СПОСОБ АБСОРБЦИИ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ ГАЗОВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ Российский патент 2003 года по МПК C07C7/11 B01D53/14 

Изобретение относится к абсорбции алифатических, ароматических, непредельных углеводородов и их галогенпроизводных из газовой фазы.

Источниками загрязнения воздуха углеводородами являются все лакокрасочные, газо- и нефтехимические, углехимические, многие биохимические и плазмохимические производства, силовые установки и автомобильный транспорт, действующие на основе углеводородных энергоносителей.

Очистку воздуха от органических соединений в зависимости от источника загрязнения и материально-технических возможностей производят с помощью разных каталитических систем, адсорбентов, абсорбентов, адсорбционных и абсорбционных аппаратов, мембран, бактерий и технологий сжигания, криогенирования, фотоокисления, окисления при воздействии на газовоздушную смесь электрического разряда и ускоренных электронов.

Каталитические способы очистки воздуха от углеводородов, оксидов углерода и азота заключаются в контактировании газовоздушных потоков с катализаторами. В качестве катализаторов процесса применяют платину и родий (пат. 5490977 США, В 01 J 23/63), железную стружку (пат. 2048174 РФ, В 01 D 53/94), оксиды меди, марганца, хрома или смесь оксидов этих металлов, нанесенных на металлический носитель-подложку (пат. 2114686 РФ, В 01 D 53/86), палладий в композиции с оксидами никеля, алюминия, хрома и смесь оксидов палладия, никеля, хрома и алюминия (пат. 2054959 РФ, В 01 D 53/62). Контактирование газовоздушных потоков с каталитическими системами проводят при 160-1100^oС.

Адсорбционные способы очистки газовоздушных выбросов от органических соединений основаны на использовании традиционных полимерных смол, полимерных материалов, активированных углей, углеродных волокон (пат. 4917711 США, В 01 D 53/04; заявка 4319895 ФРГ, В 01 D 53/02; заявка 19520504 Германии, В 01 D 46/08; заявка 95100354/04, РФ, С 07 С).

Нетрадиционный адсорбент, разработанный для поглощения углеводородов из паровой фазы, содержит координационные полимеры на основе трет-бутилтриалкилборатов лития [трет-С₄Н₉0В(ОR)₃]Li: (R=С₄Н₉-С₁₁Н₂₃), нанесенные на поверхность волокон и твердых пористых материалов (пат. 2032459 РФ, В 01 J 20/00).

Поскольку разработка адсорбентов для газообразных углеводородов ограничена кругом традиционных материалов, то технологии очистки воздуха преимущественно развиваются в направлении создания и усовершенствования адсорбционных аппаратов и установок (патенты: 2035978, 2043141, 2048170, 2048171, 2048172, 2050920, 2129460 РФ, В 01 D 53/04). При этом наибольший практический интерес представляют аппараты, конструкция которых позволяет использовать адсорбенты в суспендированном состоянии (заявка 3830803 ФРГ, В 01 D 53/10; заявка 2734736 Франции, В 01 D 53/14; пат. 2050170 РФ, В 01 D 19/00) и абсорбенты (пат. 2095126 РФ, В 01 D 53/18). Очевидно, что абсорбенты должны эффективнее, чем адсорбенты поглощать органические соединения из газовоздушных смесей. Однако к настоящему времени абсорбентов известно очень мало. Так, для удаления хлорированных углеводородов из отходящего воздуха используется смесь органических соединений с высокой температурой кипения (заявка 4319102 ФРГ, В 01 J 20/22). Отходящий воздух очищают от углеводородов, спиртов, альдегидов, эфиров контактированием газовоздушной смеси с водной эмульсией, содержащей перекиси и ПАВ, с последующим контактированием воздуха и водной фазы при 105^oС с оксидами металлов IB, IIB, IV, V, VI, VIIB и VIII групп (заявка 19530896 Германии, В 01 D 53/75). Пенополиуретановые слои с открытыми порами (перфорациями) разного размера, обработанные вязким раствором полибутена в 1,1,1-трихлорэтане, используются в качестве адсорбента в воздушном фильтре для автомобильных двигателей (пат. 5573811 США, В 01 D 46/00).

Способ сжигания углеводородов в сжатом воздушном потоке при 650-980^oС является мало полезным в экономическом и экологическом отношении (пат. 5527984 США, В 01 D 53/44).

Напротив, криогенный способ очистки воздуха от органических веществ по сравнению со способом сжигания отличается меньшей безопасностью работ, экологичностью, возможностью повторного использования растворителей после размораживания (Energ. Spektrum. - 1995. - 10. 11. - С.38-40). Криогенный способ особенно пригоден для обработки небольших (<1000 м³) газовых потоков с высокой концентрацией органических веществ (10-1000 г/м³).

Способы очистки воздуха от органических соединений с помощью микроорганизмов (патенты 2048173 и 2082482 РФ, В 01 D 53/44) и мембран, молекулярных сит (пат. 4915838 США, Е 01 D 13/01) имеют еще более частный характер.

С целью фотоокислительного и окислительного разложения полициклических ароматических углеводородов до углекислого газа и воды отходящие газы облучают высоковольтным электрическим разрядом при температурах от -20 до +80^oС (патенты РФ: 2118913, В 03 С 3/00; 2042608, С 08 В 13/11) и потоком ускоренных электронов в присутствии паров минеральной кислоты, взятой в массовом отношении к полициклическим ароматическим углеводородам, равном (1-1,2):1 (пат. 2077936 РФ, В 01 D 53/72).

Если приведенные здесь способы оценить (проанализировать) в отношении экономичности, экологичности, технологичности и селективности, то преимущественная значимость абсорбционных и адсорбционных способов по всем номинациям очевидна.

Например, для технологических условий реализации адсорбционного способа поглощения углеводородов из газовоздушной среды не требуется применение дорогостоящих драгоценных металлов, как в каталитическом способе уничтожения (разложения) углеводородов. Энергозатратность адсорбционного способа в сравнении с технологиями катализа, сжигания и криогенирования составляет самую малую часть.

Технологическое оборудование для осуществления способа адсорбции и оборудование для выполнения норм техники безопасности может быть использовано в самом простейшем варианте. В то время как для процессов нейтрализации газообразных углеводородов в условиях высоких и низких температур, высоковольтного электрического разряда и ускоренных электронов требуется оборудование, соответствующее самым высоким технико-технологическим требованиям. Углеводороды по способу адсорбции не разлагаются (не уничтожаются) до воды и углекислого газа, как в технологиях катализа, сжигания и окисления с применением электрического разряда и ускоренных электронов, а накапливаются в абсорбере. Это увеличивает конкурентную способность способа в отношении экологичности и экономичности. И, наконец, в плане потенциальной возможности повышения селективности поглощения углеводородов абсорбционный способ не имеет себе равных среди известных способов. Селективность способа можно увеличивать практически неограниченно модификацией состава абсорбента.

По технической сущности к предлагаемому способу абсорбции углеводородов из газовоздушных смесей наиболее близок способ очистки газов от паров растворителей, пахучих веществ и других вредных газов (пат. 4203385 А1 Германии, В 01 D 53/14). В этом патенте газообразные вещества, газовую смесь пропускают через абсорбирующую загрязнения промывную жидкость. В качестве промывной жидкости применяют: оливковое, касторовое, миндальное масла, масло из оливковых косточек, масло ядра ореха лещины, масло ядра земляного ореха, рапсовое, сурепковое, кунжутное, маковое масла, масло ядра букового ореха, маисовое, подсолнечное, соевое, хлопковое масло, зерновое, конопляное, древесное масло, масло грецкого ореха или смеси вышеназванных масел.

К недостаткам известного способа (пат. 4203385 А1 Германии) относится применение дорогостоящих масел и их низкая абсорбционная емкость. Низкая абсорбционная емкость растительных масел по углеводородным газам объясняется высоким содержанием (до 60-70%) в них жирных карбоновых кислот и их глицериновых эфиров, которые уменьшают сродство углеводородов к этим маслам. Дороговизна вышеназванных растительных масел делает этот способ недоступным для практической очистки газовоздушных смесей от углеводородов.

Задача изобретения - увеличение абсорбции алифатических, ароматических и непредельных углеводородов и их производных из газовоздушных потоков.

Технический результат достигается тем, что в качестве абсорбента применяют использованные масла (отходы) с динамической вязкостью от 0,5 до 1,6 Па•с. Масляные остатки (отходы) были взяты после использования индустриальных масел в шарикоподшипниковом производстве. Процесс абсорбции углеводородных газов проводят пропусканием газовоздушной смеси через слой масел в абсорбере снизу вверх.

В изобретении в качестве абсорбата использована очень сложная смесь алифатических и ароматических углеводородов (СУ), являющаяся отходом производства катализатора полимеризации пропилена на Томском нефтехимическом комбинате. Состав этой смеси, определенный с помощью газожидкостной хроматографии, следующий, мас.%:
н-Бутан - 0,03
Бутен-1 - 0,02
Бутен-2 - 0,01
Изопентан - 0,04
Пентен-1 - 0,01
2-Метилбутен - 0,20
2-Метилпентен - 0,04
2-Метилпентан - 0,01
н-Гексан - 0,04
2,2-Диметилбутан - 0,38
2-Метилпентен-3 - 0,03
2-Метилгексан - 8,75
3-Метилгексан - 15,50
Гексен-2 - 1,12
Циклогексан - 39,51
н-Гептан - 8,31
2,3-Диметилгексан - 1,11
Гептен - 19,89
Бензол - 0,50
н-Октан - 0,20
Толуол - 1,55
о-Ксилол - 2,76
Способ реализуют по следующей технологии.

Пример 1. В абсорбер определенной массы загружают 35,5 г масляного отхода с динамической вязкостью 0,51 Па•с. Абсорбер соединяют с барботажной емкостью, содержащей смесь углеводородов (СУ). Барботер подключают к компрессору, компрессор включают в электросеть. Сформированный таким образом углеродовоздушный поток направляют в нижнюю часть абсорбера, массу которого определяют периодически. Углеродовоздушную смесь пропускают снизу вверх через слой абсорбента до установления равновесия процесса или до постоянного веса абсорбера. Масса поглощенной СУ составляет 15,27 г, абсорбционная емкость масляного отхода (отработанного индустриального масла в шарикоподшипниковом производстве) равна 0,43 г/г.

Пример 2. В абсорбер определенной массы загружают 31,3 г масляного отхода с динамической вязкостью 0,85 Па•с. Абсорбер соединяют с барботажной емкостью, содержащей смесь углеводородов (СУ). Барботер подключают к компрессору, компрессор включают в электросеть. Сформированный таким образом углеродовоздушный поток направляют в нижнюю часть абсорбера, массу которого определяют периодически. Углеродовоздушную смесь пропускают снизу вверх через слой абсорбента до установления равновесия процесса или до постоянного веса абсорбера. Масса поглощенного СУ составляет 15,65 г, абсорбционная емкость масляного отхода (отработанного индустриального масла в шарикоподшипниковом производстве) равна 0,50 г/г.

Пример 3. В абсорбер определенной массы загружают 47,5 г масляного отхода с динамической вязкостью 1,6 Па•с. Абсорбер соединяют с барботажной емкостью, содержащей циклогексан. Барботер подключают к компрессору, компрессор включают в электросеть. Сформированный таким образом циклогексаноновоздушный поток направляют в нижнюю часть абсорбера, массу которого определяют периодически. Циклогексановоздушную смесь пропускают снизу вверх через слой абсорбента до установления равновесия процесса или до постоянного веса абсорбера. Масса поглощенного циклогексана составляет 33,73 г, абсорбционная емкость масляного отхода равна 0,71 г/г.

Пример по прототипу.

В абсорбер определенной массы загружают 22,4 г подсолнечного масла, абсорбер соединяют с барботажной емкостью, содержащей СУ. Барботер подключают к компрессору, компрессор включают в электросеть. Сформированный таким образом углеродовоздушный поток направляют в нижнюю часть абсорбера, массу которого определяют периодически. Углеродовоздушную смесь пропускают снизу вверх через слой абсорбента до установления равновесия процесса или до постоянного веса абсорбера. Абсорбционная емкость подсолнечного масла равна 0,07 г/г.

Таким образом, предложенный способ является простым и технологичным для очистки газовоздушных смесей и, кроме того, он эффективнее способа по прототипу в 5-10 раз.

Экономическая выгода способа заключается в том, что отходы (масляные остатки) являются эффективными абсорбентами для улавливания углеводородов из газовоздушных промышленных выбросов. Абсорбционная емкость масляных остатков (0,42-0,51 г/г) по углеводородам превышает емкость стандартных индустриальных масел.

Смолистые вещества в масляных отходах, накопленные в процессе эксплуатации стандартных масел, увеличивают их абсорбционную способность. Поэтому масляные отходы становятся сырьем в получении абсорбентов для очистки воздуха от углеводородов из воздуха.

Изобретение относится к абсорбции алифатических, ароматических, непредельных углеводородов и их производных из газовой фазы. Способ осуществляют пропусканием смеси газов через жидкий слой органического абсорбента. В качестве абсорбента газов применяют использованные индустриальные масла (отходы). Способ позволяет увеличить абсорбцию алифатических, ароматических, непредельных углеводородов из газовоздушных потоков.

Способ абсорбции углеводородов из газовоздушных смесей пропусканием смеси газов через жидкий слой органического абсорбента, отличающийся тем, что в качестве абсорбента газов применяют использованные индустриальные масла (отходы).