Термическое обезвреживание отходящих газов промышленности.

Методы термического обезвреживания основан на способности горючих токсичных компонентов (газы, пары и сильно пахнущие вещества) окисляться до менее токсичных при наличии свободного кислорода и высокой температуры газовой смеси. Этот метод применяется для легкоокисляющихся, токсичных, дурнопахнущих примесей, в тех случаях, когда объемы выбросов сравнительно высоки, а концентрация горючих газов в выбросах не выходит за пределы воспламенения.

Методы прямого сжигания применяются для обезвреживания газов от легко окисляемых токсичных, а также дурно пахнущих примесей. Прямое сжигание используется в тех случаях, когда концентрация горючих веществ в отходящих газах не выходит за пределы воспламенения. Процесс проводят в обычных или усовершенствованных топочных устройствах, в промышленных печах и топках котельных агрегатов, а также в открытых факелах.

Прямое сжигание обычно осуществляется при температурах 700-800°С. Для поддержания любого процесса горения необходимо соответствующие количество кислорода на 10-15 % турбулентное перемешивание кислорода и сжигаемого газа и обеспечить достаточное время пребывания для полного сгорания (обычно составляет 0, 1-0, 5 с, иногда до 1 с.). Чтобы пламя факела было не коптящим, добавляют воду в виде пара. В этом случае происходит реакция водяного пара с углеводородами, сопровождаемая образованием водорода и оксида углерода.

Достоинства метода прямого сжигания: – простота аппаратурного оформления;

– универсальность использования; так как на работу термических нейтрализаторов мало влияет состав и объем обрабатываемых газов; – не требуется дополнительного топлива.

Недостатки метода прямого сжигания: – избыток воздуха и длительное выдерживание газа при высокой температуре приводят к образованию оксидов азота, и как следствие процесс сжигания становится источником загрязняющих веществ другого типа.

Термическое окисление. Термическое окисление применяют либо когда отходящие газы имеют высокую температуру, но в них нет достаточного количества кислорода, либо когда концентрация горючих примесей настолько низка, что они не обеспечивают подвода теплоты, необходимой для поддержания пламени.

Время в аппарате должно быть достаточным для полного сгорания горючих компонентов. Турбулентность характеризует степень механического перемешивания, необходимого для обеспечения эффективного контактирования кислорода и горючих примесей. Если отходящие газы имеют высокую температуру, то процесс дожигания происходит в камере с подмешиванием свежего воздуха в качестве окислителя. Для термического окисления применяются дожигатели, печи для сжигания газообразных отходов.

Основное преимущества термического окисления – относительная низкая температура процесса, что позволяет сократить расходы на изготовление камеры сжигания и избежать значительного образования оксидов азота.

Каталитическое сжигание представляет собой дальнейшее расширение технологии сжигания газов в замкнутом пространстве, к его преимуществам относится тот факт, что окисление на поверхности катализатора происходит при температуре ниже температуры самовоспламенения и при таких концентрациях горючих газов, которые не обеспечивают тепловыделение, необходимого для протекания самоподдерживающейся реакции горения. Относительно низкие температуры обуславливают снижение в 2-3 раза расхода топлива по сравнению с термическим способом в установках без регенерации тепла, значительно меньше образуется оксида азота. Поскольку каталитическое сжигание происходит беспламенно, оно не связано с границей воспламеняемости. Обычно любые газообразные органические соединения могут подвергаться каталитическому сжиганию при условии, что продукты сгорания сами газообразны. Особенностью процесса каталитического сжигания является природа окисляющего вещества. К таким веществам относятся следующие:

1. Активный металлический катализатор на металлическом носителе. Катализатор – платина или другой благородный металл – вместе с промоторами наносят на стружку из никелевого сплава. Обычно каталитическая установка представляет собой неглубокую матрицу, хотя для некоторых операций используются цилиндрические патроны.

2. Активный металлический катализатор на подложке из оксида металла. Тонкий слой металла платиновой группы наносится на подложку – обоженный α -оксид алюминия либо фарфор (свечного типа). Подложку изготавливают в виде цилиндрических гранул, расположенных рядами, смещенными по отношению друг к другу.

3. Активный катализатор – оксид металла на подложке из оксида металла. Активные оксиды (например, ), обладающие высокой удельной поверхностью, могут быть нанесены ан подложку из оксида металла (например, на ). Такая система обладает следующими преимуществами: она способна выдерживать высокие температуры; в ее состав входят дешевые материалы (по сравнению с катализаторами из благородных металлов); кроме того, она может быть изготовлена в виде стержней или таблеток.

4. Активный оксид металла на металлическом носителе.

Температура, которая обычно необходима для начала каталитической реакции, зависит от присутствующих в газе углеводородов. Так, водород окисляется при комнатной температуре, бензол – при 227°С, тогда как метан лишь частично окисляется при 404°С. Для этого сушильных лакокрасочных печей.

Наиболее сложной проблемой, возникающей в процессе каталитического сжигания, является постепенная дезактивация или отравление катализатора при длительном сроке службы или при неожиданном появлении ядов в газовом потоке. Средний срок службы катализатора при отсутствии ядов от 3 до 5 лет, после чего они могут быть регенерированы. Дезактивация обусловлена либо химическим взаимодействием газов с катализатором, либо покрытием катализатора слоем дезактивирующего вещества.Временная потеря активности может быть вызвана отложением мелкой угольной пыли и сажи вследствие неполного сгорания в камере. В этом случае уголь выжигается из катализатора при кратковременном повышении температуры до 350°С, однако желательно достичь чистого пламени, если предусмотрены длительные периоды эксплуатации.

Наиболее многочисленную группу современных аппаратов каталитического обезвреживания органических соединений и оксида углерода представляют термокаталитические реакторы очистки газов, в которых регулятор теплоты, подогреватель и контактный узел размещены в одном корпусе.