СПОСОБ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ СОДОВОГО ПРОИЗВОДСТВА Российский патент 1996 года по МПК C01D7/18 B01D53/58 

Изобретение относится к области неорганической химии к производству кальцинированной соды, в частности к способам обезвреживания отходящих газов содового производства.

В содовом производстве выбрасываются в атмосферу токсичные газы, например, на 1 тонну соды образуется оксида углерода 27 кг, двуокиси серы - 5,6 кг и др. Такое содержание вредных веществ в воздушной атмосфере наносит большой вред окружающей среде и человеку. (Зацев И.Д. Ткач Г.А. Стоев Н.Д. Производство соды. М. Химия, 1986 г. стр. 205-206).

Известны способы прямого сжигания промышленных газов, содержащих органические примеси в пламенных печах и факелах в сочетании с абсорбцией и десорбцией. Эти способы пригодны для очистки органических кислот, альдегидов, кетонов, углеводородов, спиртов и др. Они не могут быть использованы для обезвреживания газов содового производства, имеющих специфические физико-химические свойства, а также эти способы не удовлетворяют требованиям степени очистки. (Термические методы обезвреживания отходов. Под ред. канд. техн. наук Богушевской К.К. и к.т.н. Беспамятнова Г.П. Изд. 2-е пер. Л. "Химия", 1975, ст. 96-108).

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является способ обезвреживания газообразных отходов содового производства, содержащих горючие компоненты, в частности оксид углерода. (Интенсификация технологических процессов и аппаратов содового и смежных производств/под ред. Г.А.Ткача, В. Ф.Моисеева: Труды. Т.60/НИОХИМ Харьков, 1985, стр. 70-77).

Данный способ очистки отходящих газов заключается в следующем. Технологический газ ИПШ после очистки от пыли в электрофильтрах подается в коллектор и через переключатель газового потока подается в верхнюю часть одной из регенеративных камер, где нагревается до 500^oC. Здесь же происходит очистка газа от дополнительных примесей (аэрозолей, смолистых соединений и пыли), после чего газ проходит через слой катализатора и, проходя через нижний слой насадки той же камеры, попадает в топку. Температура в топке поддерживается 750-800^oC, здесь происходит интенсивная турбулизация потока отходящего газа, содержащего токсичные горючие компоненты (СО, Н₂, NО, NH₃) и незначительное количество (1-2%) кислорода. Далее, пройдя топку первой камеры и топку второй камеры, газ попадает в слой боксита при температуре 800^oC, где происходит дальнейшее дожигание оксида углерода. Наиболее оптимальным режимом работы аппарата является автотермический, когда горелки не горят и не расходуется природный газ. Если теплоты сгорания недостаточно, то включают горелки и подают природный газ (топливо) противотоком обезвреживающему газу. Степень обезвреживания окиси углерода, сероводорода и диоксида серы составляет 100% смолистых веществ 50-80% По данному способу отходящие газы не обезвреживаются от окислов азота: концентрация окислов азота составляла 20 мл/м³ на входе и выходе из аппарата, не происходит также обезвреживание отходящих газов от аммиака.

Известный способ имеет следующие недостатки: главным из них является - большая стоимость агрегата обезвреживания газов, т.к. он сочетает в себе два метода обезвреживания отходящих газов термический и каталитический.

Капиталовложения на строительство такой установки, оцененные отраслевой программой министерства химической и нефтеперерабатывающей промышленности от 27.02.89, составляют 6,8 млн.руб. кроме этого, требуется строительство цеха газоочистки с штатом в 100 человек рабочих и применение дорогостоящего катализатора. Способ не позволяет очистить отходящие газы содового производства от окислов азота и аммиака, что значительно ухудшает экологическую обстановку в промышленной зоне предприятия и города, т.к. любой вредный ингредиент усиливает свое влияние на окружающую среду в совокупности с другими вредными выбросами в десятки раз.

Целью данного технического решения является снижение выбросов вредных компонентов в окружающую среду и снижение затрат на обезвреживание отходящих газов.

Поставленная цель достигается тем, что отходящие газы содового производства, предварительно очищенные от капельной жидкости, подогревают в рекуператорах, подают в топку печи и сжигают в смеси топлива и воздуха, новым является то, что отходящие газы вводят в топку печи под углом к направлению движения смеси топлива и воздуха при соотношении топливо:отходящие газы:воздух равным 1:(4-6):(8-10), а сжигание газов производят в топке печи кальцинации гидрокарбоната натрия при содержании кислорода в смеси выше стехиометрии.

Подача отходящих газов содового производства в топку печи под углом к направлению движения смеси топлива и воздуха позволяет создать оптимальные условия обезвреживания вредных компонентов отходящих газов содового производства за счет интенсивного перемешивания отходящих газов и воздуха, т.к. это позволяет интенсифицировать процесс обезвреживания отходящего газа. Подача отходящих газов в топку печи перпендикулярно направлению движения смеси топлива и воздуха создает неблагоприятные условия для перемешивания газовой смеси. Выбор соотношения топливо:отходящие газы:воздух равным 1:(4-6):(8-10) позволит достичь снижения содержания вредных веществ в отходящих газах по аммиаку и азоту с одновременным 100%-ным обезвреживанием по оксиду углерода и сероводороду. При этом, при уменьшении соотношения, произойдет неполное сгорание топлива, а при соотношении, большем указанной величины, произойдет неполное обезвреживание отходящих газов и потребуются дополнительные затраты на очистку отходящих газов.

Предлагаемый способ обезвреживания отходящих газов протекает более успешно, если содержание кислорода в смеси отходящих газов и воздуха выше стехиометрии, т. к. при меньшей величине не происходит полное обезвреживание газов, т.к. сгорание топлива будет неполным, а при большей величине избыток воздуха приведет к уменьшению температуры и за счет этого к неполному сгоранию вредных компонентов отходящих газов.

Использование для обезвреживания отходящих газов топки печи кальцинации гидрокарбоната натрия позволяет создать оптимальные условия взаимодействия всех компонентов смеси газов, включая продукты горения газообразного топлива. Кроме того, использование топки печи кальцинации гидрокарбоната натрия для обезвреживания отходящих газов содового производства значительно снижает затраты на обезвреживание, т.к. не требуется строительства отдельной установки и исключаются затраты на приобретение дорогостоящего катализатора. По сравнению с прототипом затраты снижаются с 6,8 млн.руб. до 0,2 млн.руб. при этом также снижаются затраты на содержание, ремонт и обслуживание установки для обезвреживания отходящих газов.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что отходящие газы подают в топку печи кальцинации гидрокарбоната натрия под углом к направлению движения смеси топлива (природный газ) и воздух при определенном соотношении компонентов, причем опытным путем выбрано содержание кислорода, находящегося в отходящих газах и количество воздуха. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию "новизна". Известны технические решения (аналог 2), в которых производят орбезвреживание промышленных газов в определенных топках. Однако проведение обезвреживания газов содового производства в топке печи кальцинации гидрокарбоната натрия не известно. При этом во всех предложенных способах подачу отходящего газа в топку печи производят противоточно топливу и компоненты газовой смеси не поддерживаются в подобном соотношении. Это позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "существенные отличия".

Кроме того, подобранные опытным путем соотношения никак не вытекают из стехиометрических расчетов.

Например, по кислороду:
1. Общее количество кислорода, необходимого для обезвреживания газов по реакциям:
2CO + O₂ 2CO₂
2H₂S + O₂ 2H₂O + 2S
2NH₃ + 2O₂ 4H₂O + N₂
составляет 38,0 н.м³ кислорода.

2. Для сжигания топлива требуется 1400 нм³ кислорода. Суммарно: 1438 нм³ кислорода.

3. Подается в печь 1700-2000 нм³ кислорода, т.е. на 260-600 нм³ выше количества, потребного по стехиометрии (или в 1,2-1,4 раза).

Пример осуществления способа.

Отходящие газы отделения карбонизации содового производства после промывателя газа карбоколонн (ПГКЛ-П) предварительно очищают от капельной жидкости в сепараторах и направляют в общий коллектор (диаметр 700 мм) в отделение кальцинации вентилятором ВДН-10 в рекуператоры. Состав отходящих газов: CO₂ 6,6-10,2% общ. O₂ 5,4-9,2% общ. СO 1,0-1,84% H₂S 12,0-30,0 мг/м³, NH₃ 400 мг/нм³, NO₂ 300,0 мг/нм³, SO_x следы.

Отходящие газы подогревают в рекуператорах до 350^oC в количестве 4000 м³/час подают в топку печи кальцинации гидрокарбоната натрия. Топка печи представляет собой горизонтальную камеру прямоугольного сечения с дымоходов, общая длина которых 27 м, на переднем торце камеры установлена горелка для подачи смеси природного газа (топлива) и воздуха. На расстоянии 3-5 метров от горелки внутри топки печи установлен патрубок диаметром 350 мм, являющийся продолжением трубы, по которой подаются от общего коллектора отходящие газы. Патрубок введен в топку под углом 40-50^o (опт. 45^o). Отходящие газы подают в топку печи под углом к направлению движения смеси топлива и воздуха. Смесь топлива и воздуха подают в топку печи через горелку в количестве: воздуха 7800 м³/час, топлива 780 м³/час, при этом поддерживают соотношение топливо: отходящий газ: воздух равным 1:5:10. При сжигании отходящего газа необходимым условием является наличие в отходящем газе кислорода воздуха в количестве 5,4-9,0% общ. т.е. выше стехиометрии в 1,2-1,4 раза. При сжигании отходящих газов в зоне горения температура развивается до 1200^oC и постепенно температура по длине печи снижается до 600^oC. Топочные газы, полученные в топке при сгорании, обогревают снаружи вращающийся внутри топки барабан, изготовленный из листовой углеродистой стали, до температуры 600-650^oC. Обогреваемая длина барабана 23 метра, скорость вращения 4,0 об/мин. В барабан загружают гидрокарбонат натрия, расход гидрокарбоната 12 т/час. В процессе сушки и прокалки (кальцинации) гидрокарбонат натрия превращается в кальцинированную соду, которая выгружается из барабана при температуре 160^oC. Состав топлива природного газа СН₄ 99,09% C₂H₆- 0,01% N₂- 0,84% S 0,036 г/м³, H₂S 0,02 г/м³, O₂ - не более 1% мех.примеси 0,0001 г/м³.

Технологические параметры записывают по показателям приборов, концентрации компонентов в газах определяют аналитическими методами контроля.

Состав газа после обезвреживания: CO₂ 8,85-9,2% O₂ 6,8% CO отсут. H₂S отсут. NH₃ 20,0 мг/м³, SO₂ - отсут. NO₂ 94,4 мг/м³.

Данные по соотношению компонентов приведены в таблице.

Таким образом, при использовании технического решения обеспечивается:
1. Снижение выбросов вредных компонентов в окружающую среду: аммиака на 95% окиси азота на 60% при этом полностью происходит очистка газов от окиси углерода и сероводорода. ТТТ1

Использование: способы обезвреживания отходящих газов содового производства. Сущность: способ обезвреживания отходящих газов содового производства включает предварительную очистку отходящих газов от капельной жидкости, подогрев в рекуператорах, подачу газов в топку печи и последующее сжигание газов в смеси топлива и воздуха, при этом отходящие газы подают в топку печи под углом 40-50 к направлению движения смеси топлива и воздуха при соотношении топливо:газы:воздух, равном 1:/4-6/:/8-10/, а сжигание газов производят в топке печи кальцинации гидрокарбоната натрия при содержании кислорода в смеси выше стехиометрии в 1,2-1,4 раза, 1 табл.

Способ обезвреживания отходящих газов содового производства, включающий предварительную очистку отходящих газов от капельной жидкости, подогрев в рекуператорах, подачу газов в топку печи и последующее сжигание газов в смеси топлива и воздуха, отличающийся тем, что отходящие газы подают в топку под углом 40 50^oC к направлению движения смеси топлива и воздуха при соотношении топливо газы воздух, равном 1 (4 6) (8 10), а сжигание газов производят в топке печи кальцинации гидрокарбоната натрия при содержании кислорода смеси выше стехиометрии в 1,2 1,4 раза.