способ очистки отходящих технологических газов от летучей токсичной и пахучей органики при наличии смолисто-сажевых аэрозолей

Формула изобретения

Способ очистки отходящих технологических газов, содержащих смолистосажевый аэрозоль и пахучую или токсичную органику, путем пропускания потока очищаемого газа через зону разряда, отличающийся тем, что для повышения эффективности очистку проводят последовательно сначала путем электрофильтрации при помощи электрофильтра, а затем с помощью окислительного реактора на основе импульсного коронного разряда.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области защиты окружающей среды от промышленных выбросов органических веществ в атмосферу, в том числе полициклических ароматических углеводородов, в частности к очистке вентвыбросов и отходящих технологических газов металлургических, (особенно алюминиевых и электродных заводов), химических, нефтехимических, коксовых и нефтегазовых заводов и производств, текстильной и пищевой промышленности от бенз(а)пирена, других полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) и летучей пахучей органики при наличии в очищаемых потоках смолисто-сажевых аэрозолей и/или пыли.

Известны способы очистки газов от органических веществ путем окисления их в импульсном коронном разряде, или путем обработки их электронным пучком, или УФ-излучением, или каталитическим окислением. Однако эти способы не могут быть использованы, либо неэффективны при наличии в составе очищаемых газов смолисто-сажевых аэрозолей и/или пыли. Кроме того, использование ускорителей электронов затруднено сложностью их конструкции и высокой стоимостью. Применение УФ-источников требует больших энергозатрат из-за низкого к. п. д. УФ-источников. Недостатком каталитического способа очистки газовой смеси является высокая цена катализатора и сложность технологической цепочки его регенерации, быстрая потеря эффективности, коксование в присутствии смолисто-сажевого аэрозоля и/или пыли.

Известны способы очистки отходящих технологических газов от смолисто-сажевых аэрозолей путем использования скрубберов, термическим сжиганием отходящих газов, электрофильтрацией, фильтрацией на стационарных или ротационных волокнистых фильтрах. Недостатком скрубберов является низкая эффективность очистки от смолисто-сажевых аэрозолей и летучей органики, термическое сжигание очень энергоемко, а волокнистые фильтры при наличии смолисто-сажевых аэрозолей быстро выходят из строя.

Наиболее близким к предлагаемому является непрерывный способ очистки отходящих газов при помощи электрофильтрации [1]. Применение этого способа позволяет обеспечить глубину очистки от ПАУ на уровне 98 - 99%, чего в ряде случаев оказывается недостаточно [1] , поскольку на наиболее опасные ПАУ, например, бенз(а)пирен, установленные значения ПДК находятся на чрезвычайно низком уровне. Кроме того, недостатком этого способа является неэффективность при очистке от субмикронной и газовой фракций выбросов, что является основной причиной ограничения достигаемой данным способом глубины очистки.

Другим близким к данному способу очистки является очистка с помощью импульсного коронного разряда [2]. Недостатком этого способа является низкая его эффективность при очистке газовых потоков, содержащих смолисто-сажевые аэрозоли. Повышение глубины очистки может быть достигнуто значительным увеличением удельных энергозатрат, что экономически нецелесообразно. При умеренных энергозатратах происходит даже генерация летучих органических компонентов из аэрозоля за счет взаимодействия с активными частицами разряда.

Целью предлагаемого способа очистки является достижение высоких экологических показателей за счет глубокой степени очистки отходящих технологических газов как от смолисто-сажевых аэрозолей различного состава, так и от широкого спектра органических веществ, включая так называемые приоритетные ПАУ, в том числе бенз(а)пирен, на компактном оборудовании при умеренных энергозатратах.

Указанная цель достигается тем, что поток очищаемой газовой смеси пропускается через электрофизический аппарат, первой ступенью которого является электрофильтр, за которым установлена реакционная камера импульсного коронного разряда. Электрофильтр устраняет смолисто-сажевые аэрозоли из очищаемого потока, а импульсный коронный разряд инициирует реакции, приводящие к быстрому (за время прохождения потоком через реакционную камеру) и эффективному устранению токсичных примесей из потока газа. Такое сочетание в указанной последовательности двух ступеней очистки обеспечивает достижение принципиально нового результата - недосягаемой другими известными способами глубины очистки.

Проведены испытания по устранению ПАУ в вентвыбросе электродного производства алюминиевого завода. Приведем основные результаты применения установки для очистки от ПАУ. Таблица демонстрирует эффективность применения предлагаемого способа очистки по компонентам приоритетных ПАУ в относительных единицах при сумме концентраций измеренных ПАУ на входе в установку на уровне 4 мг/м.

Содержание каждого компонента на входе в ЭФ принято за сто процентов (столбец 1). Столбец 2 - проскок соответствующего компонента через ЭФ (в %). Столбец 3 - процентная доля соответствующего компонента на выходе из установки. Столбец 4 - процентная доля компонента, прошедшего РК, по отношению к его количеству на входе в РК, принятому за 100 процентов.

Подсчет показывает, что массовая доля ПАУ, прошедшая ЭФ, составляет 3%, массовая доля ПАУ, прошедшая РК, составляет 5%, доля ПАУ, прошедшая установку, составляет 0,15%, т. е. интегральная эффективность очистки от ПАУ (глубина подавления ПАУ) находится на уровне 99,85%. Эта величина соответствует массовой доле ПАУ, не прошедших через установку, при содержании ПАУ на входе на уровне 4 мг/м.

Видно, что интегральная глубина очистки на первой ступени (ЭФ) и второй ступени (РК) соизмеримы, причем вторая ступень подавляет ПАУ в газовой фазе и самую мелкую, и потому наиболее опасную, фракцию аэрозоли, чего в принципе невозможно достигнуть при применении электрофильтра или при обработке импульсным коронным разрядом в отдельности.

Проведены испытания по очистке вентвыброса коптильного производства от смолисто-сажевого аэрозоля и летучей токсичной и пахучей органики. Эксперименты, проведенные в лабораторных условиях и в условиях реального производства, показали, что для достижения удовлетворительного дезодорирующего эффекта помимо окисления газообразных дурнопахнущих составляющих коптильного газа необходимо также и глубокое подавление смолисто-сажевых аэрозолей, содержащихся в коптильном дыме.

В ходе экспериментов удовлетворительная степень дезодорации вентвыброса достигалась лишь в том случае, когда дезодорируемый дымовой газ был предварительно очищен от аэрозоли до степени, более 95%. В противном случае требовалась чрезвычайно высокая мощность установки для достижения приемлемого уровня дезодорации, либо при умеренной мощности происходила генерация целого спектра газообразной органики как продуктов взаимодействия смолисто-сажевого аэрозоля с активными частицами, генерируемыми в газе импульсным коронным разрядом. В ходе экспериментов для обеспечения предварительной фильтрации применялись электрофильтры нескольких конструкций. Рассматривался как вариант с одновременной дезодорацией и электрофильтрацией, так и вариант, при котором электрофильтр выполнял функцию предочистки, располагаясь перед реакционной камерой для окисления токсичных и дурнопахнущих газовых примесей.

В ходе проведенных экспериментов установлено, что для достижения максимальной глубины очистки при фиксированной мощности требуется последовательная обработка газового потока электрофильтром и импульсным коронным разрядом. Показано, что минимально необходимая глубина очистки составляет 95 - 99%. Как показали проведенные измерения, этого достаточно для эффективной дезодорации дымового газа на выходе окислительной камеры.

Для оценки эффективности работы окислительной камеры были проведены измерения концентрации летучей органики и других токсичных составляющих на входе в окислительный реактор и после него. Оценка эффективности очистки выбросов осуществлялась по степени снижения концентраций отдельных токсичных веществ, определяемых методом компьютерной хромато-масс-спектрометрии, дающей возможность одновременно анализировать присутствие свыше ста летучих органических соединений, включая продукты трансформации, на уровне их гигиенических нормативов в воздухе.

В результате проведенных измерений показано, что установка обладает высоким деструктирующим действием по отношению к большей части веществ, входящих в состав воздушных выбросов коптильного производства. В частности, концентрации непредельных, фурановых, ароматических углеводородов, эфиров, альдегидов, кетонов, а также фенола снизились в десятки и сотни раз. Деструктирующему влиянию подверглись около 80% всех идентифицированных и контролируемых веществ. Суммарное содержание летучей органики в результате работы установки уменьшилось более чем в три раза.

Такая глубина очистки не является предельной - она зависит от удельной мощности, вводимой в реакционную камеру. В рассматриваемом же случае параллельно решалась задача оптимизации мощности полномасштабной установки - достижение удовлетворительного уровня дезодорации при минимуме капитальных затрат и минимальной электрической мощности, вводимой в реакционную камеру.

Таким образом предлагаемый способ очистки обладает рядом преимуществ перед используемыми ранее: отсутствие необходимости дополнительных устройств для сбора и вывода продуктов реакции; концентрированный и удобный для утилизации вид продуктов реакции; энергетическая эффективность; большая достигаемая степень очистки без увеличения энергозатрат; компактность, простота и относительно низкая цена установки.