ПРОЦЕССЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Высокотемпературное обезвреживание газов

Очистка промышленных газообразных выбросов, содержащих ток­сичные вещества, в настоящее время является непременным требованием во всех производствах.

Помимо механических, физико-химических и химических методов очистки газов широко применяют термические методы.

Методы сжигания вредных примесей, способных окисляться, нахо­дят все большее применение для очистки дренажных и вентиляционных выбросов. Эти методы выгодно отличаются от других (например, мокрой очистки в скрубберах) более высокой степенью очистки, отсутствием в большинстве случаев коррозионных сред и исключением сточных вод. Как правило, примеси сжигают в камерных топках с использованием газооб­разного или жидкого топлива. Иногда на практике представляется возмож­ным окислять органические вещества, находящиеся в газовых выбросах, на поверхности катализатора, что дает возможность понизить температуру процесса.

Химические реакции между ингредиентами газовых выбросов, кото­рые в обычных условиях практически незаметны, значительно ускоряются с повышением температуры. Система, содержащая токсичные вещества, может быть обезврежена посредством термообработки, если реакции, про­исходящие в ней, приведут к образованию менее токсичных компонентов.

Из всех термоокислительных процессов для термообезвреживания пригодны исключительно реакции с кислородом, поскольку при участии иных окислителей принципиально невозможно получить безвредные про­дукты окисления. Поэтому далее под термином "окисление" подразумева­ется процесс, окислителем в котором служит кислород.

Газофазный процесс осуществляют непосредственной огневой обра­боткой (сжиганием в пламени) газовых выбросов при температурах, пре­вышающих температуру воспламенения горючих компонентов выбросов.

Огневой обработкой, как и термокаталитическим окислением, прин­ципиально возможно обезвредить лишь вещества, молекулы которых не содержат каких-либо других элементов, кроме водорода Н2, углерода С и кислорода О. Это следующие химические соединения: водород Н2 оксид углерода СО, углеводороды CmHn и кислородные производные углеводо­родов СтНпОр . Посредством сжигания возможно обезвреживание пере­численных веществ в газообразном, жидком и твердом состояниях, дис­пергированных или компактных, а посредством термокаталитического окисления - только в газообразном. Термокатализ неприемлем и для обра­ботки газов (паров) высокомолекулярных и высококипящих соединений, которые, плохо испаряясь с катализатора, коксуются и "отравляют" его, т. е. заполняют активную поверхность сажистыми продуктами неполного окисления.

Загрязнители, содержащие какие-либо элементы, кроме Н, С и О - серу S, фосфор Р, галогены, металлы и др., нельзя подавать на термоокис­лительную обработку, так как продукты сгорания будут содержать высо­котоксичные соединения. В реальных условиях и при сжигании чисто ор­ганических соединений не удается обеспечить абсолютно полное окисле­ние исходных компонентов до практически безвредных углекислого газа СО2 и паров воды Н20. В дымовых газах всегда присутствуют оксид угле­рода СО и другие продукты химического недожога (неполного окисления). Кроме того, при повышенных температурах заметно ускоряется реакция окисления азота, который поступает в зону горения с топливом и возду­хом. Некоторые оксиды азота оказывают вредное воздействие на организм человека и окружающую среду.

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, т. к. на работу термических нейтра­лизаторов мало влияет состав обрабатываемых газов.

Суть высокотемпературной очистки газов заключается в окислении обезвреживаемых компонентов кислородом. Они применимы практически для обезвреживания любых паров и газов, продукты сжигания которых менее токсичны, чем исходные вещества. Прямое сжигание используют в тех случаях, когда концентрация горючих веществах в отходящих газах не выходит за пределы воспламенения.

При обработке горючих газов для разрушения токсичных органиче­ских веществ может быть использовано дожигание, однако применение этого метода затруднено тем, что концентрация органических примесей, распределенных в большом объеме воздуха, очень низка.

Дожигание представляет собой метод очистки газов путем термиче­ского окисления углеводородных компонентов до СО2 и Н2О. В ходе про­цесса дожигания другие компоненты газовой смеси, например, галоген - и серосодержащие органические соединения, также претерпевают химиче­ские изменения и в новой форме могут эффективно удаляться или извле­каться из газовых потоков.

Для того, чтобы нагреть такие большие количества воздуха до тем­ператур, при которых проводится дожигание, расходуется очень большое количество энергии. Экономичность процесса дожигания может быть зна­чительно повышена благодаря адсорбционному концентрированию загряз­нений перед дожиганием. Обрабатываемые газы пропускают через слой адсорбента, а насыщенный адсорбент продувают воздухом, который затем поступает на дожигание. Такой метод позволяет повысить концентрацию загрязнителя в 40 раз.

Большое распространение для уничтожения токсичных веществ в отходящих газах получили установки факельного сжигания. К факельным установкам предъявляются высокие требования в отношении обеспечения безопасной и надежной работы в условиях пожаро - и взрывоопасности хи­мических производств.