению с термическим дожиганием (способ, применяемый для органических примесей). Во — первых, экономичность в эксплуатации:

• рабочая температура каталитического процесса существенно ниже температуры термического дожигания,

• более мягкие условия эксплуатации оборудования, и как следствие более длительный срок его службы,

• многолетняя устойчивость катализатора (зафиксирована работа катализатора очистки вентиляционных выбросов в цехе участка покрытия лаком эмальпровода (очистка от паров растворителя) в течении 28 лет),

• возможность регенерации катализатора,

• возможность переработки катализатора с целью извлечения драгоценных металлов.

Во — вторых, использование каталитических технологий позволяет проводить очистку газовых выбросов с низкой концентрацией вредных веществ (порядка 50 ppm), что невозможно при использовании термических методов. Кроме того, устойчивая работа катализаторов и надежность каталитических установок проверены многими годами эксплуатации.

Принципиальное описание работы установки каталитической очитки газовых выбросов:

Отходящие технологические газы, загрязненные оксидами азота, углерода, парами органических веществ и др. при помощи вентиляционной установки направляются, через теплообменник и камеру сгорания в блок каталитической очистки. Теплообменник и камера сгорания необходимы для нагрева технологического газа до температуры начала каталитической реакции. Блок каталитической очистки представляет собой цилиндрический аппарат емкостного типа, раз-деленным на три секции стальными газопроницаемыми сетками, на которых слоем (0,05 — 0,1) м насыпан катализатор. Технологический газ очищается от токсических примесей в результате протекания реакций каталитического окисления или восстановления после чего через межтрубное пространство теплообменника сбрасывается в атмосферу.

Весь технологический процесс, в случае необходимости, оснащается устройствами автоматизированного управления (контроля температуры потока, его скорости, температуры подогрева и т.д.)

Учитывая возрастающие масштабы загрязнения окружающей среды и высокую эффективность каталитических технологий при очистке промышленных газовых выбросов от вредных веществ приоритетным направлением деятельности Редкинского катализаторного завода (РКЗ) в последние годы становится разработка и производство катализаторов очистки газов.

Созданный в 1955 году РКЗ к настоящему времени вырос в крупное катализаторное производство, оснащенное современными технологиями и располагающее штатом высококлассных специалистов.

За истекшие годы на заводе были разработаны и выпущены десятки различных высокоэффективных катализаторов газоочистки, в том числе и комплексного действия (т.е. очистка от нескольких компонентов). Завод занимает твердые позиции на рынке катализаторов очистки газов, поставляя свою продукцию крупнейшим предприятиями России — «Рудгормаш» г. Воронеж, «Уралкалий» Березники, «Северсталь» г. Череповец, Уфимскому НПЗ, «Пластик» г. Сызрань, — и других стран, в том числе Казахстана («Казцинк» г. Усть-Каменогорск).

По итогам конкурса, проведенного в Москве в 1997 г., катализаторы очистки выхлопных газов автомобилей, представленные РКЗ, были признаны лучшими, и крупная партия была изготовлена для оснащения автотранспорта г. Москвы.

В данной статье вниманию читателей предлагается описание конкретного примера каталитической технологии обезвреживания выбросов, многие годы применяемой на нефтеперерабатывающем заводе в Уфе (Уфимский НПЗ).

На установке производится каталитическая очистка перед выбросом в атмосферу воздуха, поступающего с башен гранулирования дифенилолпропана.

Дифенилолпропан (ДФП) — это полупродукт для производства эпоксидных и фенольных смол, антиоксидантов, гербицидов.

ДФП — сильный яд, поражающий в первую очередь дыхательную систему. Отравление ДФП приводит к изменениям в бронхах, пневмонии, отеку легких. В дальнейшем, происходят нарушения функции печени и почек. Газовые выбросы производства ДФП содержат ряд его изомеров и фенол, которые являются еще большими ядами.

Читайте также:  Установка бортового компьютера multitronics comfort x11

Общее содержание ДФП и его изомеров в воздухе, направляемом на очистку после аппаратов гранулирования, достигает — 300 мг/м 3 .

Выбрасываемый в атмосферу воздух должен быть очищен до уровня ПДК, составляющего 5 мг/м3 .

Обезвреживание газового выброса производится по технологии каталитического окисления — «дожига» органических веществ в воздушном потоке на слое катализатора.

Поступающий на очистку воздух содержит пыль и пары ДФП, его изомеров, фенолов.

Воздушный поток перед каталитическим реактором разделяется на три части и подогревается до температуры 190ОС.

Нагрев ведется паром 30 атм. в кожухотрубных теплообменниках диаметром 0,75 и высотой 3 метра. Расчетная площадь теплообменников 83,5 кв.м.

После подогревателей воздух подается в реактор каталитической очистки.

Реактор представляет собой аппарат диаметром 4,2 м, и высотой 5,1м.

Общий расход газа через реактор 50 000 м 3 /час.

Подача газа производится в верхнюю часть реактора тремя потоками, направленными по нормали к окружности. Такая подача обеспечивает качественное смешение газа перед слоем катализатора.

Катализатор расположен на полке в центральной части аппарата. Высота слоя катализатора 500 мм. Общий вес загрузки 4 тонны.

Под катализатором находится слой камня — голышника, служащего для придания системе инерционности к колебанию параметров процесса — прежде всего температуры.

Температура слоя катализатора составляет 200 О С, и её колебания не превышают +/- 2 О С.

В реакторе предусмотрена подпитка газового потока атмосферным воздухом.

Продуктами каталитического дожига (окисления) являются пары воды и углекислый газ. Содержание СО не превышает ПДК.

Контроль полноты очистки ведется в цеховой лаборатории по анализу проб выбрасываемого воздуха.

Главными особенностями работы описываемой установки обезвреживания является следующее:

• Обезвреживаемые дифенилолпропан (ДФП) и его изомеры находятся в воздухе не в газообразном виде, а в виде пыли и, частично, капель.

• Процесс проводится при относительно невысоких температурах (200 О С), что обеспечивает его невысокую энергоемкость.

• Значительные объемные расходы воздуха, поступающего на очистку, требуют высокой активности катализатора, в сочетании с его прочностью и износостойкостью.

Все вышеперечисленные условия предъявляют особые требования к выбору катализатору.

На данной установке, стабильное и производительное проведение процесса обеспечивает катализатор марки ШПК-05.

Этот катализатор, Редкинского завода (РКЗ), производится на основе специального шарикового носителя из активной окиси алюминия.

Катализатор ШПК-0,5 представляет собой гранулы сферической формы диаметром 4 мм с нанесенным слоем активного компонента — палладия. Содержание драгоценного металла (Рd) — 0,5%. Насыпная плотность катализатора 0.8 кг/дм3.

Производительность катализатора — или его «активность», связаны не только с наличием в его составе палладия, но и высокой удельной поверхностью, равной 120-140 м2/ на грамм. При этом катализатор сохраняет прекрасные механические свойства: износостойкость не менее 95% и прочность не менее 50 кг/см2. Благодаря своим эксплуатационным качествам, катализатор обеспечивает стабильную работу установки очистки в течение не менее 2 лет.

Описанный выше пример конкретного применения каталитической очистки выбросов от токсичных органических веществ на Уфимском НПЗ не уникален.

Технология «каталитического дожига» является достаточно универсальной для решения экологических задач многих предприятий, имеющих схожие загрязнения. Она прошла многолетнюю проверку практикой, и может быть использована на самых различных предприятиях для очистки от разнообразных органических веществ.

Следующим примером использования подобной технологии являлась установка французской фирмы «Окси -Франс» работавшая на ОАО «Пластик» в городе Сызрань. Установка была запущена в 1975 году и предназначалась для очистки паро-воздушной смеси (ПВС) от содержащихся в ней органических растворителей. ПВС аспирировалась от участков приготовления полимерного матирующего лака и красок от печатно-лакировочной машины отделения нанесения печати. Все указанные участки относятся к производству пленок на основе поливинилхлорида и его смесей с АБС-пластиком.

Паро-воздушная смесь с температурой 25-30 о С, содержащая пары растворителей (метилэтилкетон, циклогексанон, бутан-2-он) с помощью вентилятора подается в нагревательную камеру, температура в которой поддерживается за счет сжигания смеси пропан-бутан. В камере ПВС нагревается до 550 о С и поступает в каталитический реактор, где в слое катализатора происходит интенсивное окисление паров растворителя. Каталитический реактор имеет 4 секции, куда загружается 2 тонны катализатора. Производительность установки 25000 м 3 /час. Очищенный горячий воздух поступает в рекуператор тепла, где температура снижается до 300 о С. Далее в дымовую трубу высотой 40м, после чего рассеивается в атмосфере.

Первоначально в установке использовался катализатор «Окси-Франс», который в 1983 году был заменен на отечественный аналог П-4, производства Редкинского завода. Данный катализатор превосходил зарубежный по целому ряду параметров, в том числе и по степени очистки ПВС. Так средняя степень очистки по метилэтилкетону возросла на 12%, а по циклогексанону на 7% и составила 90-95%.

Катализатор П-4 представляет собой гранулы сферической формы диаметром 4 мм с нанесенным слоем активных компонентов — палладия, хрома и меди. Содержание драгоценного металла (Рd) — 0,05%.

Читайте также:  Установка вентиляционного дефлектора на кровле здания

Насыпная плотность катализатора 0.8 кг/дм 3 .

Активность катализатора, так же как и в случае ШПК-05, объясняется с наличием в его составе палладия и других металлов, а так же высокой удельной поверхностью, равной 120-140 м 2 / на грамм.

При этом катализатор имеет прекрасные механические свойства: износостойкость не менее 95% и прочность не менее 50 кг/см 2 , что обеспечивает стабильную работу установки очистки в течение не менее 2 лет.

К сожалению, данная установка в настоящее время не используется. Это связано с очень большим потреблением топлива. Несмотря на проведенную модернизацию: изменение конструкции горелки, увеличение толщины футеровки в печи, изменение конструкции топочного устройства, узла сжигания и др, удельный расход газового топлива составляет 4,4 кг/1000м 3 ПВС.

Тарарыкин А.Г., Кузнецова С.Ю.

ЗАО «Редкинский катализаторный завод», Тверь, Россия

ОАО «Уфимский нефтеперерабатывающий завод» Уфа, Россия

ОАО «Пластик», Сызрань, Россия

19.04.2011 Продаем скипидар Нижний Новгород

19.04.2011 Продаем растворители Нижний Новгород

источник

Каталитическая очистка газовых выбросов: методы и технологии

Каталитическая очистка газовых выбросов, неизбежно сопровождающих многие производственные процессы, является одним наиболее эффективных методов химического обезвреживания содержащихся в них вредных веществ. Суть каталитических методов очистки газовых выбросов заключается в реализации химических взаимодействий, приводящих к конверсии подлежащих обезвреживанию вредных веществ в другие, без- или маловредные, в присутствии специальных катализаторов.

К числу загрязняющих атмосферный воздух вредных веществ относятся не только многочисленные летучие органические соединения (ЛОС) образующиеся в процессе функционирования различных промышленных производств, например, химических и нефтехимических, но и дурнопахнущие, выделяемые, например городскими очистными сооружениями, а также загрязняющие вещества, входящие в состав газовых выбросов, производимых промышленным оборудованием, работающим на двигателях внутреннего сгорания.

На законодательном уровне утверждены нормы, призванные обеспечить уменьшение выбросов вредных веществ в атмосферный воздух.

Решения для промышленности: каталитические методы очистки газовых выбросов

Известно несколько разновидностей каталитических методов очистки, отличающихся по механизму, природе используемых катализаторов и применяемых в зависимости от типа преобладающего вредного вещества в газовых выбросах производства: пиролюзитный, озонокаталитический, жидкостно-контактный и радикально-каталитический.

Для снижения выбросов в атмосферу вредных веществ, содержащихся в промышленных выбросах, например, металлургических производств, а это в основном NOx, могут быть использованы как первичные, так и вторичные меры.

Первичные меры направлены на предотвращение образования вредных веществ на этапе подготовки производства (использование новых современных технологий, переход на альтернативные расходные материалы и энергоносители), они достаточно эффективны, но весьма затратны.

Вторичные меры включает удаление вредных веществ путем очистки газовых выбросов, образующихся на различных стадиях производства. Использование этих мер не требует каких-либо структурных изменений и не влияет на ход принятого технологического процесса производства продукции.

При выборе подходящих мер, как правило обращают внимание на экологический и экономический аспект, то есть, будут ли инвестиционные затраты, связанные с сокращением выбросов вредных веществ, адекватны прибыли от производства. На рынке представлен широкий спектр оборудования, реализующего различные методы каталитической очистки газовых выбросов, которые позволяют эффективно уменьшить концентрацию выбрасываемых вредных веществ.

В зависимости от объема производства и финансовых возможностей компании предприниматель должен решить, может ли он использовать вторичные меры – каталитические методы очистки газовых выбросов, или использовать первичные меры, при которых он будет использовать возобновляемые энергоресурсы и не столкнется с проблемой управления отходами.

Для минимизации концентрации вредных веществ в газовых выбросах могут быть использованы различные химические реакции, такие как абсорбция и адсорбция, а также каталитическое восстановление и каталитическое окисление.

Промышленные каталитические нейтрализаторы

Каталитический нейтрализатор, представляющий собой систему очистки отработавших газов, установленный на генераторной станции, специальной технике обеспечивает степень очистки отработавших газов ДВС:

  • по оксиду углерода (CO) – 90-97%;
  • по углеводородам (CH) – 85-95%;
  • по оксидам азота (NOx) – 65-95%;
  • по содержанию твердых частиц (саже, РМ) – 85-95%.

Система очистки отработавших (выхлопных) газов может состоять из трех последовательных ступеней, в зависимости от требований производства:

Сажевый фильтр.

Мелкие частицы сажи, образующиеся в двигателе внутреннего сгорания, могут оказывать канцерогенное действие, если они прикрепляются к легочной ткани. Волокнистый сажевый фильтр может фильтровать мелкие частицы отработавших газов. Частицы сгорают при рабочей температуре внутри системы на пропитанной катализатором поверхности волокна.

Сажа, осаждаемая на фильтре, состоит в основном из частиц углерода (C) и углеводородов. Существует два основных метода удаления частиц:

1. сгорание с кислородом (O2): [C] + O2 → CO 2 2. сгорание с диоксидом азота (NO2): [C] + NO2 → CO2 + NO

Характеристики двух разных методов отражены в таблице:

Регенерация на основе O2 Регенерация на основе NO2 Температура, необходимая для регенерации Требуется температура около 600 °C (или 400 °C с топливным катализатором). Реакция происходит от 250 °С. Используемый газ O2 в потоке выхлопных газов. NO2 должен быть воспроизведен из NO в потоке выхлопных газов.

Читайте также:  Установка и настройка опен сервер

Оборудование для селективного каталитического восстановления оксидов азота (NOx).

Этот процесс используется для уменьшения оксидов азота, образующихся во время процесса сгорания углеводородного топлива, сопровождающегося выделением энергии. NO (оксид азота) представляет собой бесцветный газ, который окисляется в воздухе с образованием NO2 (диоксид азота). В высоких концентратах он вызывает симптомы паралича нервной системы. NO2 — красно-коричневый газ с резким запахом. Под воздействием солнечного света и углеводородами, образует смог. Оксиды азота восстанавливаются в кислородсодержащих выхлопных газах с помощью процесса SCR (Selective Catalytic Reduction, селективное/выборочное каталитическое восстановление). Отработавший газ, обработанный дозированным реагентом мочевины, проходит через тонкостенные сотовые преобразователи, восстанавливая оксиды до воды и азота. Процесс с мочевиной – выгодная альтернатива аммиаку в качестве реагента для снижения уровня отравляющих веществ в выхлопных газах двигателя. По сравнению с аналогом реагент обладает значительными преимуществами в отношении транспортировки, хранения и обработки, при этом она значительно дешевле.

Оборудование для каталитического окисления СО и несгоревших углеводородов.

Этот процесс используется для снижения уровня окиси углерода и несгоревших углеводородов в выхлопных газах. Это достигается путем каталитического окисления. Такой катализатор может быть установлен после стадии SCR. Несгоревшие углеводороды могут быть обнаружены в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания. Такие выхлопные газы содержат различные вещества с различными свойствами:

Насыщенные углеводороды (парафины) практически не имеют запаха и могут оказывать слабое наркотическое действие.

Ненасыщенные углеводороды (олефины, ацетилены) – одна из составляющих городского смога.

Ароматические углеводороды представляют собой нервно-паралитические яды с наркотическим эффектом, а некоторые служат канцерогенными альдегидами с резким запахом и даже в низких концентрациях сильно раздражают слизистые глаз и носа.

Системы очистки выхлопных газов могут быть установлены как на стационарном, так и на мобильном оборудовании на первичных двигателях внутреннего сгорания, работающих на газе и жидком топливе.

Реверсивный метод каталитической очистки газа

Среди каталитического дожигания можно выделить реверсивный метод каталитической очистки газа, который благодаря низкому энергопотреблению особенно подходит для очистки газов от органических загрязнителей, выбрасываемых промышленностью в атмосферу. Установки обратного типа изготавливаются в соответствии с типовой серией с диапазоном производительности от 300 до 15 000 м3/ч для концентраций органических соединений от нескольких сотен мг до нескольких грамм на м3.

Эффективность очистки зависит от типа загрязнения и составляет до 98%. При концентрациях органических соединений выше 0,7 г/м3 установка работает автотермически (без затрат энергии для нагрева реактора). Побочные продукты – азот и вода нейтральны для окружающей среды. Способ более экономичен, чем термическое сгорание, так как работает при более низких температурах. Недостаток – высокие затраты на внедрения по причине стоимости каталитически активных металлов.

Особенности эксплуатации каталитических нейтрализаторов

Каталитический нейтрализатор использует каталитическое химическое преобразование для преобразования оксида углерода (CO) и несгоревших углеводородов (CH) в нетоксичный диоксид углерода и воду. Это преобразование осуществляется на металлической сотовой подложке, покрытой активным каталитическим материалом. Катализатор способен обеспечить степень очистки загрязняющих веществ – до 90% при оптимальной рабочей температуре от 250°C.

  • Сфера применения.
    Катализатор подходит для любых дизельных двигателей, использующихся на такой технике, как генераторные агрегаты с первичной мощностью или резервные генераторы, землеройное и погрузочно-разгрузочное оборудование (спецтехника, погрузчики). В частности, катализаторные установки применяют для оснащения техники, используемой в ограниченном пространстве, таком как туннели, склады и шахты.
  • Установка.
    Важно монтировать узел как можно ближе к выпускному коллектору двигателя. Для обеспечения максимальной каталитической эффективности катализатора требуется достаточно высокая температура.
  • Срок эксплуатации.
    В основе работы каталитического нейтрализатора лежит осуществление каталитической реакции, следовательно, срок службы катализатора теоретически не ограничен. Узел может выйти из строя в результате ошибок при эксплуатации (повышенная вибрация двигателя, погрешности монтажа, абразивное воздействие выхлопных газов).

Решения от ЭКОЭНЕРГОТЕХ

Компания «ЭКОЭНЕРГОТЕХ» стремится привлечь внимание к проблеме попадания в атмосферу в составе промышленных газов вредных веществ, таких как угарный газ, NOx, SOx, твердые частицы и углеводороды. В соответствии с требованиями законодательства владельцы предприятий будут вынуждены применять решения для сокращения выбросов. Это могут быть операции, как конструктивного характера, так и внедрение методов каталитической очистки. В каталоге предприятия вы найдете проекты различных установок позволяющих добиться снижения выбросов токсичных соединений и СО2 и адаптироваться к требованиям действующих экологических норм и условий. Мы поможем вам внедрить на производстве очистные системы в соответствии с представленными требованиями.

Другие статьи

Нововведения в природоохранном законодательстве: минимизация выбросов промышленных газов

В статье 18 Федерального конституционного закона от 17.12.1997 N 2-ФКЗ определены полномочия в сфере природопользования и охраны окружающей среды Правительства Российской Федерации, которое не только обеспечивает проведение единой государственной политики

источник

Добавить комментарий