RU2133636C1 - Installation for cleaning of industrial gas effluents of 3,4-benzpyrene - Google Patents

Abstract

FIELD: installation for cleaning of gas effluents of metallurgical, byproduct coke and petrochemical industries of 3,4-benzpyrene. SUBSTANCE: the after-burning assembly uses a source of ultra-violet radiation comprising a set of ultra-violet lamps installed in the center of the gas conduit. The lamps are arranged along or across the gas flow, each lamp is inclosed in a protective filter in the form of a glass cylinder with phosphor applied onto its surface, and/or with a coating filtering short-wave length radiation /λ340 nm/, and when arranged across it has a reflector in the side of the gas flow. The offered installation for cleaning of gas effluents has been tested in laboratory and industrial conduits. It ensures reduction of concentration of 3.4-benzpyrene by up to 5 times, sufficiently effective conformably to enterprises of aluminium, electrode and byproduct coke industries. Extermination of 1 g of 3.4-benzpyrene consumes within 0.5 to 1.0 kW of power, depending on the gas composition, flow velocity and other parameters of the gas conduit. EFFECT: enhanced efficiency and simplicity in use. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для очистки газовых выбросов металлургических, коксохимических и нефтехимических производств от 3,4-бензпирена (БП) и других полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). The invention relates to a device for cleaning gas emissions from metallurgical, coke and petrochemical industries from 3,4-benzpyrene (BP) and other polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs).

Известны устройства для снижения концентрации БП в газовых выбросах (Аншиц А.Г., Поляков П.В. и др. Экологические аспекты производства алюминия электролизом. Аналитический обзор. Новосибирск, 1991). Для этого используются скрубберы, улавливающие токсичные газы и пыль, вводят в поток газов адсорбенты (коксовую пыль, глинозем и др.), применяют рукавные фильтры для улавливания пыли с токсичными соединениями. Известен вихревой реактор "газ-твердое" фирмы "Алкан" (Канада), позволяющий отделять мелкие частицы и смолистые вещества от газового потока. Полученные твердые токсичные отходы необходимо обезвреживать. Known devices for reducing the concentration of BP in gas emissions (Anshits A.G., Polyakov P.V. et al. Environmental aspects of aluminum production by electrolysis. Analytical review. Novosibirsk, 1991). To do this, scrubbers that trap toxic gases and dust are used, adsorbents (coke dust, alumina, etc.) are introduced into the gas stream, bag filters are used to trap dust with toxic compounds. Known vortex reactor "gas-solid" company "Alcan" (Canada), allowing to separate fine particles and resinous substances from the gas stream. The resulting solid toxic waste must be disposed of.

Вышеуказанным устройствам присущи следующие недостатки:
- низкая эффективность очистки;
- сложность их обслуживания;
- опасность отравления при обращении с концентрированными смесями токсичных отходов.The above devices have the following disadvantages:
- low cleaning efficiency;
- the complexity of their maintenance;
- the danger of poisoning when handling concentrated mixtures of toxic waste.

Известно устройство (патент N 92001851/25 от 22.10.92) для обезвреживания отходящих газов от полициклических ароматических углеводородов, в том числе от 3,4-бензпирена, включающее газоход, дымосос, узел дожигания, состоящий из электронного ускорителя и системы подачи в поток газа паров минеральной кислоты. A device is known (patent N 92001851/25 from 10.22.92) for the neutralization of exhaust gases from polycyclic aromatic hydrocarbons, including from 3,4-benzpyrene, including a gas duct, smoke exhaust, an afterburning unit, consisting of an electronic accelerator and a system for supplying gas to a gas stream mineral acid vapor.

Устройство обеспечивает эффективное обезвреживание газов от ПАУ, однако сложно в эксплуатации и имеет затратную часть по реагентам. The device provides effective neutralization of gases from PAHs, however, it is difficult to operate and has a costly part in terms of reagents.

Прототипом предлагаемого изобретения выбрана установка, предназначенная для снижения концентрации ПАУ, включающая дымосос, газоход, дожигатель на основе термокаталитического окисления в слое муллитокремнеземистого материала (МКЗМ), разогреваемого до 450^oC горелкой, установленной на входе отходящих газов. (Арякин А.Г., Калинин Э.В. и др. Разработка системы газоочистки отходящих газов обжигных печей электролизного производства. Ж. Цветная металлургия, N 10, 1992, с. 35).The prototype of the present invention selected installation designed to reduce the concentration of PAHs, including a smoke exhaust, gas flue, afterburner based on thermocatalytic oxidation in a layer of mullite-siliceous material (MKZM), heated to 450 ^o C by a burner installed at the exhaust gas inlet. (Aryakin A.G., Kalinin E.V. et al. Development of a gas purification system for exhaust gases from roasting furnaces of electrolysis production. J. Non-ferrous metallurgy, N 10, 1992, p. 35).

Перед использованием МКЗМ термообрабатывают в печи обжига при температуре 950^oC, а затем активируют пропиткой раствором уксусно-кислой меди.Before using MKZM heat treated in a kiln at a temperature of 950 ^o C, and then activated by impregnation with a solution of acetic acid copper.

Данная установка существенно снижает концентрацию ПАУ, включая БП, в газовом потоке, причем ПАУ уничтожаются непосредственно в установке и не образуется его опасный концентрат. Однако она недостаточно эффективна, сложна в обслуживании, не технологична, поскольку требует высокой рабочей температуры, взрывоопасна. This installation significantly reduces the concentration of PAHs, including BP, in the gas stream, and PAHs are destroyed directly in the installation and its dangerous concentrate is not formed. However, it is not effective enough, difficult to maintain, not technologically advanced, since it requires a high working temperature and is explosive.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности и экономичности дожигания ПАУ, включая 3,4-бензпирена, упрощения конструкции и обслуживания установки. Поставленная цель достигается тем, что узел дожигания состоит из источника УФ излучения со средней плотностью световой энергии облучения газа 10^-3-3•10^-1 Дж/см², включающего набор УФ ламп, источник устанавливается по центру газохода, имеющего прямолинейный участок 5-10 м вниз и/или вверх по потоку; лампы расположены вдоль или поперек потока газа, каждая лампа заключена в защитный фильтр в виде стеклянного цилиндра с нанесенными на его поверхность люминофором и/или фильтрующим коротковолновое ( λ ≤340 нм) излучение покрытием и при расположении поперек имеет со стороны газового потока отражатель в виде параболического цилиндра с 2 - 5 щелями шириной 1-2 см, расположенными перпендикулярно образующей, или без них; расстояние от центра лампы до вершины параболы составляет 2-8 диаметров лампы, угол раскрытия отражателя 90^o-360^o, диаметр защитного фильтра - (2 - 4) диаметра лампы, длина образующей параболического цилиндра соответствует установочным размерам лампы. Защитный фильтр снабжен двумя штуцерами для прокачки сжатого воздуха.The aim of the invention is to increase the efficiency and economy of afterburning of PAHs, including 3,4-benzpyrene, simplifying the design and maintenance of the installation. This goal is achieved in that the afterburner consists of a UV radiation source with an average density of light energy of gas irradiation of 10 ^-3 -3 • 10 ^-1 J / cm ² , including a set of UV lamps, the source is installed in the center of the duct, having a straight section 5- 10 m downstream and / or upstream; the lamps are located along or across the gas flow, each lamp is enclosed in a protective filter in the form of a glass cylinder with a phosphor and / or filtering short-wavelength (λ ≤340 nm) radiation deposited on its surface and, when placed across, has a parabolic reflector on the gas flow side a cylinder with 2 to 5 slits 1-2 cm wide, located perpendicular to the generatrix, or without them; the distance from the center of the lamp to the top of the parabola is 2-8 lamp diameters, the opening angle of the reflector is 90 ^o -360 ^o , the diameter of the protective filter is (2 - 4) the diameter of the lamp, the length of the generatrix of the parabolic cylinder corresponds to the installation dimensions of the lamp. The protective filter is equipped with two fittings for pumping compressed air.

Наличие прямолинейного участка (5-10 м) вниз или/и вверх по потоку необходимо для эффективного поглощения рабочего излучения газовой средой. The presence of a straight section (5-10 m) downstream and / or upstream is necessary for the effective absorption of working radiation by the gas medium.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема установки для очистки газовых выбросов от БП и других ПАУ, на фиг. 2 - схема источника УФ излучения, на фиг. 3 - вид сбоку фиг. 2. In FIG. 1 is a schematic diagram of a plant for purifying gas emissions from BP and other PAHs; FIG. 2 is a diagram of a UV radiation source; FIG. 3 is a side view of FIG. 2.

Установка состоит из газохода (1), дымососа (2), узла дожигания (3), включающего набор УФ ламп (4), пускорегулирующего устройства (ПРУ) (5), источника напряжения (6) и пробоотборника (7). The installation consists of a gas duct (1), a smoke exhauster (2), an afterburner (3), which includes a set of UV lamps (4), a ballasts (PRU) (5), a voltage source (6) and a sampler (7).

В качестве дымососа (2) на заводах обычно используют вентиляторы или газодувки. Основным элементом узла дожигания (3) является источник УФ излучения. В качестве источника УФ излучения используются лампы специальной разработки. ПРУ (5) также комплектуется устройствами на основе специальной разработки с учетом характеристик УФ ламп. Источник напряжения (6) служит для обеспечения ламп электропитанием. Он может быть на 220 или 380 В. ПРУ формирует импульсы напряжения для запуска УФ ламп и регулирует напряжение на них, а также включение каждой лампы отдельно и всех вместе. Пробоотборник (7) состоит из фильтра, например, АФАС-ПАУ-10, на котором осаждается БП, и калиброванного газооткачного насоса. Фильтр устанавливается в газоходе (1). As a smoke exhaust fan (2), plants usually use fans or gas blowers. The main element of the afterburning unit (3) is a UV radiation source. As a source of UV radiation, lamps of special design are used. The PRU (5) is also equipped with devices based on special design taking into account the characteristics of UV lamps. The voltage source (6) serves to provide lamps with power. It can be 220 or 380 V. The switchgear generates voltage pulses for starting UV lamps and regulates the voltage on them, as well as turning on each lamp separately and all together. The sampler (7) consists of a filter, for example, AFAS-PAH-10, on which a power supply is deposited, and a calibrated gas pump. The filter is installed in the duct (1).

Отражатель в виде параболического цилиндра с посадочным местом под лампу (8) состоит из:
1) защитного фильтра (9), который размещается внутри отражателя так, что ось стеклянного цилиндра параллельна оси лампы;
2) двух торцевых металлических пластин (10) в виде параболы, одна имеет посадочное отверстие под цоколь лампы, другая - посадочное отверстие под защитный фильтр;
3) прижимной пластины (11), которая крепится к торцевой пластине и герметизирует отверстие под защитный фильтр;
4) двух штуцеров (12) для подвода и отвода сжатого воздуха;
5) трех-пяти металлических стяжек (13), которые совместно с торцевыми пластинами составляют каркас отражателя;
6) листов (14) из полированного алюминия, которые крепятся к стенкам отражателя со щелями (15) или без них.A reflector in the form of a parabolic cylinder with a seat for a lamp (8) consists of:
1) a protective filter (9), which is placed inside the reflector so that the axis of the glass cylinder is parallel to the axis of the lamp;
2) two end metal plates (10) in the form of a parabola, one has a landing hole for the lamp base, the other has a landing hole for the protective filter;
3) a pressure plate (11), which is attached to the end plate and seals the hole for the protective filter;
4) two fittings (12) for supplying and removing compressed air;
5) three to five metal ties (13), which together with the end plates make up the reflector frame;
6) sheets (14) of polished aluminum, which are attached to the walls of the reflector with slots (15) or without them.

Угол раскрытия φ отражателя лежит между плоскостями, проведенными через лампу и краем отражателя, и может меняться от 90^o до 360^o.The opening angle φ of the reflector lies between the planes drawn through the lamp and the edge of the reflector, and can vary from 90 ^o to 360 ^o .

Функция отражателя, помимо создания направленного пучка лучей, состоит в том, чтобы обеспечить термостатирование лампы в зависимости от скорости и температуры отходящих газов, которые могут меняться в пределах 5-15 м/с по скорости и +40 - +60^o по температуре. Эта задача выполняется как с помощью введения определенного угла раскрытия, так и созданием щелей в отражателе, позволяющих обдувать защитный фильтр лампы, а также способствовать снятию застойных зон и обеспечить очистку защитного фильтра от пыли. При низких скоростях потоков газа (1 - 5 м/с) и широких сечениях газоходов функции отражателей сводятся к минимуму ( φ = 360^o). Задача более тонкого термостатирования решается с помощью двух штуцеров с трубопроводами для ввода в него охлаждающего сжатого воздуха и вывода его в газоход.The function of the reflector, in addition to creating a directed beam of rays, is to ensure thermostatting of the lamp depending on the speed and temperature of the exhaust gases, which can vary between 5-15 m / s in speed and +40 - +60 ^o in temperature. This task is performed both by introducing a certain opening angle, and by creating slots in the reflector, which allow blowing off the lamp protective filter, as well as helping to remove stagnant zones and to ensure that the protective filter is cleaned of dust. At low gas flow velocities (1 - 5 m / s) and wide cross sections of the flues, the reflector functions are minimized (φ = 360 ^o ). The task of finer thermostating is solved with the help of two fittings with pipelines for the introduction of cooling compressed air into it and its output into the gas duct.

Защитный фильтр с нанесенным на его поверхность фильтрующим покрытием и/или люминофором также выполняет двойную функцию: во-первых, он предотвращает воздействие на лампу агрессивных составляющих газового потока, в частности паров HF, H₂SO₄ и других кислот и пыли, во-вторых, с фильтрующим покрытием он защищает от вредного воздействия на ПАУ коротковолнового ультрафиолета ( λ = 250-340 нм), которое приводит к наработке 3,4-бензпирена.The protective filter with a filter coating and / or phosphor applied to its surface also has a double function: firstly, it prevents the exposure of the lamp to aggressive components of the gas stream, in particular, HF, H ₂ SO ₄ vapors and other acids and dust, and secondly , with a filter coating, it protects against the harmful effects on the PAHs of short-wave ultraviolet radiation (λ = 250-340 nm), which leads to the production of 3,4-benzpyrene.

В случае покрытия защитного фильтра люминофором, преобразующим коротковолновый ультрафиолет ( λ = 250-340 нм) в длинноволновый ( λ = 340-4120 нм), он не только защищает выбросы от воздействия коротковолнового УФ, но и повышает эффективность работы лампы. If the protective filter is coated with a phosphor that converts short-wave ultraviolet (λ = 250-340 nm) to long-wave (λ = 340-4120 nm), it not only protects emissions from exposure to short-wave UV, but also increases the lamp operation efficiency.

Установка работает следующим образом. Подается сжатый воздух внутрь защитного фильтра. С пульта управления ПРУ включает УФ лампы. Газовый поток поступает по газоходу, где размещена установка по очистке газовых выбросов от 3,4-бензпирена. Installation works as follows. Compressed air is introduced into the protective filter. From the control panel, the switchgear includes UV lamps. The gas stream flows through the gas duct, where the installation for cleaning gas emissions from 3,4-benzpyrene is located.

В зависимости от скорости потока и температуры газа предварительно подобранный отражатель с необходимым углом раскрытия и количеством щелей обеспечивает номинальный тепловой режим лампы, помещенной в защитный фильтр. Защитный фильтр обеспечивает пылегазозащиту лампы от агрессивной среды в газоходе, что значительно увеличивает срок службы ламп. Depending on the flow rate and gas temperature, a pre-selected reflector with the required opening angle and the number of slots provides the nominal thermal regime of the lamp placed in the protective filter. The protective filter provides dust and gas protection of the lamp from the aggressive environment in the gas duct, which significantly increases the lamp life.

За счет фотохимической и окислительной реакций происходит преобразование БП и других ПАУ в нетоксичные соединения, в результате их концентрация в потоке резко снижается. Периодически отбирают пробы газа на выходе из газохода и определяют содержание БП. Due to photochemical and oxidative reactions, BP and other PAHs are converted to non-toxic compounds, as a result, their concentration in the stream decreases sharply. Periodically take gas samples at the outlet of the gas duct and determine the content of BP.

В зависимости от его концентрации изменяют число включенных УФ ламп и получают на выходе газ требуемой чистоты по БП. Depending on its concentration, the number of switched-on UV lamps is changed and a gas of the required purity is obtained at the output by BP.

Разработанная установка прошла испытания в лабораторных и производственных условиях при содержании БП до 400 мкг/м³, которые показали, что установка обеспечивает снижение концентрации БП до требуемого его содержания на выходе. Установка достаточно экономична и проста в обслуживании. На уничтожение 1 г БП затрачивается от 0,5 до 1,0 кВт•ч энергии в зависимости от скорости и содержания других газов в потоке.The developed installation was tested in laboratory and production conditions with a BP content of up to 400 μg / m ³ , which showed that the installation provides a decrease in the concentration of BP to its required output content. Installation is quite economical and easy to maintain. From 0.5 to 1.0 kWh of energy is spent on the destruction of 1 g PSU depending on the speed and content of other gases in the stream.

Таким образом, можно сказать, что использование такой установки позволяет повысить эффективность и экономичность обезвреживания БП в газовых выбросах промышленных производств. Thus, it can be said that the use of such a plant allows to increase the efficiency and profitability of BP neutralization in gas emissions from industrial plants.

Claims (3)

1. Установка для очистки газовых выбросов промышленных производств от 3,4-бензпирена (БП), включающая дымосос, газоход, блок питания, узел дожигания, отличающаяся тем, что узел дожигания состоит из источника УФ излучения со средней плотностью световой энергии облучения газа 10^-3 - 3 • 10^-1 Дж/см², включающего набор УФ ламп, установленных по центру газохода, имеющего прямолинейный участок 5 - 10 м вниз и/или вверх по потоку, каждая лампа заключена в защитный фильтр в виде стеклянного цилиндра с нанесенными на его поверхность люминофором и/или фильтрующим коротковолновое (с длиной волны излучения λ ≤ 340 нм) излучение покрытием и с двумя штуцерами для прокачки сжатого воздуха, при этом диаметр защитного фильтра составляет 2 - 4 диаметра лампы, а лампы расположены вдоль или поперек потока газа.1. Installation for cleaning gas emissions from industrial production from 3,4-benzpyrene (BP), including a smoke exhaust, gas duct, power supply, afterburning unit, characterized in that the afterburning unit consists of a UV radiation source with an average light-energy density of gas irradiation of 10 ^{- 3} - 3 • 10 ^-1 J / cm ² , including a set of UV lamps installed in the center of the duct, having a straight section of 5 - 10 m downstream and / or upstream, each lamp is enclosed in a protective filter in the form of a glass cylinder coated with its surface with a phosphor and / or filter yuschim short wave (having a wavelength emission λ ≤ 340 nm) radiation and coated with two connections for pumping pressurized air, the diameter of the protective filter is 2 - 4, the lamp diameter and lamp arranged along or transversely to the gas flow. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что при расположении ламп поперек потока газа каждая лампа имеет со стороны газового потока отражатель в виде параболического цилиндра, расстояние от центра лампы до вершины параболы отражателя составляет 2 - 8 диаметров лампы, длина образующей параболического цилиндра соответствует установочным размерам лампы, а угол раскрытия отражателя составляет не менее 90^o.2. Installation according to claim 1, characterized in that, when the lamps are arranged across the gas flow, each lamp has a parabolic cylinder on the gas flow side, the distance from the center of the lamp to the top of the reflector parabola is 2-8 lamp diameters, the length of the parabolic cylinder generatrix corresponds to the installation dimensions of the lamp, and the opening angle of the reflector is at least 90 ^o . 3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что отражатель имеет 2 - 5 щелей шириной 1 - 2 см, расположенных перпендикулярно образующей параболического цилиндра. 3. Installation according to claim 2, characterized in that the reflector has 2 to 5 slots 1 to 2 cm wide, perpendicular to the generatrix of the parabolic cylinder.

Images