Способ термической обработки стоков производства капролактама Советский патент 1992 года по МПК G05D27/00 

Изобретение относится к способам управления технологическими процессами, в частности к способам управления термической обработкой сточных вод в производстве капролактама, и может найти применение в химической и других отраслях промышленности.

В производстве капролактама на разных стадиях образуется значительное количество жидких отходов, содержащих натриевые соли органических кислот,, получаемых в результате нейтрализации гидроокисью натрия продуктов окисления циклогексана, кроме того, в жидких стоках находятся органические примеси. Источником их образования являются побочные реакции, а также продукты термического

разложения, осмоления и полимеризации целевых продуктов в процессе разделения и очистки продуктов дистилляцией и ректификацией.

Эти отходы подвергают термическому обезвреживанию в зоне огневого факела. В ходе термоокислительного процесса органическая часть отходов выгорает до двуокиси углерода и воды и натриевые соли органических кислот превращаются в кальцинированную и каустическую соду.

Известна установка для термического обезвреживания отходов в производстве капролактама, управление процессом сжигания в которой осуществляют путем стабилизации соотношения расхода природного

-ч N

N3 х|

ю ю

газа к воздуху и регистрации количества сточных вод.

Недостатком способа является низкое качество регулирования.

Это объясняется тем, что стоки производства капролактама имеют неоднозначный состав. Увеличение в стоках доли горючих примесей, на сжигание которых требуется большее количество кислорода, даже при оптимальной температуре в печи (при сохранении общего тепловыделения при сгорании стоков) приводит к недогару и увеличению содержания оксидов углерода, если вовремя не увеличить подачу воздуха.

Кроме того, при максимальных нагрузках увеличение скорости движения дымовых газов в печи может привести к смещению факела пламени к дымоходу, при этом в дымовых газах увеличивается количество воды в паровой фазе, увеличивается скорость их движения, что способствует уносу твердой фазы (пыли соды).

И в том, и в другом случае превышаются предельно допустимые концентрации в выбросах в атмосферу, что требует немедлен- ного снижения производительности установки.

Цель изобретения - повышение эколо- гичности способа за счет уменьшения выбросов в атмосферу оксидов углерода.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термической обработки стоков производства капролактама, включающему сжигание топливно-воздушной смеси в циклонной печи с регулированием подачи топлива по количеству подаваемых в эту печь стоков и подачи воздуха по количеству подаваемого топлива, а также охлаж- дение и очистку топочных газов в скруббере, измеряют содержание оксидов углерода в отходящих в атмосферу топочных газах и температуру топочных газов на входе в скруббер, причем подачу воздуха корректируют пропорционально содержанию оксидов углерода в отходящих в атмосферу топочных газах, а при достижении на входе в скруббео предельно допустимой температуры топочных газов уменьшают подачу стоков.

Увеличение подачи воздуха позволяет однозначно снизить содержание оксидов углерода, однако чрезмерное увеличение подачи воздуха, особенно при больных нагрузках по сжигаемым стокам, приводит к смещению факела пламени к газоходу, при этом температура газов на входе в скруббер увеличивается, а качество сжигания ухудшается, так как уменьшается время горения, образуется недогар, что приводит к увеличению содержания оксидов углерода в дымовых газах.

Уменьшение подачи стоков при достижении в газоходе критической температуры

газов позволяет снизить подачу топлива и соответственно воздуха, при этом снизится общее количество топочных газов и, соответственно, скорость их движения в печи, смещение факела пламени прекратится,

0 температура в газоходе снизится.

При этом, если повышение содержания оксидов углерода определялось недогаром именно из-за смещения факела пламени, то содержание оксидов углерода в дымовых

5 газах уменьшится, а подача воздуха еще более снизится за счет изменения соотношения подач топливо: воздух по содержанию оксидов углерода в дымовых газах.

Подача воздуха будет уменьшаться до

0 тех пор, пока опять не начнет увеличиваться содержание оксидов углерода вследствие недостатка кислорода, при этом соотношение подач топливо:воздух застабилизирует- ся на минимальном уровне по содержанию

5 оксидов углерода в дымовых газах.

Таким образом, совместное воздействие на соотношение подач топливо:воздух по содержанию оксидов углерода и воздействие на подачу стоков по критической тем0 пературе газов в газоходе позволяет минимизировать содержание оксидов углерода в дымовых газах.

На чертеже представлена схема установки сжигания .сточных вод и блок-схема

5 устройства, реализующего способ.

Установка включает в себя вертикальную циклонную печь 1 с форсунками-распределителями 2-4 соответственно топлива, воздуха и уничтожаемых стоков,

0 газоход 5, скруббер 6, двухкамерный сборник 7, трубу 8 Вентури, циклон 9 и дымовую трубу 10.

Скруббер б снабжен разбрызгивателями 11 водяной завесы и разбрызгивателями

5 12 раствора соды, труба 8 Вентури снабжена разбрызгивателями 13. Сборник 7 снабжен насосами 14 и 15, нагнетательные линии которых соединены с разбрызгивателями 12 и 13 соответственно.

0 Линия подачи стоков в циклонную печь 1 снабжена расходомером 16 и регулирующим клапаном 17, линия подачи топлива - расходомером 18 и клапаном 19, линия подачи воздуха - регулируемой задвижкой 20.

5 Устройство управления состоит из датчика 21 концентрации оксидов углерода в дымовых газах, установленного в дымовой трубе 10, датчика 22 температуры газов, установленного в газоходе 5, схемы 23 сравнения/ блока 24 соотношения,

корректирующего блока 25 и исполнительного механизма 26.

Схема работает следующим образом.

Природный газ или другое топливо через клапан 19. расходомер 18 и распредели- тель 2 подают в циклонную печь 1, куда через распределитель 3 подают воздух. За счет сжигания топлива в вертикальной части печи 1 поддерживается температура 900-1200°С.

Для природного газа, на 98% состоящего из метана, соотношение подач поддерживают в пределах газ:воздух 1:(14-18) по цепи расходомер 18 - блок 25 - исполнительный механизм 26 - задвижка 20. Не- смотря на то,что для сгорания 1м3 природного газа требуется 9,5 м° воздуха, дозировку воздуха осуществляют с большим избытком. Это объясняется тем, что кислород воздуха расходуется не только для .горения природного газа, но и для окисления органической части подаваемых на уничтожение стоков. Недостаточная подача воздуха приводит к недогару природного газа и органических примесей, повышению содержания в отходящих газах оксида углерода.

Слишком избыточная подача воздуха приводит к повышению водоэнергопотреб- ления процесса и увеличению содержания пыли соды в отходящих газах. Это объясняется тем, что при слишком большой подаче воздуха огневой факел смещается в сторону газохода 5, время горения сокращается, так как уменьшается расстояние до конца цепи 1, повышение температуры газов в газоходе 5 автоматически увеличивает температуру отходящих газов, при этом увеличивается общее их количество за счет дополнительного количества водяного пара и уносимой им пыли соды.

По высоте печи 1 расположены форсунки 4 специальной конструкции, через кото-- рые в зону огневого факела вводят жидкие отходы производства (сточные воды).

Подачу стоков осуществляют в количестве 4,5 мг/ч в зависимости от требуемой производительности установки, при этом осуществляют дозирование топлива по цепи расходомер 16 - блок 24 соотношения - клапан 19 из расчета на 1 мЗ/ч стоков 280 нм3/ч топлива в пересчете на природный газ.

Образующийся при термическом обезвреживании плав соды собирается в нижней части печи 1, откуда самотеком выводится из схемы.

Дымовые газы через дымоход направляют для охлаждения и очистки последовательно в скруббер 6, трубу 8 Вентури и циклон 9.

Температуру дымовых газов в газоходе 5 замеряют датчиком 22 и полученный сигнал заводят на первый вход схемы 23 сравнения, на второй вход которой заведен сигнал Ткр критического значения температуры, превышение которого недопустимо

При смещении огневого факела к газоходу 5 вследствие чрезмерной нагрузки либо изменения состава уничтожаемых стоков и достижения в газоходе 5 температуры Ткр схемы 23 сравнения выдает на управляющий клапан 17 сигнал ограничения нагрузки по уничтожаемым стокам.

Дымовые газы при входе в скруббер 6 охлаждаются захоложенной водой, подаваемой в форсунки 11 водяной завесы. Орошение скруббера 6 осуществляют при помощи насоса 14 циркулирующим содовым раствором с концентрацией до 15% из сборника 7. Упаренный содовый раствор выводится из нижней части скруббера 6 опять в сборник 7.

Охлажденные до 200-250°С дымовые газы из скруббера б поступают в трубу 8 Вентури, также орошаемой через форсунки 13 посредством насоса 15 содовым раствором (до 15%) из сборника 7. Из трубы 8 Вентури дымовые газы и содовый раствор направляют в вертикальный циклон-пылеуловитель 9, где содовый раствор сепарируется от газов и самотеком из нижней части циклона. 9 выводится в отстойник 7, из которого содовый раствор возвращают на орошение скруббера 6 и трубы 8 Вентури.

Очищенные дымовые газы с температурой не белее 120°С из верхней части циклона 9 через дымовую трубу 10 сбрасываются в атмосферу.

Содержание оксидов углерода в сбрасываемых в атмосферу дымовых газах заме- ряют датчиком 21 и соответствующий сигнал заводят в корректирующий блок 25 При увеличении содержания оксидов углерода в дымовых газах блок 25 корректирует соотношение топливо - воздух в сторону увеличения воздуха, при этом через исполнительный механизм 26 приоткрывается задвижка 20 и увеличивается подача воздуха в циклонный смеситель печи 1.

При чрезмерном увеличении нагрузки и, как следствие, подач топлива и воздуха огневой факел смещается вниз, при этом температура в газоходе 5 увеличивается и по цепи датчик 22 температуры - схема 23 сравнения - клапан 17 уменьшается нагрузка печи 1 по стокам, при этом по цепи расходомер 16 - блок 24 соотношения - клапан 19 уменьшается подача топлива, а по цепи

расходомер 18 - блок 25 - исполнительный механизм 26 - задвижка 20 соответственно снижается количество подаваемого в печь 1 воздуха, при этом огневой факел смещается выше в зону форсунок 4, температурный режим стабилизируется и снижается количество водяного пара и уносимой им пыли соды в дымовых газах, сбрасываемых в атмосферу.

П р и м е р 1. Осуществляют сжигание сточных вод в количестве 5 м3/ч с содержанием адипатов натрия 18,6 мас.% и гидроокиси натрия 0,6 мас.%. Температура в газоходе 5 составляет 1050°С, в атмосферу сбрасывают 94000 м /ч дымовых газов со следующим содержанием. %: СО 0,09; пыль соды 0,20; водяной пар 73,26; азот и диоксид углерода остальное.

При отключенном контуре регулирования по температуре топочных газов увеличивают подачу сточных вод до 5,3 м3/ч, при этом соответственно увеличивают подачу топлива и воздуха. Температура в газоходе 5, измеряемая датчиком 22, за счет смещения огневого факела вниз повышается до 2120°С, при этом увеличивается количество дымовых газов до 116000 м3/ч в основном за счет паров воды: СО 0,09%; пыль соды 0,26; вода76,12%.

При включении контура регулирования по температуре топочных газов и установки задания Ткр 1150°С устанавливается режим подачи стоков 5,10 мЗ/ч, при этом количество дымовых газов снижается до 98000 м3/ч следующего состава, %: СО 0,09; пыль соды 0.20; вода 73,34.

П р и м е р 2. Проводят сжигание сточных вод в количестве 4,7 м3/ч состава, соответствующего примеру 1. В процессе сжигания скачкообразно при отключенном контуре регулирования по содержанию оксидов углерода подачи 0,4 м /ч органических стоков (Х-масло). Количество дымовых газов составляет 96500 мЗ/ч следующего состава. %: СО 0,28; пыль соды 0,22; вода 73.12.

При включении контура регулирования по содержанию оксидов углерода в дымовых газах количество дымовых газов увеличилось до 99000 м3/ч, при этом содержание оксидов углерода снизилось до 0,10%, пыль соды 0,19%, вода 72,85%.

15

Формула изобретения

Способ термической обработки стоков производства капролактама. включающий сжигание топливно-воздушной смеси в циклонной печи с регулированием подачи топлива по количеству подаваемых в эту печь стоков и подачи воздуха по количеству подаваемого топлива, а также охлаждение и очистку топочных газов в скруббере, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения экологичности способа за счет уменьшения выбросов в атмосферу оксидов углерода, измеряют содержание оксидов углерода в отходящих в атмосферу топочных газах и

температуру топочных газов на входе в скруббер, причем подачу воздуха корректируют пропорционально содержанию окси- дов углерода в отходящих в атмосферу топочных газах, а при достижении на входе

в скруббер предельно допустимой температуры топочных газов уменьшают подачу стоков.

7 пп/Јо

атмосферу

Изобретение относится к автоматическому регулированию и может использоваться в химической и других отраслях промышленности, в частности при управлении термической обработкой сточных вод производства капролактама. Целью изобретения является повышение экологичности способа термической обработки стоков производства капролактама за счет уменьшения выбросов в атмосферу оксидов углерода. Сущность предложенного способа заключается в одновременном измерении содержания оксидов углерода в отходящих в атмосферу топочных газах и температуры топочных газов на входе в скруббер, корректировании подачи воздуха пропорционально содержанию оксидов углерода в отходящих в атмосферу топочных газах и уменьшении подачи стоков при достижении предельно допустимой температуры топочных газов на входе в скруббер. 1 ил. ел с