СПОСОБ ОЧИСТКИ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ ОТ АКРОЛЕИНА Российский патент 2000 года по МПК B01D53/44 

Изобретение относится к очистке газовых выбросов химических реакторов при производстве смол, лакокрасочной продукции, глицерина, печей сжигания, двигателей внутреннего сгорания.

Известен нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, в котором для инициирования процесса окисления на пластинах пенометаллов, покрытых слоем каталитически активных веществ на рабочих поверхностях, применен разогрев носителей нагревательным элементом, размещенным в теле пластины и подключенным к источнику тока (а. с. N 1809133 A1, СССР, МКИ F 01 N 3/02, 1993 г.).

Недостатком данной конструкции является высокая температура нагрева пластин до 500^oC. В описании корпуса устройства также предусмотрен канал подачи воздуха, что делает невозможным использование данного устройства в вакуумных системах, кроме того, у устройства сложная электрическая система нагрева пластин.

Известен способ очистки газов по а.с. N 1809134 A1, СССР, МКИ F 01 N 3/02, 1993 г. "Реактор для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания транспортного средства".

Способ очистки газов заключается в том, что отработанные газы пропускают через реактор, в котором размещены пористые и медьсодержащие элементы (катализатор). В результате приложения к катализатору высоко-импульсного напряжения и разогреве его до температуры 300^oC отработанные газы испытывают на поверхности катализатора различные превращения (образование молекул новых веществ и новых активных свободных радикалов). Активные радикалы инициируют процесс сжигания газов.

Данный способ очистки имеет ряд существенных недостатков. В связи с тем, что катализатор в реакторе нагревают до 300^oC, а из-за трудности в регулировании необходимой температуры высокая температура пластин доходит и до 4000^oC, нарушается электропроводимость между проводником тока и пластинами (в виде пережжега) вследствие замыкания пластин друг на друга. Возможен механический разлом пластин в области, прилежащей к клеммам, разворот пластин относительно осей клемм. По этим причинам требуется частая разборка реактора для замены пластин и восстановлении источника тока. Кроме того, по мере расходования медного электрода необходимо осуществлять его периодическую замену.

Известен способ очистки отходящих газов от акролеина (А.И.Козлов, В.И. Редин, В.С.Красношевская, А.П.Ларина, А.А.Себалло, "Применение активных углей для очистки отходящих газов от акролеина" // Журнал "Лакокрасочные материалы и их применение", 1979, N 4, стр., 68-70).

В данном способе используется адсорбционная очистка на активированных углях АР-3, СКТ.

Недостатком данного способа является необходимость дополнительной операции - регенерации углей в определенном режиме или их утилизация, сложная схема установки.

Существует способ очистки газов после изготовления алкидных полимеров от акролеина (А. И. Козлов, В. И.Редин, А.П.Ларина, В.Е.Сороко, А.Ф.Туболкин, "Обезвреживание вентиляционных выбросов от паров акролеина" / Журнал "Лакокрасочные материалы и их применение", 1985, N 6, стр. 64-65).

В данном способе используется адсорбционно-каталитическая очистка с применением активного оксида алюминия γ - Al₂O₃.

Недостатком данного способа является закоксование активного γ - Al₂O₃ при высоких температурах, в результате чего со временем степень очистки падает, что требует периодически регенерировать катализатор, сложная схема установки.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ, описанный в изобретении "Способ очистки газов от непредельных органических соединений" по а.с. N 1007712 А, СССР, МКИ B 01 D 53/36, 1983 г.

Описанное техническое решение принимаем за прототип.

Данный способ очистки газов заключается в том, что отработанные газы пропускаются через слой нагретого катализатора на основе γ - оксида алюминия с последующей регенерацией его продувкой газом при нагревании, регенерацию проводят потоком очищаемого газа при подъеме температуры последнего до 500-600^oC в течение времени, не превышающего 2 мин, температуру слоя катализатора поддерживают в интервале 30-200^oC.

Кроме вышеописанных недостатков, описанных в литературе (А.И.Козлов, В. И. Редин, А. П.Ларина, В.Е.Сороко, А.Ф.Туболкин, "Обезвреживание вентиляционных выбросов от паров акролеина" / Журнал "Лакокрасочные материалы и их применение", 1985, N 6, стр. 64-65), важно указать еще существенные недостатки: высокая температура разогрева газа при регенерации катализатора до 500-600^oC и подъем температуры слоя катализатора до 800-900^oC.

В процессе изготовления полиэфирных смол типа ТС-1 с образованием (при разложении глицерина) акролеина и воды встала задача создания способа очистки газовых выбросов от акролеина относительно простым надежным, неэнергоемким, экономичным, эффективным и безопасным методом.

Поставленная задача решается за счет того, что газ очищают в две стадии: сначала газ пропускают через сборник - ловушку, наполненную керамическими пористыми элементами и 5-10%-ным водным раствором гипохлорита натрия. Затем газ проходит через первичный теплообменник, где его нагревают до температуры 80 - 100^oC, далее через вторичный теплообменник с подогревом газа до 250-350^oC, затем газ подают в каталитический реактор дожига с размещенными в нем жаропрочными высокопористыми ячеистыми пластинами, покрытыми каталитическим слоем палладия или платины, и с поступающим в него сжатым атмосферным воздухом для поддерживания каталитического процесса. После чего очищенный газ через рубашку первичного теплообменника выводят в атмосферу.

Первая стадия - частичная утилизация путем его разложения 5-10%-ным водным раствором гипохлорита натрия (1) чертеж. Отработанный раствор гипохлорита натрия представляет собой водный раствор NaCl, где в результате прохождения газов через водный раствор гипохлорита натрия, концентрация свободного хлора понижается до 0,1% и менее. Далее отработанный раствор поступает в сборник (6), затем на утилизацию.

Вторая стадия - окончательное удаление акролеина путем каталитического дожига отходящих газов в каталитической установке, так как под действием температуры и палладиевого катализатора происходит разложение акролеина до воды и углекислого газа. Данный способ обеспечивает концентрацию акролеина на выходе менее 0,2 мг/м³.

На первой стадии очистки газовые отходы, содержащие акролеин из химического реактора, подаются в сборник-ловушку (2), заполненную керамическими пористыми элементами, где проходят через 5-10%-ный водный раствор гипохлорита натрия. Керамические элементы увеличивают степень взаимодействия акролеина с гипохлоритом натрия (степень барботажа газов). В результате прохождения через сборник-ловушку происходит частичное очищение от акролеина, затем газы вакуум-насосом (8) подаются на первичный теплообменник (3). С целью экономии электроэнергии, необходимой для подогрева газа, проходящего через каталитическую установку, к выходу установки дожига подключен первичный теплообменник, который подогревает газ, поступающий из сборника-ловушки, до температуры 80-100^oC. Далее газы поступают на вторичный теплообменник (4) и нагреваются до температуры 250-350^oC С. После этого газовые отходы поступают в каталитический реактор дожига (5), где проходят через жаропрочные высокопористые ячеистые элементы, покрытые слоем палладия, окисляются до углекислого газа и воды. Очищенный газ вакуум-насосом (8) поступает в рубашку первичного теплообменника на нагрев газов, поступающих из сборника-ловушки, затем выбрасывается в атмосферу. Для поддержания каталитического процесса к газовым отходам реактора, до поступления их на установку дожига, подмешивается 15% атмосферного воздуха из линии сжатого воздуха, используемого на производстве.

Во избежание выхода из строя каталитического реактора при нарушении электропроводности хотя бы одной из множества пластин (результат пережога контактов пластин с источником тока) клеммы трансформатора (7) вынесены за пределы каталитического реактора дожига и соединены со вторым теплообменником. Трансформатором осуществляется регулирование температуры газа.

Первая стадия очистки обеспечивает очистку газов от акролеина на 70%, так как газы мало времени пребывают в сборнике-ловушке, вторая до - 95,5%.

Эффективность работы данного способа проверена на примере очистки газовых выбросов из реакторов при производстве смолы ТС-1.

При такой схеме очистки отработавших газовых выбросов процесс очистки от акролеина эффективен из-за предварительной очистки газа в 5-10%-ном водном растворе гипохлорита натрия и дожига его в непосредственной близости от поверхности катализатора, процесс очистки относительно простой, надежный, неэнергоемкий, экономичный, безопасный.

Предложенное техническое решение подтверждено и реализовано в промышленном масштабе на заводе им. С.М.Кирова при производстве полиэфирных смол.

Изобретение может быть использовано для очистки газов при производстве смол, лакокрасочной продукции, глицерина, печей сжигания, двигателей внутреннего сгорания. Очистку газовых выбросов осуществляют в две стадии: сначала газ пропускают через сборник-ловушку, наполненную керамическими пористыми элементами и 5-10%-ным водным раствором гипохлорита натрия. Затем газ проходит через первичный теплообменник, где его нагревают до температуры 80 - 100^oC, далее через вторичный теплообменник с подогреванием газа до 250 - 350^oС. Далее газ подают в каталитический реактор дожига с размещенными в нем пластинами из жаропрочного высокопористого материала, покрытыми каталитическим слоем палладия или платины, и с поступающим в него сжатым атмосферным воздухом для поддерживания каталитического процесса. После чего очищенный газ через рубашку первичного теплообменника выводится в атмосферу. Процесс очистки газовых выбросов от акролеина эффективен из-за предварительной очистки газа в 5-10% водном растворе гипохлорита натрия и дожига его в непосредственной близости от поверхности катализатора. Процесс очистки относительно простой, надежный, неэнергоемкий, экономичный, безопасный. 1 табл., 1 ил.

Способ очистки газовых выбросов от акролеина, включающий каталитическую очистку газа в реакторе, отличающийся тем, что для очистки газ сначала пропускают через сборник-ловушку, наполненную керамическими пористыми элементами и 5 - 10%-ным водным раствором гипохлорита натрия, затем через первичный теплообменник, где газ подогревают до температуры 80 - 100^oC, далее пропускают через вторичный теплообменник с подогревом газа до 250 - 350^oC, затем газ подают в каталитический реактор дожига, с размещенными в нем пластинами, покрытыми каталитическим слоем палладия или платины, и с поступающим в него сжатым атмосферным воздухом для поддержания каталитического процесса, после чего очищенный газ через рубашку первичного теплообменника выводят в атмосферу.