29. Классификация электрофильтров. Конструкция электрофильтров. Механизм регенерации электрофильтров. Механизм улавливания частиц пыли в электрофильтре. Коронный разряд. Скорость дрейфа.

Электрофильтры можно классифицировать по многим признакам. По расположению зон зарядки и осаждения электрофильтры подразделяют на однозонные и двухзонные. В однозонных электрофильтрах зоны зарядки и осаждения совмещены, а в двухзонных коронирующие и осадительные электроды разделены и размещены в разных конструктивных зонах. В соответствии с направлением движения газового потока фильтры подразделяют на горизонтальные и вертикальные. По форме осадительных электродов различают электрофильтры пластинчатые, трубчатые и иногда шестигранные. В зависимости от числа последовательно расположенных полей электрофильтры бывают однопольные и многопольные, а в зависимости от числа параллельно работающих секций — односекционные и многосекционные. Вывод уловленной пыли из электрофильтра может осуществляться в сухом виде посредством встряхивания электродов и в мокром виде смывом водой. В соответствии с этим различают сухие и мокрые электрофильтры.

В зависимости от условий эксплуатации, состава, температуры, давления и влажности газов, физико-химических свойств пыли, требуемой степени очистки, создано много различных конструкций электрофильтров. Эти конструкции, часто значительно отличающиеся друг от друга, включают следующие основные элементы: корпус электрофильтра; узлы подвода, распределения и

отвода очищаемых газов; электроды (коронирующие и осадительные); устройства для удаления уловленной пыли с электродов; изоляторные коробки — узлы для подачи на электроды высокого напряжения; устройства для сбора и вывода уловленной пыли из аппарата. Корпус электрофильтра выполняют из листовой стали, бетона, кирпича и других материалов в зависимости от температуры и агрессивности газов. При необходимости корпус футеруют или снабжают наружной теплоизоляцией. Корпус может быть прямоугольным и цилиндрическим. В нем размещаются коронирующие и осадительные электроды и собирается уловленная пыль. Подвод газов к электрофильтру и отвод из него должны обеспечивать равномерное распределение газов в аппарате. Сечение подводящих и отводящих газопроводов определяют исходя из скорости газа (около 20 м/с), исключающей осаждение пыли в газопроводе. При присоединении газопроводов к электрофильтру устанавливают диффузоры и конфузоры, необходимые для осуществления плавного перехода от скорости газа в газопроводе к значительно более низкой скорости газа в электрофильтре и обратно. При многосекционных электрофильтрах конструкция газопроводов должна позволять отключать отдельные секции. На входе газов в электрофильтр устанавливают специальные устройства, выравнивающие скорости газа в сечении электрофильтра: направляющие аппараты, распределительные решетки. Основным технологическим элементом, решающим образом влияющим на работу электрофильтра, являются электроды (коронирующие и осадительные). Коронирующие электроды могут быть гладкими или иметь фиксированные точки разряда. Гладкие электроды могут быть круглого, квадратного, звездообразного или ленточного сечений. Коронирующие электроды с фиксированными точками разряда снабжены иглами, на которых и возникает коронный разряд. Меняя шаг

игл и их высоту, можно получать определенное значение тока короны. Чаще всего применяют электроды из ленты со штампованными зубцами или шипами.

Различные типы коронирующих электродов:

а — гладкие; б — с фиксированными точками разряда;

1 — круглого сечения; 2 — штыкового сечения;

3 - звездообразный; 4 — ленточный; 5 — колючая проволока;

6 — пилообразный; 7 — игольчатый

При расчете электрических параметров за радиус игольчатого коронирующего электрода рекомендуется принимать радиус провода, эквивалентного по вольтамперной характеристике игольчатому электроду и равного R ~ 0,3 мм. Осадительные электроды трубчатых электрофильтров чаще всего выполняют из труб круглого сечения диаметром 200-300 мм, длиной 3-5 м. Иногда применяют и трубы квадратного или шестиугольного сечений. Листовые пластинчатые осадительные электроды применяют только в мокрых электрофильтрах, так как в сухих при удалении пыли с электродов встряхиванием они дают значительный вторичный унос. Прутковые электроды применяют в условиях высоких температур, так как они меньше подвержены короблению. В целях снижения вторичного уноса применяют коробчатые и желобчатые осадительные электроды. Коробчатый осадительный электрод представляет собой двустенную коробку, в которую направляется стряхиваемая с электродов пыль. Таким образом, пыль выводится из зоны движения газового потока и падает вниз внутри изолированной от потока коробки. Коробчатые электроды бывают карманными, перфорированными, тюльпанообразными. Общие недостатки коробчатых электродов—сложность изготовления, значительный расход металла.

Плоские осадительные электроды:

а — листовые; б — прутковые

Различные типы осадительных электродов

сложного профиля

а — перфорированные, б — карманные;

в — тюльпанообразные; г — желобчатые,

д, е — открытого профиля

На практике все шире применяют желобчатые электроды, которым в меньшей мере присущи недостатки коробчатых электродов. В этих конструкциях стряхиваемая с электродов пыль осыпается внутри застойных зон, отделенных от газового потока, вследствие чего вторичный унос также снижается. Хотя условия падения пыли не так идеальны, как в замкнутом пространстве коробки, желобчатые электроды эффективнее, так как в застойную зону электрода попадает значительно больше пыли, чем внутрь коробчатого электрода. Желобчатые электроды бывают волнистые, U-образные, э-образные, с-образные, w-образные, то есть они отличаются друг от друга формой профиля. В России наибольшее распространение получили электроды открытого профиля, характеризующиеся относительной простотой изготовления, достаточной жесткостью и заметно меньшим расходом металла. Распределение пыли по поверхности для этих электродов значительно благоприятнее, чем, например, для перфорированных электродов, у которых внутрь коробки попадает не более 12 % осаждающейся на электроде пыли. Пыль с электродов, как уже отмечалось, может удаляться сухим и мокрым способами. Сухое удаление пыли с электродов осуществляют встряхиванием, для чего используют различные системы. В России наибольшее распространение получили системы ударно-молоткового действия.

У дарно-молотковый механизм встряхивания электродов:

1 — электропривод; 2 — подшипник; 3 — вал;

4 — молоток; 5 — наковальня

В нижней части осадительные электроды связаны между собой полосой встряхивания . При вращении вала 3, приводимого от специального электродвигателя, молоток 4 периодически ударяет по наковальне 5, передающей удар полосе встряхивания и связанным с ней электродам. Молотки насажаны со смещением на 24° с тем, чтобы во избежание увеличения вторичного уноса не все электроды встряхивались одновременно. Пружинно-кулачковый механизм встряхивания выполняет ту же задачу при помощи кулачка и пружины. Магнитно-импульсная система встряхивания основана на взаимодействии стального плунжера и электромагнитного поля. Вибрационная система встряхивания электродов работает при помощи вибраторов, устанавливаемых в определенных местах на конструкции электрофильтра. Основным недостатком, мешающим широкому распространению этого метода удаления пыли, является ускоренный усталостный износ конструкций электрофильтра. Работа механизмов встряхивания значительно влияет на эффективность электрофильтра. Для каждого поля следует подбирать оптимальную программу включения механизмов встряхивания и интенсивности ударов. Поля следует встряхивать не одновременно, чтобы в последующем поле улавливался вторичный унос предыдущего.

В мокрых электрофильтрах удаление пыли осуществляется смывом ее водой с поверхности электродов. Смыв можно осуществлять непрерывно и периодически. В первом случае на поверхности осадительных электродов образуется непрерывно текущая пленка воды, которая и смывает осаждающиеся частицы пыли; во втором случае смыв осуществляется при помощи периодически включающихся брызгал и форсунок, направляющих смывающую жидкость на поверхность электродов.

В изоляторных коробках размещены изоляторы, обеспечивающие подачу напряжения на коронирующие электроды. Изоляторы работают в тяжелых условиях: высокая температура, загрязненный газ, значительные механические усилия, особенно в моменты встряхивания коронирующих электродов. Вынос изоляторов из газового потока и размещение их в изоляторных коробках существенно

облегчают условия их работы вследствие снижения рабочей температуры и предотвращения попадания на их поверхности пыли, вызывающей утечку тока и пробой. В зависимости от условий работы в электрофильтрах применяют изоляторы из фарфора, плавленого кварца, бакелита и других изоляционных материалов. Для предотвращения осаждения пыли на внутренних поверхностях изолятора в шапках изоляторов делают отверстия для подсоса воздуха. При очистке влажных газов изоляторные коробки снабжают теплоизоляцией и электроподогревом для предотвращения конденсации паров на поверхностях изоляторов. На крышках изоляторных коробок иногда устанавливают приводы механизмов встряхивания для коронирующих электродов.

Опорные изоляторы унифицированных электрофильтров:

а — проходной; б — опорно-проходной;

1 — опорная балка; 2 — шапка;

3 — фланец; 4 — юбка;

5 — труба подвеса рамы коронирующих электродов;

6 — днище изоляторной коробки;

7 — отверстия для подсоса воздуха

Для сбора пыли, уловленной в электрофильтрах, служат бункера, размещаемые в нижней части аппарата. Как правило, для каждого поля отдельный бункер. При большой влажности пыли во избежание ее слеживания бункера теплоизолируют, а иногда снабжают обогревом. Если пыль склонна к налипанию, бункер может быть оборудован вибратором. Усилие вибратора передается через шток и раму специальным пруткам, которые, вибрируя, разрушают своды пыли, образующиеся на стенках бункера. Оптимальный цикл работы вибратора подбирают на месте в зависимости от свойств пыли. Обычно вибратор включают на 15-20 с через каждые 5-6 мин. Во избежание больших присосов воздуха пыль выгружается из бункера периодически. Для выгрузки применяют роторные (ячейковые) питатели, шнеки или скребковые транспортеры. Датчиками для автоматического включения питателей могут служить сигнализаторы уровня пыли в бункере.

Б ункер электрофильтра с вибратором:

1 — вибратор; 2 — шток;

3 — сальниковые уплотнения; 4 — рама;

5 — прутки

Коронный разряд - это явление, связанное с ионизацией воздуха в электрическом поле с высокой напряженностью (свечение газов в неоднородном электрическом поле высокой напряжённости).

Области с высокой напряженностью часто образуются вследствие неоднородности электрического поля, возникающей:

1) При выборе неверных параметров в процессе конструирования;

2) В результате загрязнений, возникающих в процессе работы;

3) В результате механических повреждений и износа оборудования.

Подобные поля формируются у электродов с очень большой кривизной поверхности (острия, тонкие провода). Когда напряженность поля достигает предельного значения для воздуха (около 30 кВ/см), вокруг электрода возникает свечение, имеющее вид оболочки или короны (отсюда название). Коронный разряд применяется для очистки газов от пыли и других загрязнений (электрофильтр), для диагностики состояния конструкций (позволяет обнаруживать трещины в изделиях). На линиях электропередачи возникновение коронного разряда нежелательно, так как вызывает значительные потери передаваемой энергии. С целью уменьшения относительной кривизны электродов применяются многопроводные линии (3, 5 или более определенным образом расположенных проводов).

Выбор типоразмера электрофильтра при наличии аналоговой установки

Наиболее простым вариантом выбора типоразмера электрофильтра является случай, когда имеются надежные данные о работе аналогового аппарата в таких же или близких технологических условиях.

В этом случае при незначительных изменениях конструкции электрофильтра и аналогичных технологических условиях работы электрофильтра расчеты эффективности нового проекта установки электрогазоочистки могут производиться по формуле Дейча с использованием скорости дрейфа электрофильтра-аналога.

Однако во вновь проектируемых установках для обеспечения возрастающих требований к выбросам пыли в атмосферу разработчики, как правило, вынуждены изменять геометрические параметры электрофильтров (длину полей, их количество, высоту электродов, межэлектродное расстояние и др.) Кроме того, естественно используются аппараты, имеющие усовершенствованные элементы конструкции, существенно повышающие эффективность электрофильтра.

Так, например, применение коронирующих электродов СФ-1, СФ-2, имеющих пониженное напряжение зажигания позволяет снизить выбросы из электрофильтра в три раза, использование осадительного элемента Эко МК 4x160, имеющего отклонения от размеров прямолинейности не более 3-х мм на длине 18 м , позволяет снизить выбросы пыли не менее чем в два раза. Повышение эффективности за счет применения в системах регенерации электродов частотных преобразователей позволяет снизить выбросы до 3-х раз, микропроцессорных устройств управления высоковольтными преобразователями типа БУЭФ - более чем в 2,5раза.

Для учёта изменившихся условий работы и влияния новых конструктивных элементов электрофильтра обозначим в формуле Дейча относительные выбросы 1- η = В, прологарифмируем и, взяв соотношение выбросов пыли для аналога и прототипа получим:

, (6) где ω – скорость дрейфа частиц; , (7) S – площадь осаждения, м2; Q – количество очищаемых газов, м3/с; L – длина активной зоны электрофильтра, м; H0 – межэлектродное расстояние, м; Vг – скорость газов в электрофильтре; τ – время пребывания газов в электрофильтре.

Используя формулы (6) и (7) можно определить параметры разных вариантов реконструкции.

Рассмотрим в качестве примера введение в расчеты поправки, обусловленной влиянием изменения длины активной зоны электрофильтра на величину скорости дрейфа.

Расчетная скорость дрейфа частиц, улавливаемых в электрофильтре пыли определяется по формуле:

, м/с (8)

где Е – напряженность электрического поля в межэлектродном промежутке, В/м;

r – радиус частицы, мкм; μ – динамическая вязкость среды, (Н с) / м2.

30. Методы очистки газов от газообразных примесей. Основные физические основы процессов абсорбции, адсорбции, высокотемпературного восстановления, прямого сжигания, каталитической очистки газов и биохимической очистки газов. Области применения.

Методы очистки промышленных выбросов от газообразных примесей по характеру протекания физико-химических процессов делятся на четыре группы: промывка выбросов растворителями примеси (метод абсорбции); промывка выбросов растворами реагентов, связывающих примеси химически (метод хемосорбции); поглощение газообразных примесей твердыми активными веществами (метод адсорбции); поглощение примесей путем применения каталитического превращения.

Метод абсорбции.

Абсорбцией называется перенос компонентов газовой смеси в объем соприкасающейся с ней конденсированной фазы. При абсорбции происходит избирательное поглощение одного или нескольких компонентов из газовой смеси жидкими поглотителями.

Этот метод заключается в разделении газовоздушной смеси на составные части путем поглощения одного или нескольких газовых компонентов этой смеси поглотителем (называемым абсорбентом) с образованием раствора. Физическая сущность процесса абсорбции объясняется так называемой пленочной теорией, согласно которой при соприкосновении жидких и газообразных веществ на поверхности раздела обеих фаз образуется жидкостная и газовая пленки.

Растворимый в жидкости компонент газовоздушной смеси проникает путем диффузии сначала через газовую пленку, а затем сквозь жидкостную и поступает во внутренние слои абсорбента. Для осуществления диффузии необходимо, чтобы концентрация растворяемого компонента в газовоздушной смеси превосходила его равновесную концентрацию над жидкостью. Чем менее насыщен раствор, тем больше он поглощает газа.

Поглощающую жидкость (абсорбент) выбирают из условия растворимости в ней поглощаемого газа, температуры и парциального давления газа над жидкостью. Решающим условием при выборе абсорбента является растворимость в нем извлекаемого компонента и ее зависимость от температуры и давления. Если растворимость газов при 0° С и парциальном давлении 101,3 кПа составляет сотни граммов на 1 кг растворителя, то такие газы называются хорошо растворимыми.

Для удаления из технологических выбросов таких газов, как аммиак, хлористый или фтористый водород, целесообразно применять в качестве поглотительной жидкости воду, так как растворимость их в воде составляет сотни граммов на 1 кг Н2О. При поглощении же из газов сернистого ангидрида или хлора расход воды будет значительным, так как растворимость их составляет сотые доли грамма на 1 кг воды. В некоторых специальных случаях вместо воды применяют водные растворы таких химических веществ, как серная кислота (для улавливания водяных паров), вязкие масла (для улавливания ароматических углеводородов из коксового газа) и др.

Применение абсорбционных методов очистки, как правило, связано с использованием схем, включающих узлы абсорбции и десорбции. Десорбция растворенного газа (или регенерация растворителя) проводится либо снижением общего давления (или парциального давления) примеси, либо повышением температуры, либо использованием обоих приемов, одновременно.

В зависимости от конкретных задач применяются абсорберы различных конструкций: пленочные, насадочные, трубчатые и др. Наибольшее распространение получили скрубберы, представляющие собой насадку 1 размещенную в полости вертикальной колонны (рис. 1). В качестве насадки, обеспечивающей большую поверхность контакта газа с жидкостью, обычно используются кольца Рашига, кольца с перфорированными стенками и др. Материалы для изготовления насадки (керамика, фарфор, уголь, пластмассы, металлы) выбираются исходя из соображений антикоррозионной устойчивости. Орошение колонн абсорбентом осуществляется при помощи одного или нескольких разбрызгивателей 2.

Р ис. 1. Орошаемый скруббер-абсорбер с насадкой

Б ольшое распространение получили башни с колпачковыми тарелками. На рис. 2 изображена схема устройства тарельчатого абсорбера, в котором вместо насадки установлено несколько тарелок 1. Каждая тарелка снабжена колпачками 2 с зубчатыми краями, патрубками 3 и переливными трубками 4. Абсорбент в этих аппаратах стекает от тарелки к тарелке по переливным вертикальным трубкам. Очищаемый газ движется снизу вверх в направлении, указанном стрелками, барботируя через слой жидкости. При прохождении между зубцами колпачков газ разбивается на множество струек и пузырьков, в результате чего образуется большая поверхность соприкосновения взаимодействующих веществ. Иногда вместо колпачковых тарелок применяются перфорированные пластины с большим количеством мелких отверстий (диаметр около 6 мм), которые создают пузырьки газа одинаковой формы и размера. Более мелкие отверстия затрудняют стекание промывной жидкости, особенно при значительных расходах газа [1; с. 89].

Рис. 2. Схема тарельчатого абсорбера

В качестве абсорберов могут использоваться и такие устройства, как мокрые скрубберы Вентури, центробежные скрубберы и др.

Расчет абсорбера состоит в определении объемного расхода поглотительной жидкости Qa, необходимой поверхности F соприкосновения газа с жидкостью и параметров вспомогательной аппаратуры (мощность насосов, размер баков и т. п.).

Метод адсорбции.

Основан на физических свойствах некоторых, твердых тел с ультрамикроскопической структурой селективно извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты из газовой смеси. В пористых телах с капиллярной структурой поверхностное поглощение дополняется капиллярной конденсацией.

Наиболее широко в качестве адсорбента используется активированный уголь. Он применяется для очистки газов от органических паров, удаления неприятных запахов и газообразных примесей, содержащихся в незначительных количествах в промышленных выбросах, а также летучих растворителей и целого ряда других газов. В качестве адсорбентов применяются также простые и комплексные оксиды (активированный глинозем, силикагель, активированный оксид алюминия, синтетические цеолиты или молекулярные сита), которые обладают большей селективной способностью, чем активированные угли. Однако они не могут использоваться для очистки очень влажных газов. Некоторые адсорбенты иногда пропитываются соответствующими реактивами, повышающими эффективность адсорбции, так как на поверхности адсорбента происходит хемосорбция. В качестве таких реактивов могут быть использованы растворы, которые за счет химических реакций превращают вредную примесь в безвредную.

Одним из основных параметров при выборе адсорбента является адсорбционная способность по извлекаемому компоненту. Адсорбционная способность а или масса вещества, поглощенная единицей массы адсорбента в произвольный момент времени, зависит от концентрации адсорбируемого вещества (парциального давления р, Па) у поверхности адсорбента, общей площади этой поверхности, физических, химических и электрических свойств адсорбируемого вещества и адсорбента, температурных условий и присутствия других примесей.

Конструктивно адсорберы выполняются в виде вертикальных, горизонтальных либо кольцевых емкостей, заполненных пористым адсорбентом, через который фильтруется поток очищаемого газа. Выбор конструкции определяется скоростью газовой смеси, размером частиц адсорбента, требуемой степенью очистки и рядом других факторов. Вертикальные адсорберы, как правило, находят применение при небольших объемах очищаемого газа; горизонтальные и кольцевые - при высокой производительности, достигающей десятков и сотен тысяч м3/ч.

Фильтрация газа происходит через неподвижный (адсорберы периодического действия) или движущийся слой адсорбента. Наибольшее распространение получили адсорберы периодического действия, в которых период контактирования очищаемого газа с твердым адсорбентом чередуется с периодом регенерации адсорбента.

Установки периодического действия (с неподвижным слоем адсорбента) отличаются конструктивной простотой, но имеют низкие допускаемые скорости газового потока и, следовательно, повышенную металлоемкость и громоздкость. Процесс очистки в таких аппаратах носит периодический характер, т. е. отработанный, потерявший активность поглотитель время от времени заменяют либо регенерируют. Существенным недостатком таких аппаратов являются большие энергетические затраты, связанные с преодолением гидравлического сопротивления слоя адсорбента.

Д вижение адсорбента в плотном слое под действием силы тяжести или в восходящем потоке очищаемого воздуха обеспечивает непрерывность работы установки. Такие методы позволяют более полно, чем при проведении процесса с неподвижным слоем адсорбента, использовать адсорбционную способность сорбента, организовать процесс десорбции, а также упростить условия эксплуатации оборудования. В качестве недостатка этих методов следует отметить значительные потери адсорбента за счет ударов частиц друг о друга и истирания о стенки аппарата.

На рис. 3 представлена схема адсорбционной установки для удаления SO2 из горячего топочного газа. Основным агрегатом установки служит адсорбер 1, который заполнен древесным активированным углем. Горячий топочный газ проходит теплообменник 2, подогревает воздух, поступающий в топку, и подается в нижнюю часть адсорбера, где при температуре 150-200° С происходит улавливание SO2. Очищенный дымовой газ выбрасывается в атмосферу через дымовую трубу. Адсорбент после насыщения переводится в десорбер 5, где с помощью подогревателя 3 поддерживается температура 300-600° С. Богатый оксидом серы газ выводится из десорбера и может быть полезно использован. Регенерированный адсорбент поступает в бункер 4 и затем с помощью ковшового элеватора поступает в верхнюю часть адсорбера.

Рис. 3. Адсорбционная установка для удаления SO2 из горячего топочного газа [6; с. 104]

Каталитический метод

Этим методом превращают токсичные компоненты промышленных выбросов в вещества безвредные или менее вредные для окружающей среды путем введения в систему дополнительных веществ, называемых катализаторами. Каталитические методы основаны на взаимодействии удаляемых веществ с одним из компонентов, присутствующих в очищаемом газе, или со специально добавляемым в смесь веществом на твердых катализаторах. Действие катализаторов проявляется в промежуточном (поверхностном) химическом взаимодействии катализатора с реагирующими соединениями, в результате которого образуются промежуточные вещества и регенерированный катализатор.

Методы подбора катализаторов отличаются большим разнообразием, но все они базируются в основном на эмпирических или полуэмпирических способах. Об активности катализаторов судят по количеству продукта, получаемого с единицы объема катализатора, или по скорости каталитических процессов, при которых обеспечивается требуемая степень превращения.

В большинстве случаев катализаторами могут быть металлы или их соединения (платина и металлы платинового ряда, оксиды меди и марганца и т. д.). Для осуществления каталитического процесса необходимы незначительные количества катализатора, расположенного таким образом, чтобы обеспечить максимальную поверхность контакта с газовым потоком. Катализаторы обычно выполняются в виде шаров, колец или проволоки, свитой в спираль. Катализатор может состоять из смеси неблагородных металлов с добавкой платины и палладия (сотые доли % к массе катализатора), нанесенных в виде активной пленки на нихромовую проволоку, свитую в спираль.

Объем катализаторной массы определяется исходя из максимальной скорости обезвреживания газа, которая в свою очередь зависит от природы и концентрации вредных веществ в отходящем газе, температуры и давления каталитического процесса и активности катализатора. Допустимая скорость обезвреживания находится в пределах 2000-60000 объемов газа на. объем каталитической массы в час. На катализаторах, разработанных в Дзержинском филиале НИИОГАЗа, при скорости обезвреживания 30000-60000 объемов обезвреживаемого газа на объем катализаторной массы в час и температуре 350-420° С практически полностью окисляются примеси этилена, пропилена, бутана, пропана, ацетальдегида, спиртов (метилового, этилового, пропилового, аллилового и др.), ацетона, этилацстона, бензола, толуола, ксилола, оксида углерода и др.

Существенное влияние на скорость и эффективность каталитического процесса оказывает температура газа. Для каждой реакции, протекающей в потоке газа, характерна так называемая минимальная температура начала реакции, ниже которой катализатор не проявляет активности. Температура начала реакции зависит от природы и концентрации улавливаемых вредностей, скорости потока и типа катализатора. С повышением температуры эффективность каталитического процесса увеличивается. Например, метан начинает окисляться на поверхности катализатора, состоящего из 60% диоксида марганца и 40% оксида меди, только при температуре 320° С, а 97%-ное реагирование наблюдается при t=450° С. Следует, однако, иметь в виду, что для каждого катализатора существует предельный температурный уровень. Повышение этого уровня приводит к снижению активности, а затем к разрушению катализатора.

Д ля поддержания необходимой температуры газа иногда к нему подмешивают (особенно в пусковой период) продукты сгорания от вспомогательной горелки, работающей на каком-либо высококалорийном топливе. На рис. 4 представлен каталитический реактор, предназначенный для окисления толуола, содержащегося в газовоздушных выбросах цехов окраски. Воздух, содержащий примеси толуола, подогревается в межтрубном пространстве теплообменника - рекуператора 1, откуда по переходным каналам он поступает в подогреватель 4. Продукты сгорания природного газа, сжигаемого в горелках 5, смешиваются с воздухом, повышая его температуру до 250-350° С, т. е. до уровня, обеспечивающего оптимальную скорость окисления толуола на поверхности катализатора. Процесс химического превращения происходит на поверхности катализатора 3, размещенного в контактном устройстве 2. В качестве катализатора применена природная марганцевая руда (пиромзит) в виде гранул размером 2-5 мм, про-мотированных азотнокислым палладием. В результате окисления толуола образуются нетоксичные продукты: оксид углерода и водяные пары. Смесь воздуха и продуктов реакции при температуре 350-450° С направляется в рекуператор 1, где отдает тепло газовоздушному потоку, идущему на очистку, и затем через выходной патрубок выводится в атмосферу. Эффективность очистки такого реактора составляет 95-98% при расходе вспомогательного топлива (природного газа) 3,5-4,0 м3 на 1000 м3 очищаемого воздуха. Гидравлическое сопротивление реактора при номинальной нагрузке (800-900 м3/ч) не превышает 150-180 Па. Скорость процесса находится в пределах от 8000 до 10000 объемов на объем катализаторной массы в 1 ч.

Рис. 4. Каталитический реактор

В последние годы каталитические методы очистки нашли применение для нейтрализации выхлопных газов автомобилей. Для комплексной очистки выхлопных газов - окисления продуктов неполного сгорания и восстановления оксида азота -применяют двухступенчатый каталитический нейтрализатор (рис. 5). Установка состоит из последовательно соединенных восстановительного 2 и окислительного 4 катализаторов. Отработавшие газы через патрубок 1 поступают к восстановительному катализатору 2, на котором происходит нейтрализация оксидов азота.

После восстановительного катализатора к отработавшим газам для создания окислительной среды через патрубок 3 подводится вторичный воздух. На окислительном катализаторе происходит нейтрализация продуктов неполного сгорания - оксида углерода и углеводородов [8; с. 81]. Рис. 5. Двухступенчатый каталитический нейтрализатор

Термический метод. (полное сжигание)

Достаточно большое развитие в отечественной практике нейтрализации вредных примесей, содержащихся в вентиляционных и других выбросах, имеет высокотемпературное дожигание (термическая нейтрализация). Для осуществления дожигании (реакций окисления) необходимо поддержание высоких температур очищаемого газа и наличие достаточного количества кислорода. Выбор схемы дожигания зависит от температуры и количества выбросов, а также от содержания в них вредных примесей, кислорода и других компонентов. Если выбросные газы имеют высокую температуру, процесс дожигания происходит в камере с подмешиванием свежего воздуха. Так, например, происходит дожигание оксида углерода в газах, удаляемых системой вентиляции от электродуговых плавильных печей, дожигание продуктов неполного сгорания (СО и СХНУ) автомобильного двигателя непосредственно на выходе из цилиндров в условиях добавки избыточного воздуха.

Если температура выбросов недостаточна для протекания окислительных процессов, то в потоке отходящих газов сжигают природный или какой-либо другой высококалорийный газ. Одним из простейших устройств, используемых для огневого обезвреживания технологических и вентиляционных выбросов, является горелка, предназначенная для сжигания природного газа (рис. 6). Обезвреживаемые выбросы в этом случае подаются в канал 1, где они омывают горелку 2. Из коллектора 3 газ, служащий топливом, поступает в сопла, при истечении из которых инжектируется первичный воздух из окружающей среды. Горение смеси газа с первичным воздухом осуществляется в V-образной полости коллектора. Процесс догорания происходит на выходе из полости, где хвостовая часть факела контактирует с обезвреживаемыми выбросами при их истечении из кольцевой щели между корпусом горелки и коллектора.

Р ис. 6. Установка для огневого обезвреживания технологических и вентиляционных выбросов

Институтом газа АН УССР разработана и успешно прошла промышленные испытания установка очистки газовых выбросов лакокрасочного производства. Установка представляет собой циклонную топку (рис. 7), скомпонованную с газовой горелкой и камерой разбавления газов после их очистки. Воздух, загрязненный токсическими примесями органических веществ (толуол ксилол и др.), поступает в вихревую двухзс горелку 2 по каналу 6 и непосредственно во внутреннюю полость печи 4 по тангенциальным каналам 5. Природный газ подается в горелку 2 по трубе 3. Время пребывания в полости (не менее 0,5 с) и контакт их с раскаленными стенками камеры обеспечивают полноту их сгорания. Атмосферный воздух подается по центральной трубе 1 горелки 2 только при обезвреживании выбросов, содержащих менее 15% кислорода. Запуск установки, вывод на рабочий режим и его поддержание осуществляются с помощью блока автоматического управления и регулирования установки.

Системы огневого обезвреживания обеспечивают эффективность очистки 90-99%, если время пребывания вредностей в высокотемпературной зоне не менее 0,5 с и температура обезвреживаемых газов, содержащих углеводороды, не менее 500-650° С, а содержащих оксид углерода - 660-750° С.

Биохимическая очистка и методы доочистки

Сточные воды, прошедшие механическую, физико-механическую или физико-химическую очистку содержат еще значительное количество растворенных и тонкодиспергированных нефтепродуктов, а также других органических загрязнений, вследствие чего не могут быть сброшены в водоем без дальнейшей очистки. Для этой цели на современных нефтеперерабатывающих заводах применяется биохимическая очистка. Применение биохимической очистки стало особо актуальным при развитии нефтехимических производств на НПЗ.

Биохимическая очистка нефтесодержащих сточных вод может производиться как в смеси с хозяйственно-бытовыми водами, так и самостоятельно. В первом случае биогенные элементы черпаются из бытовой сточности воды, во втором случае требуется добавлять их. Обычно добавляют соль фосфорной кислоты и соль аммония. Для ориентировочных расчетов потребного количества биогенных элементов пользуются соотношением БПК : N : P=100 : 5 : 1.

Ориентировочные данные уточняются в процессе эксплуатации. В результате аэробных окислительных процессов органическое вещество сточных вод минерализуется до конечных продуктов – углекислоты и воды или до промежуточных продуктов.

Изучение химических изменений, происходящих с углеводородами нефти, показало что только небольшая часть углеводородов нефти окисляется полностью до углекислоты и воды (Е.В. Коллерова, 1967). Основная часть превращается в продукты неполного окисления углеводородов – многоатомные спирты, альдегиды, фенолы, органические кислоты. Часть углеводородов нефти расходуется на прирост биомассы активного ила. Так как биохимическая очистка сопровождается аэрацией, то при этом часть органических веществ (до 30–40 %) выдувается – это наиболее летучие углероды, а также продукты их окисления (альдегиды, спирты и пр.). В активном иле происходит накопление углеводородов с более высоким молекулярным весом.

В процессе биохимической очистки сточных вод происходит также окисление и некоторых минеральных веществ–сероводорода до серы и серной кислоты, а аммиака до азотистой и азотной кислот (нитрификация).

Для биохимической очистки нефтесодержащих сточных вод применяются те же сооружения, что и для очистки бытовых сточных вод аэрофильтры, аэротенки. Аэротенки являются более легко управляемыми и более эффективными сооружениями для очистки сточных вод нефтеперерабатывающих предприятий.