СПОСОБ СНИЖЕНИЯ В ГАЗОВЫХ ВЫБРОСАХ КОНЦЕНТРАЦИИ БЕНЗ(А)ПИРЕНА И ДРУГИХ ПОЛИЦИКЛИЧЕСКИХ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ Российский патент 1998 года по МПК B03C3/00 B01D53/32 

Изобретение относится к способам очистки газовых выбросов от органических соединений, и, в частности, от полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), и может быть использовано на предприятиях металлургической, химической, нефтехимической, коксохимической, топливно-энергетической отраслей промышленности и в других отраслях народного хозяйства.

Цель изобретения - достижение эффективного снижения концентрации бенз(а)пирена (БП) и других ПАУ в газовых выбросах, содержащих многокомпонентный состав ПАУ.

Известен способ очистки газовых выбросов промышленных предприятий от ПАУ, основанный на термическом и каталитическом их разложении [1]. Недостатками такого способа являются необходимость подогрева и очистки от пыли газовых выбросов и использование дорогостоящих катализаторов.

Известен также способ снижения концентрации БП и других ПАУ в результате фотоокисления [2]. ПАУ наносился на различные виды пылевидной подложки, которые присутствуют в технологических выбросах производств. Облучение проводилось ртутной лампой среднего давления. Спектральный диапазон излучения лежал в области 200-410 нм. Снижение концентрации БП и других ПАУ наблюдалось отдельно для каждого вида пыли (Al₂O₃, SiO₂, летучая зола и сажа) с нанесенным на него в один слой полициклическим ароматическим углеводородом. Например, для БП, нанесенного на Al₂O₃ в результате фотоокисления достигнуто снижение концентрации в 2 раза при плотности световой энергии 9 Дж/см².

К недостаткам вышеуказанного способа снижения концентрации следует отнести то обстоятельство, что фотоокисление проводилось в отдельности для каждого ПАУ, адсорбированного на пылевидных подложках в монослое. Как известно, любые технологические и природные выбросы при температурах -20 - +80^oC характеризуются комбинацией ПАУ, адсорбированных в виде многослойных покрытий на пылевидных подложках. Установлено, что свет в полосе возбуждения ПАУ проникает на глубину до нескольких тысяч слоев. При облучении комбинации ПАУ, адсорбированных в виде многослойных покрытий на пылевидной подложке широкополосным излучением 200-410 нм в условиях недостатка кислорода в нижних слоях возможны взаимные преобразования ПАУ, в частности наработка БП посредством фотокаталитических реакций за счет коротковолнового диапазона облучения, когда энергия фотона превышает энергию разрыва C-C или C-H связей.

Целью предлагаемого изобретения является достижение эффективного снижения концентрации БП и других ПАУ в газовых выбросах, содержащих технологическую комбинацию ПАУ, адсорбированных на пылевидной подложке, путем облучения электрическим разрядом в диапазоне длин волн 340-410 нм со средней плотностью световой энергии 10^-3 - 3 • 1^-1 Дж/см², падающей на элементарный объем газовых выбросов за время обработки при рабочих температурах -20 - +80^oC.

Испытания изобретения проводились на алюминиевом заводе. Газовые выбросы электролизного производства имели температуру +30 - +60^oC, когда ПАУ находятся, в основном, в адсорбированном состоянии на пыли, преимущественно на основе окиси алюминия. При этом толщина покрытия ПАУ составляла оценочно несколько десятков слоев.

При облучении газовых выбросов электролизного производства с плотностью световой энергии 3 • 10^-2 Дж/см² в спектральном интервале 200-410 нм в газоходе (расход (10-100)10³ нм³/ч, концентрация БП до 800 мкг/м³) и в фонарных выбросах цеха (концентрация БП 10 мкг/м³) наблюдалось повышение концентрации БП (табл. пп. 1 и 2). Рост концентрации БП с расходом энергии 1/3 - 1/6 кВт•ч/г_БП зарегистрирован двумя различными методиками измерения.

В случае облучения выбросов в газоходе с такой же плотностью световой энергии в спектральном интервале 340-410 нм имело место понижение концентрации БП с расходом энергии 0,5 кВт•ч/г_БП (табл. п.1).

Таким образом, можно сделать вывод, что при малых плотностях световой энергии 3 • 10^-2 Дж/см² в спектральном диапазоне 200 - 340 нм при использовании комбинации ПАУ, находящихся, в основном, в адсорбированном состоянии, наблюдается наработка БП.

Следовательно, для достижения эффективного снижения концентрации БП при малых плотностях световой энергии необходимо исключить спектральный диапазон 200-340 нм и пользоваться для фотообработки газовых выбросов широкополосным источником в диапазоне длин волн 340-410 нм.

Это не относится к фотообработке газовых выбросов с высокой плотностью световой энергии (20 Дж/см²) в спектральном интервале 200-410 нм, когда идет глубокое фотоокисление всех ПАУ, в том числе наработанного БП (табл. 1, п. 3), но такую плотность световой энергии технически трудно осуществить.

Наличие в излучении разряда более длинноволновой ( λ9826 410 нм) части спектра не ухудшает качества фотообработки газовых выбросов.

Технически достижимый интервал средних значений плотностей световой энергии 10^-3 - 3 • 10^-1 Дж/см² может обеспечить очистку газовых выбросов с концентрацией БП (единицы мкг-мг)/м³, содержащихся в организованных и неорганизованных выбросах электролизного и коксохимического производств, установках замедленного коксования, получения битума в нефтеперерабатывающей промышленности и других отраслях промышленности, в атмосфере больших городов. При этом температуры газовых выбросов лежат в интервале -20 - +80^oC.

Предложенный способ достижения эффективного снижения концентрации БП в газовых выбросах испытан в заводских условиях. Энергозатраты составили 0,5 кВт•ч на 1 г уничтоженного БП.

Источники информации
1. Абасеев В. К. Термическое и каталитическое обезвреживание отходящих газов, содержащих 3,4-бензпирен. - Химическая промышленность, 1973, N 1, с. 25.

2. Thomas D.Behymer and Ronald A. Hites. Environ Sci Technol. 1985 19, p. 1004-1006.

Использование: очистка газовых выбросов от органических соединений и, в частности, от полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) на предприятиях металлургической, химической, нефтехимической, коксохимической, топливно-энергетической отраслей промышленности и в других отраслях народного хозяйства. В газовых выбросах, содержащих технологическую комбинацию ПАУ, в основном адсорбированных на пылевидной подложке, проводят фотоокисление путем облучения электрическим разрядом в интервале длин волн 340 - 410 нм со средней плотностью световой энергии 10^-3 -3 х 10^-1Дж/см² за время обработки при рабочих температурах -20 - +80^oС. Изобретение позволяет достигнуть снижения концентрации бенз(а)пирена (БП) и других ПАУ. В условиях промышленности газохода электролизного производства получено, что для уничтожения 1 г БП затрачивается 0,5 кВт • ч электроэнергии. 1 табл.

Способ снижения в газовых выбросах концентрации бенз(а)пирена и других полициклических ароматических углеводородов, преимущественно адсорбированных на пылевидной подложке, включающий их фотоокисление при облучении электрическим разрядом, отличающийся тем, что фотоокисление полициклических ароматических углеводородов в виде технологических комбинаций проводят облучением электрическим разрядом в интервале длин волн 340 - 410 нм со средней плотностью световой энергии 10^-3 - 3 • 10^-1 Дж/см² при рабочих температурах от -20 до +80^oC.