Термическая нейтрализация газов реферат

Обновлено: 05.07.2024

Если загрязняющие вещества легко окисляются, как, например, пары углеводородов в отходящих газах цехов растворителей или красок, то их удаление может быть осуществлено путем сжигания газов, причем образуются диоксид углерода и вода при сжигании углеводородов, или диоксид серы и вода — в случае органических сульфидов.

— отсутствие шламового хозяйства;

— возможность полной автоматизации;

— относительно низкая стоимость очистки.

— при сжигании могут образовываться продукты реакции, во много раз превышающие по токсичности исходный газовый выброс (это касается галогенов, фосфора и серы);

— необходимость учитывать, что смесь горючих веществ с кислородом образуют взрывоопасные смеси (концентрация горючих веществ в смеси должна составлять не более 25% от нижнего предела взрываемости);

— необходимо учитывать наличие в выбросах смолы и горючих пылей, которые при транспортировке могут откладываться в местах резкого изменения направления движения, что приводит к их воспламенению при аварийной ситуации.

К оборудованию термического обезвреживания выбросов предъявляют следующие требования:

Рис. 6.15. Печь для обезвреживания фенолсодержащих веществ: 1 — горелка; 2 — топка; 3 — взрывной клапан; 4 — поворотный клапан; 5 — сотовые перегородки; 6 — дымовая труба; 7 — газоход; 8 — камера смешения; 9 — окно; 10 — перегородка

— полнота сгорания, предотвращающая образование других вредных промежуточных и конечных продуктов;

— стабильность технологического процесса горения при изменении расхода и состава сбрасываемых газов; взрывобезопасность; шумность и яркость должна быть в пределах санитарных норм.

В зависимости от условий сжигания и технологического оформления процесса применяют два метода термического обезвреживания: в факельных устройствах и в печах (топках) различной конструкции.

Сжигание в печах (в замкнутом пространстве) используют если содержание сжигаемых примесей в газах недостаточно (малая теплотворная способность газового потока). При этом приходится либо добавлять топливо, либо, предварительно нагревать газовый поток до температуры сгорания.

Аппараты термического обезвреживания в топках подразделяются на следующие группы: камерные печи; печи с использованием циклонного принципа смешения газов; печи со струйным смешением газов; системы обезвреживания выбросов в технологических топках; регенеративные установки термического обезвреживания выбросов; комбинированные установки обезвреживания выбросов.

Камерные печи (рис. 6.15) обычно подразделены на две камеры: камеру горения и камеру смешения, которая переходит в дымоход. Несмотря на значительное время пребывания газов в печи (до 3,5 с), обусловленное ее большими габаритами, и довольно высокую температуру (более 850 градусов) в печи не достигается необходимая степень обезвреживания.

Процесс термического обезвреживания кислородсодержащих выбросов в ряде случаев целесообразно проводить в топках котельных и других технологических агрегатах путем подачи выброса в качестве окислителя. При этом выбросы могут подаваться непосредственно в горелки котла или зону горения. Недостающее количество воздуха, необходимое для полного горения топлива, добавляют к выбросу до его подачи в технологический агрегат. При этом может происходить ускоренная коррозия и некоторое снижение КПД котлов. Однако, последнее может компенсироваться дополнительным теплом от сжигания СО. К технологическим агрегатам, где возможно это использовать относятся котлы ТЭЦ.

Наиболее экономичными и перспективными для термического обезвреживания газов являются печи с использованием регенеративных теплообменников. Такие печи состоят из камеры горения и двух или нескольких слоев регенеративной насадки 4. За счет реверсивного движения обезвреживаемых газов через аппарат (клапан 1, патрубки 2 и 3) слои насадки обеспечивают утилизацию тепла с помощью насадки, которая, нагреваясь продуктами горения, отдает аккумулированное тепло обезвреживаемому газу (рис. 6.16).

При сжигании на факельных установках используется газообразное или жидкое топливо. При этом необходим избыток кислорода на 10–15% больше стехиометрического количества. Обычно на факельных установках сжигают попутные газы, метан, пропан и других углеводороды. Оборудование для сжигания в этом случае включает горелку, установленную на стальной трубе, по которой идет газ. Чтобы пламя факела было некоптящим (при сжигании углеводородов с низким соотношением углерод — водород), добавляют воду в виде пара. При этом происходит реакция водяного пара с углеводородами с образованием водорода и СО.

В зависимости от характера сжигания факельные установки подразделяют на три типа: факелы, в которых сжигаемый газ и воздух предварительно смешиваются вне зоны горения; факелы, в которых кислород соединяется с сжигаемым газом в момент горения; комбинированные факелы, в которых часть кислорода предварительно смешивается с горючим газом, а недостающий кислород поступает из окружающей среды.

Рис. 6.16. Устройство для технического дожигания отбросных газов с вертикально расположенными насадками: 1 — клапаны; 2, 3 — патрубки; 4 — насадка; 5 — камера; 6 — теплоизолированный корпус; 7 — перегородки; 8 — смесительные каналы; 9 — горелки; 10 — окна

По способу расположения факельной горелки установки могут быть высотными и наземными. В высотных установках горелка расположена в верхней части факельной трубы и продукты сгорания непосредственно поступают в атмосферу. В наземных установках горелка расположена на небольшом расстоянии от земли, а продукты сгорания отводятся в атмосферу через дымовую трубу.

В зависимости от давления установки подразделяют на установки низкого (до 0,2 мПа) и высокого (выше 0,2 мПа) давления.

По периодичности работы они могут быть периодического и постоянного действия, а по месту расположения — отдельно стоящие и размещенные на технических установках.

В зависимости от состава газов, поступающих на сжигание, установки подразделяют на сухие и мокрые. Мокрые предназначены для сжигания газов, содержащих водяные пары и тяжелые углеводороды, а сухая — для сжигания сухих паров углеводородов с молекулярной массой менее 45 при температуре 0°.

Рис. 6.17. Устройство факельной установки: 1 — сепаратор; 2 — факельная труба; 3 — дежурные горелки; 4 — запальные горелки; 5 — гидрозатвор

На рис. 6.17 показан один из вариантов факельной установки. Сбрасываемые газы направляются через сепаратор 1 на сжигание в факельную трубу 2. Конденсат из сепаратора возвращают в производство или сливают в канализацию через гидрозатвор 5. Факельную трубу оснащают дежурными 3 и запальными горелками 4, к которым подводится природный газ. При такой схеме факельная труба может быть смонтирована отдельно или на технологической установке.

Рис.6.18. Факельная горелка с соплом Вентури: 1 — электрозапал; 2 — трубопровод топливного газа; 3 — дежурная горелка; 4 — трубка из пиролана; 5 — запальная свеча; 6 — футеровка; 7 — кольцо из жаропрочной стали; 8 — колосниковая решетка для стабилизации пламени; 9 — решетка огнеоградителя

Основная часть факельной установки — факельная труба и горелка. Один из вариантов горелки (горелка с соплом Вентури) представлен на рис. 6.18. Такая конструкция позволяет сжигать газы без образования дыма. В этой горелке пламя стабилизируется колосниковой решеткой. Факельную горелку рекомендуется выполнять из жаропрочной стали или футеровать жаростойким бетоном.

Расчеты показывают, что для увлечения достаточного количества воздуха скорость газового потока должна приближаться к сверхзвуковой. Поэтому на практике обычно вокруг форсунок для впрыска газа располагают сопла для подачи пара с высокой скоростью, что приводит к большому шуму факела и является одним из главных недостатков этого способа сжигания.

Постоянно усиливающееся загрязнение атмосферы связано с интенсивным развитием промышленности и энергетических производств, сопровождающимся все возрастающими объемами расходования невосполнимых природных ресурсов. Одной из важнейших проблем при охране окружающей среды является защита воздушного бассейна от чрезмерных загрязнений. Следовательно, развитие новых технологических процессов должно быть сбалансировано с разработкой технологии и аппаратуры, предотвращающих выбросы в атмосферу либо ограничивающих их до допустимых уровней.

Содержание

4. Достоинства и недостатки некоторых типов катализаторов………………………………………………………………

6. Преимущества термического метода………………………………

Вложенные файлы: 1 файл

Реферат Экология.docx

Выполнил: курсант 1 курса, уч. гр. Д-13-1

Тигров Игорь Владимирович

2. Суть каталитического метода……………………………………………………………… ……2

4. Достоинства и недостатки некоторых типов катализаторов…………………………………………… …………………

6. Преимущества термического метода………………………………

Целью моей работы является изучить каталитический и термический методы очистки отходящих газов.

Все способы очистки газов определяются в первую очередь физико-химическими свойствами примесей, их агрегатным состоянием, дисперсностью, химическим составом и др. Разнообразие вредных примесей в промышленных газовых выбросах приводит к большому разнообразию методов очистки, применяемых реакторов и химических реагентов.

Суть каталитического метода

Суть каталитических процессов газоочистки заключается в реализации химических взаимодействий, приводящих к конверсии подлежащих обезвреживанию примесей в другие продукты в присутствии специальных катализаторов. Последние не вызывают изменения энергетического уровня молекул взаимодействующих веществ и смещения равновесия простых реакций. Их роль сводится к увеличению скорости химических взаимодействий. Каталитические взаимодействия в гетерогенном катализе происходят на границе раздела фаз конвертируемой газовой смеси и катализатора. Последний обеспечивает взаимодействие на его поверхности конвертируемых веществ с образованием активированных комплексов в виде промежуточных поверхностных соединений катализатора и реагирующих веществ, формирующих затем продукты катализа, освобождающие (восстанавливающие) поверхность катализатора. Схема этого явления для газовой реакции А + В→С в присутствии катализатора К может быть представлена следующим образом:

где К[АВ] – активированное промежуточное соединение на поверхности катализатора.

В ряде случаев функции поверхности катализатора заключаются в зарождении реакционных цепей, развивающихся затем в объеме конвертируемой газовой фазы, где осуществляется дальнейшая конверсия целевого компонента по гетерогенно-гомогенному механизму.

Активность катализатора обычно определяется совокупностью физико-химических свойств, как самого катализатора, так и конвертируемого газового потока. В наибольшей степени она зависит от температуры каталитического превращения, структуры катализатора, содержания в нем промоторов, давления, объемного расхода, концентрации и молекулярных масс исходных реагентов и продуктов конверсии в газовой смеси.

Масса и свойства катализатора теоретически не должны претерпевать изменений в процессе его работы. На практике, однако, в процессе эксплуатации катализаторов они в той или иной степени подвергаются постепенной дезактивации или деструкции. Последние вызываются химическими (отравление каталитическими ядами, присутствующими в конвертируемых газах, недостаточная селективность катализатора, возможность образования нелетучих продуктов и т. п.) и физическими (механическое истирание, спекание, агрегатирование под действием избыточной свободной энергии поверхности и т. п.) факторами и ведут к необходимости периодической регенерации (активации) или замены катализаторов. В этой связи к промышленным катализаторам предъявляют требования в отношении высокой активности и теплопроводности, а также стойкости к механическим и термическим нагрузкам. Наряду с этим они должны быть дешевыми и, обладая необходимыми структурными параметрами, иметь, возможно, более низкие температуры зажигания и геометрию частиц, обеспечивающую низкое гидравлическое сопротивление слоя.

Необходимые для эффективного осуществления соответствующих процессов газоочистки катализаторы обычно подбирают экспериментальным путем.

Среди катализаторов условно различают:

цельнометаллические – представляют собой металлы платиновой группы или неблагородные металлы, нанесенные на сетки, ленты, спирали;

смешанные — включают металлы платиновой группы и оксиды неблагородных металлов, нанесенных на оксид алюминия или другие металлы;

керамические – состоящие из металлов платиновой группы или оксидов неблагородных металлов, нанесенных на керамическую основу виде сот или решеток;

насыпные – приготовленные в виде гранул или таблеток различной формы с нанесенными на него металлом платиновой группы или оксидами неблагородных металлов, а так же виде зерен оксидов неблагородных металлов.

Достоинства и недостатки.

Наибольшее преимущество перед другими типами катализаторов имеют катализаторы, нанесенные на металлические носители: более термостабильные имеют период эксплуатации 1 год и более, отличаются высокой износостойкостью и прочностными характеристиками; имеют развитую поверхность и пониженную насыпную плотность; их регенерация не представляет существенных трудностей. Это обуславливают широкую распространенность цельно-металлических каталлизаторов для обработки значительных объемов газовых выбросов, содержащих пары растворителей, фенолов и других токсичных органических веществ.

Более простые и дешевые в изготовлении катализаторы на основе из керамики: характеризуются низким гидравлическим сопротивлением, меньшей насыпной плотностью, но менее термостабильные, чем цельнометаллические.

Термический метод обезвреживания получил более широкое распространение, так как некоторые вредные примеси трудно или невозможно полностью нейтрализовать другими методами из-за сложности их состава, низкой концентрации, а также из-за отсутствия эффективных средств улавливания. Он заключается в том, что все органические вещества полностью окисляются кислородом воздуха при высокой температуре до нетоксичных соединений. В результате выделяются минеральные продукты, вода, диоксид углерода, а также теплота, которые требуют дальнейшей их утилизации.

Метод термического окисления (дожига) органических веществ, содержащихся в отходящих газах, относится к энергоемким. Для поддержания необходимой температуры обезвреживания отходящих газов (800 -1200°С) используется высококалорийное топливо, поэтому преимущественно этот способ применяется для обезвреживания газов сложного состава и в тех случаях, когда возврат уловленных примесей в производство экономически нерентабелен.

Наиболее экономичным приемом термического обезвреживания газов из выбросов является их использование вместо дутьевого воздуха при сжигании высококалорийного топлива (природного газа, мазута) в действующих тепловых агрегатах, таких как печи, сушилки, топки и т. д. Для обеспечения надежного и качественного горения минимальное содержание кислорода в газовых выбросах должно быть около 17 %.

Преимущества термического метода.

К преимуществам термического метода обезвреживания отходящих газов относятся отсутствие шламового хозяйства, небольшие габариты установок, простота обслуживания, высокая эффективность, возможность обезвреживания горючих выбросов сложного состава.

Метод дожига углеводородов получает все большее распространение. Накоплен опыт термического обезвреживания воздуха, содержащего примеси стирола, формальдегида, толуола, бутилацетата и других органических веществ.

Установки прямого сжигания представляют собой камеру, в которую по самостоятельным каналам подается топливо, очищаемый газ и воздух. Для полного окисления горючих компонентов необходимо тщательное перемешивание смеси. С целью снижения затрат отходящие газы чаще всего сжигаются совместно с твердыми отходами. В результате упрощается проблема утилизации промышленных отходов в целом, а также резко снижаются энергетические и эксплуатационные затраты. С помощью современных установок термодожига можно обеспечить полную безвредность и высокую производительность этого процесса.

Необходимость высоких температур, что приводит к повышенным энергозатратам.

С целью снижения температуры обезвреживания органических примесей применяют установки сжигания, где в качестве инициатора окисления используются различные катализаторы. Тем самым достигается снижение температуры обезвреживания более чем в два раза и обеспечивается возможность нейтрализации газов с низким содержанием вредных примесей.

Термическая нейтрализация вредных примесей проводится по одной из трех схем [3,7]:

1. прямое сжигание в пламени при t=600-800°C;

2. термическое окисление при t=600-800°C;

3. каталитическое окисление при t=250-450°C.

Выбор схемы проводится с учетом химического состава газов, расхода, ПДВ и ограничивается характером образующихся продуктов. Термическая нейтрализация не применяется при наличии в выбросах серы, галогенов (хлор, фтор, бром, йод) и фосфор, так как при этом образуются вещества много раз токсичные, чем первоначальные вещества.

Прямое сжигание применяют, когда отходящие газы являются носителями теплоты, не менее 50% общей теплоты сгорания. При этом учитывается НПВ (нижний предел взрываемости или воспламеняемости) газов в смеси с воздухом для определения подвода дополнительного топлива. Для безопасности сжигания осуществляется при концентрациях не более 25% от НПВ. При температуре выше 1300 и избытке воздуха, прямое сжигание становится причиной образования оксидов азота.

Метод сжигания вредных примесей находит все более широкое применение в промышленной практике для очистки дренажных и вентиляционных выбросов производств основного органического синтеза. Этот метод выгодно отличается от других (например, мокрой очистки в скрубберах) более высокой степенью очистки, отсутствием в большинстве случаев коррозионных сред и исключением сточных вод. Как правило, примеси сжигаются в печах с использованием газообразного или жидкого топлива.

Принципиальные схемы камерных печей для огневого обезвреживания газообразных выбросов приведены на рис. 6.3.1. Камерные печи без теплообменников для подогрева компонентов горения требуют повышенных расходов топлива (рис. 6.3.1а). Применение их оправдано только при обезвреживании малых количеств газообразных отходов с высокой концентрацией горючих компонентов. Такие печи дешевы, просты в изготовлении, надежны в эксплуатации. При больших объемах обезвреживаемых отходов необходимо использовать теплоту отходящих газов для подогрева выбросов и дутьевого воздуха. Для этой цели применяют чаще всего рекуперативные теплообменники, в которых передача теплоты происходит непрерывно через разделительную стенку (рис. 6.3.1 б). С повышением температуры подогрева выбросов сокращается расход топлива на процесс, но возрастают затраты на сооружение теплообменников вследствие увеличения их поверхности нагрева. Кроме того, с повышением температуры подогрева сокращается срок службы теплообменников, и для их изготовления требуются дорогие и дефицитные жаростойкие стали. Поэтому оптимальную температуру подогрева выбросов определяют в каждом конкретном случае путем технико-экономических расчетов.

Рис. 6.3.1 Схемы реакторов огневого обезвреживания выбросов: а−без теплообменника; б−с рекуперативным теплообменником; 1−горелочное устройство; 2−камера сгорания топлива; 3−камера обезвреживания; 4−рекуперативный теплообменник; 5−регенеративный теплообменник; 6−перекидной клапан; Т−топливо; В-воздух

Рекуперативные теплообменники, работающие на запыленных и содержащих агрессивные компоненты дымовых газах, подвергаются загрязнению и коррозии, что сдерживает их широкое применение в огнетехнических установках. Температура подогрева газов в этих теплообменниках ограничена условиями эксплуатации металлических поверхностей нагрева. Указанные недостатки устранимы при использовании регенеративных теплообменников, в которых теплообмен осуществляется в нестационарном режиме, при чередующихся нагреве и охлаждении теплоаккумулирующей насадки. Камерные печи с регенеративными теплообменниками для обезвреживания газообразных отходов нашли широкое распространение. Принципиальная схема такой печи приведена на рис. 6.3.1 в. В качестве регенеративной насадки можно использовать дешевые материалы−дробленые огнеупоры (например, шамот). Развитые поверхности нагрева в насадках обеспечивают более глубокое охлаждение отходящих газов и высокий подогрев выбросов, что заметно сокращает расход топлива на процесс обезвреживания (по сравнению с применением рекуперативных теплообменников). Керамические насадки могут надежно работать при наличии в дымовых газах агрессивных компонентов. Регенеративные насадки способствуют более полному окислению горючих компонентов, если обладают каталитической активностью.

Термическое окисление применяется при высокой температуре отходящих газов и недостаточном количестве кислорода; при концентрации горючих газов, не обеспечивающих необходимую теплоту для поддержания нужной температуры. При проектировании установок термического окисления необходимо учитывать температурный режим окисления газов и степень турбулентности (механическое перемешивание с целью контакта горючих газов с кислородом). Углеводороды окисляются при t= , СО − при t= , запахи устраняются при t= . Время окисления составляет 0,3-0,8с. При низких температурах доводят температуру потока до температуры самовоспламенения в горением природного газа.

Термическое окисление применяется при дожигании угарного газа и невыгоревших углеводородов на выходе ДВС автомобилей.

Иногда на практике представляется возможным окислять органические вещества, находящиеся в газовых выбросах, на поверхности катализатора, что дает возможность снизить температуру процесса.

Каталитический метод основан на взаимодействии улавливаемых веществ с одним из компонентов газа (обычно кислород) в присутствии третьего вещества − катализатора. Катализатор, взаимодействуя с компонентом (токсичным веществом), как бы образует промежуточное вещество, которое распадается при образовании продуктов катализа. При этом катализатор остается неизменным, токсичное вещество окисляется, превращается в безвредное или менее вредное вещество. Каталитическое окисление отличается кратковременностью процесса (доли секунды) и пониженной температуры (до ). В качестве катализаторов применяются металлы (платина, палладий, медь, алюминий) и их соединения (оксид меды, оксид марганца). Катализаторная масса выполняется в виде пластин, проволок, гранул с нанесенным на их поверхностей пленка из металла - катализатора. Например, нихромовая проволка диаметром 0,4-0,5мм, свитой в спираль диаметром 4-5мм, на поверхность которого нанесена пленка из платины или палладия, позволяет почти полностью окислять (при t=350-420°C) примеси этилена, пропилена, бутана, пропана, спиртов, ацетона, бензола, толуола, ксилола и др. в выбросах. Срок службы катализатора сокращает наличие в газе таких веществ, как железо, свинец, кремний, фосфор и соединения серы. При каталитическом методе токсичные компоненты газовоздушной смеси, взаимодействуя со специальным веществом - катализатором, превращаются в безвредные вещества. В качестве катализаторов используются металлы или их соединения (платина, оксиды меди и марганца и пр.). Катализатор, выполняемый в виде шаров, колец или спиральной проволоки, играет роль ускорителя химического процесса. Добавка благородных металлов в виде пленки на поверхности катализатора составляет сотые доли процента к его массе.

В качестве примера катализатора рассмотрим систему очистки выхлопных газов автомобиля − двухступенчатый каталитический нейтрализатор (рис. 6.3.2).

Рис. 6.3.2 Двухступенчатый каталитический нейтрализатор

Установка состоит из восстановительного 2 и окислительного 4 катализаторов. Отработавшие газы через патрубок 1 поступают к восстановительному катализатору, где нейтрализуется оксид азота, после восстановительного катализатора для создания окислительной среды к отработавшим газам подается воздух через патрубок 3. На окислительном катализаторе происходит нейтрализация оксида углерода и углеводородов. Показанный на рис. 6.1.1 катализатор снижает концентрацию оксида углерода в 10 раз, а углеводородов − в 8 раз.

На рис. 6.3.3 представлен каталитический реактор для окисления толуола в выбросах цехов окраски. Воздух, содержащий примеси толуола, поступает в

теплообменник 1, где подогревается от отходящего обезвреженного воздуха.

Далее загрязненный воздух поступает в нагреватель 2, где нагревается до необходимой температуры окисления (t= ) за счет сжигания природного газа, подаваемого через форсунку 3. Процесс химического превращения (окисления толуола) происходит на поверхности катализатора 8 из пиромзита (природная марганцевая руда) в виде гранул размером 2-5 мм.

Рис. 6.3.3 Каталитический реактор: 1−теплообменник; 2−нагреватель; 3−форсунка

Метод основан на способности горючих токсичны компонентов (газы, пары и сильно пахнущие вещества) окисляться до менее токсичных при наличии свободного кислорода и высокой температуры газовой смеси.

Этот метод применяется в случаях, когда объемы выбросов велики, а концентрации ЗВ превышают 300 млн -1 г/м 3 .

Методы термической нейтрализации имеют следующие преимущества:

- отсутствие шламового хозяйства;

- малые габариты очистных установок;

- низкая стоимость очистки.

Применимы для обезвреживания практически любых паров и газов, продукты сжигания которых менее токсичны чем исходные вещества.

Термическая нейтрализация газов реферат

Содержание

Вложенные файлы: 1 файл

Реферат Экология.docx

Рекомендуемые материалы