Очистка газовоздушных выбросов от оксидов углерода

Генерация СО

Оксид углерода (СО) - высокотоксичный газ. без цвета и запаха, плохо растворим в воде, но растворяется в некоторых органических растворителях, например, в бензоле. Для оксида углерода установлены следующие предельно допустимые концентрации в воздухе: ПДКрз= 20 мг/м3, ПДКмр= 3 мг/м'3, ПДКСС= 1 мг/м3.

Оксид углерода образуется при неполном сгорании веществ, содержащих углерод. Он входит в состав газов, выделяющихся при выплавке и переработке чёрных и цветных металлов, выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания и т.д.

Оксид углерода можно получить при газификации угля, где СО является компонентом генераторного газа. Его получают продувкой воздуха через раскалённый кокс с получением смеси газа следующего состава: 25 % СО. 70 % N2, 4 % СО2, следы Н2, сн4, о2.

Имеются и другие методы получения СО. в том числе восстановление СО2 цинковой пылью

СО2 + Zn -> СО + ZnO (3.1)

или при нагревании углерода с карбонатом бария

С + ВаСОз -> ВаО + 2СО

(3-2)

Оксид углерода используют как высококалорийное газообразное топливо

СО + 0,5 О2—* СО2 + Q (3.3)

Удельная теплота сгорания Q = 13250 кДж/м3. Оксид углерода является важным сырьём для многих промышленных процессов, используется в синтезе, например, спиртов, углеводородов, альдегидов и карбоновых кислот, а также для восстановления некоторых оксидов металла.

Методы борьбы с выбросами СО

На ТЭС основным методом борьбы с СО является правильный режим сжигания топлив с соответствующим коэффициентом избытка воздуха (а = 1,05-1,1).

3.2.1. Абсорбционные методы

Существует несколько методов абсорбционной очистки газов от СО. Медно-аммиачную очистку проводят водно-аммиачными растворами закисных солей ацетата, формиата или карбоната меди. В результате образуются комплексные медно-аммиачные соединения оксида углерода

[Cu(NH3)m(H2O)n]++xNH3+yCO^ [Cu(NH3)m+x(CO)y(H2O)n]++Q (3.4)

Раствор имеет слабощелочной характер, поэтому одновременно поглощается и СО2 с образованием карбоната и бикарбоната аммония

  • 2NH4OH+CO2=(NH4)2CO3+H2O (3.5)
  • (NH4)2CO3+CO2+H2O=2NH4HCO3
  • (3.6)

Для глубокой очистки абсорбцию ведут при давлении Р = 11,8-3 1,4 МПа и температуре / = 20 °C, а регенерацию раствора осуществляют при температуре 80 °C и давлении 0,1 МПа.

Абсорбцию медьалюминийхлоридными растворами применяют при наличии в газе О2 и больших количеств СО. Процесс основан на химической абсорбции СО раствором смешанной соли тетрахлорида меди и алюминия в ароматических углеводородах с образованием комплекса. Сначала идёт образование комплекса абсорбента

CuCI + А1С13 + 2С6Н5СН3 -> (CuA1CI4)( С6Н5СН3)2 (3.7)

затем абсорбция СО

(СиА1С14)(СбН5СНз)2+СО->(СиА1С14)2СО+2С6Н5СН3 (3.8)

Другие газы СО2, О2, N2, Н2 не реагируют с комплексом, однако вода его разрушает с выделением HCI. Поэтому перед абсорбцией газ необходимо охладить.

В азотной промышленности используют метод промывки газа, содержащего оксид углерода, жидким азотом (физическая абсорбция). Наряду с СО поглощаются и другие газы. Процесс идет в три стадии: предварительное охлаждение и сушка исходного газа, глубокое охлаждение газов и частичная конденсация компонентов, отмывка газов от СО2, О2, и СН4. Абсорбцию проводят в тарельчатых колоннах при температуре -186 °C, жидкий азот поступает с установок разделения воздуха.

3.2.2. Каталитические методы

Это наиболее рациональные методы. Для каталитического процесса используют марганцовые, медно-хромовые и содержащие металлы платиновой группы катализаторы. На рис. 3.1 показана схема каталитического обезвреживания отходящих газов в производстве акриловой кислоты. ГВВ содержат: СО -2,3 %, об., пропилена - 0,5 %, об., пропана - 0,04 %, об., О2 -3,0 %, об., остальное - инертные газы. ГВВ подают в топку 2, нагревая газ до 220-250°С, далее газ поступает в реактор 3, работающий в адиабатических условиях и использующий шариковый катализатор марки ШПК-2 (0,2 % платины, нанесённой на оксид алюминия). Эффективность каталитического процесса т| = 98-99 %. Окисление ГВВ идет экзотермично, при этом газ сильно разогревается до температуры 700 °C, далее он поступает в котёл-у гилизатор 4, дающий перегретый водяной пар давлением Р = 4 МПа. Из котла-утилизатора с температурой 200°С газ направляется в трубу 6.

Схема каталитического обезвреживания отходящих газов с производства акриловой кислоты

Рис. 3.1. Схема каталитического обезвреживания отходящих газов с производства акриловой кислоты

Для санитарной очистки газов от СО и паров органики разработана другая установка (рис. 3.2). Газы от печей линий лакирования, кроме СО, содержат этилцеллюлозу, этанол, ксилол и другие углеводороды и нагреваются в теплообменнике 2. В каталитическом реакторе 3 происходит дополнительный нагрев газа при помощи сжигания топлива. Конверсия идёт на катализаторе марки НТК-4 при температуре 320^450 °C и объёмной скорости газа 16700 м’3/(м3ч). Газ после реактора отдает тепло в теплообменнике 2 и котле-утилизаторе 4, нагревая воду до 80-90 °C. Эффективность процесса составляет т] = 98 %.

Схема каталитического обезвреживания отходящих газов с линий лакирования

Рис. 3.2. Схема каталитического обезвреживания отходящих газов с линий лакирования

В черной металлургии из агломерационных цехов выходит газ, содержащий СО. Один цех выбрасывает 1 млн м3/ч газа из вакуум-камер агломерационных машин. Для очистки газовоздушных выбросов используются катализаторы, работающие при температуре 220-240 °C. Они должны обеспечивать конверсию СО не менее 70 % при больших расходах газа и его запылённости в присутствии каталитических ядов. Из-за наличия в газе SO2 марганцевый катализатор теряет активность за 3-4 часа. Предварительное удаление SO2 обеспечивает стабильную работу этого катализатора уже при температуре 150-180 °C, а при 220-240 °C эффективность улавливания СО увеличивается до 90-96 % при объёмной скорости 2000 м3/(м3-ч). Медно-хромовый катализатор

(содержит 50 % оксида меди и 10 % оксида хрома) при температуре 240 °C обеспечивает необходимую степень конверсии СО при более высоких объёмных скоростях газа до 20000 м3/(м3ч) и продолжительности работы до 120 часов. Однако при использовании этих катализаторов эффективность падает с увеличением объёмной скорости, уменьшением температуры и ростом концентрации СО.

Повышенной устойчивостью к катализаторным ядам характеризуются катализаторы, содержащие палладий и платину. Они работают от 6 до 12 месяцев.

Более высокую эффективность наблюдают при использовании катализатора с 0,3 % платины, нанесённой на гранулированный оксид алюминия. Катализатор работает 8000 часов при объемной скорости 100000 м3/(м3 ч). Схема процесса показана на рис. 3.3. Аглогазы делят на 2 части: один поток отводится от головных вакуум-камер 1, он менее нагрет до температуры 80 °C и содержит больше пыли. Этот поток очищают от пыли в батарейном циклоне 4 и выбрасывают в атмосферу. Второй поток ГВВ с температурой 300 °C и с меньшим содержанием пыли подают в реактор 5, очищают от СО, затем от пыли в рукавном фильтре 6 и выбрасывают в атмосферу.

Схема каталитического обезвреживания отходящих газов агломерационных агрегатов

Рис. 3.3. Схема каталитического обезвреживания отходящих газов агломерационных агрегатов

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >