SU1736582A1 - Method of cleaning waste gases of organic matter - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к способам очистки отход щих газов от органических веществ . Использование: преимущественно химическа  и металлургическа  промышленность . Сущность изобретени : отход щие газы печи термообработки смолодоломитовых огнеупоров сжигают при 850-950°С, далее обогащают газы кислородом до 10-12 об.% итермообрабатыва- ют при 500-550°С 0,8-1 с - окисление полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), затем провод т каталитическую очистку газов при той же температуре Степень очистки от ПАУ и бенз(а)пирена 99,895-99,91%. 1 табл., 1 илThe invention relates to methods for purifying waste gases from organic matter. Usage: mainly chemical and metallurgical industry. SUMMARY OF THE INVENTION: The waste gases of a heat treatment furnace of smolodolite refractories are burned at 850–950 ° C, then the gases are enriched with oxygen to 10–12% by volume and processed at 500–550 ° C. 0.8–1 s — oxidation polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), then catalytic gas cleaning is performed at the same temperature. The degree of purification from PAHs and benzo (a) pyrene is 99.895-99.91%. 1 tab., 1 sludge

Description

Изобретение относитс  к технике очистки отход щих газов от органических веществ и может быть использовано в химической, металлургической и других отрасл х промышленности.The invention relates to a technique for the purification of waste gases from organic substances and can be used in the chemical, metallurgical and other industries.

Известен способ очистки газовых выбросов , содержащих смесь высоко- и низкокип щих углеводородов, согласно которому исходный газовый поток охлаждают, образовавшийс  при этом конденсат сжигают в факеле, а несконденсированные выбросы раздел ют на два потока, один из которых используют в качестве окислител  при факельном сжигании, а другой смешивают с продуктами факельного сжигани  и подают на каталитическое окисление.A known method for purification of gas emissions containing a mixture of high- and low-boiling hydrocarbons, according to which the source gas stream is cooled, the condensate formed is burned in a flare, and non-condensed emissions are divided into two streams, one of which is used as an oxidant during flaring, and the other is mixed with the products of flare combustion and is fed to catalytic oxidation.

При этом соотношение потоков несконденсированных выбросов, направл емых на факельное сжигание и каталитическое окисление , устанавливают равным 0,6-1,0:1,0.At the same time, the ratio of uncondensed emissions to the flaring and catalytic oxidation is set to 0.6-1.0: 1.0.

Кроме того, количество продуктов факельного сжигани , подаваемых на смешение с несконденсированными выбросами подаваемыми на каталитическое окисление поддерживают равным 0,10-0,20 от общего выхода продуктов сжигани .In addition, the number of flare products supplied for mixing with uncondensed emissions supplied for catalytic oxidation is maintained at 0.10-0.20 of the total yield of combustion products.

Недостаток указанного способа обусловлен ограниченной областью применени , в частности невозможностью очистки выбросов газа с содержанием кислорода менее 1 %. вследствие того, что по данному способу очистки один из потоков несконденсировавшихс  выбросов используют в качестве окислител  при факельном сжигании .The disadvantage of this method is due to the limited scope, in particular, the impossibility of cleaning gas emissions with an oxygen content of less than 1%. due to the fact that in this purification method one of the uncondensed emissions streams is used as an oxidizer during flare combustion.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  способ очистки отход щих газов от органических примесей включающий каталитическую очистку и термохимическое сжигание, при этом перед каталитической очисткой смесь отход щих газов с продуктами сгорани  выдерживают при 600-700°С в течение 0.2-0 5 с а затемThe closest to the proposed technical essence and the achieved result is a method of purification of exhaust gases from organic impurities including catalytic purification and thermochemical combustion, while prior to catalytic purification, the mixture of exhaust gases with combustion products is maintained at 600-700 ° С for 0.2- 0 5 s and then

слcl

сwith

подвергают термомеханическому сжиганию при 1000-1100°С.subjected to thermomechanical combustion at 1000-1100 ° C.

Недостатком известного способа  вл етс  высока  степень очистки много дерных полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) из-за отсутстви  их по- стадийного термического окислени .The disadvantage of this method is the high degree of purification of multi-core polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) due to the absence of their stepwise thermal oxidation.

Цель изобретени  - повышение степени очистки отход щих газов от ПАУ, преимущественно от бенз(а)пирена,The purpose of the invention is to increase the degree of purification of waste gases from PAHs, mainly from benzo (a) pyrene,

Способ включает термическое сжигание газов при 850-950°С, последующее обогащение кислородом воздуха до 10-12 об.%, термообработку при 500-550°С в течение 0,8-1 с и затем каталитическую очистку при той же температуре.The method includes thermal combustion of gases at 850–950 ° C, subsequent enrichment with air of oxygen up to 10–12 vol%, heat treatment at 500–550 ° C for 0.8–1 s, and then catalytic purification at the same temperature.

Необходимость обогащени  отход щих газов кислородом воздуха и их окисление после термической обработки перед каталитической очисткой обусловлено следующим .The need to enrich the exhaust gases with air oxygen and their oxidation after heat treatment before catalytic purification is due to the following.

Обогащение кислородом воздуха отход щих газов и их окисление производ т в смесителе в интервале температур 500- 550°С.The enrichment of exhaust gases with air oxygen and their oxidation are carried out in a mixer in the temperature range of 500- 550 ° C.

В данном интервале температур основной реакцией  вл етс  дегидрирование,которое приводит к образованию продуктов полимеризации и поликонденсации. При термическом воздействии на содержащиес  в очищаемом газе т желые ПАУ в присутствии кислорода воздуха происходит отщепление водорода и метильных групп с образованием радикалов, которые реком- бинируют в молекулы большего размера. Действие кислорода воздуха сводитс  к интенсификации процесса дегидрировани . При термической выдержке в присутствии кислорода воздуха в газовом смесителе в течение 0,8-1 с происходит деструкци  образованных молекул большего размера на простые углеводородные соединени .In this temperature range, the main reaction is dehydrogenation, which leads to the formation of polymerization and polycondensation products. Thermal effects on heavy PAHs contained in the gas to be cleaned in the presence of atmospheric oxygen result in the elimination of hydrogen and methyl groups with the formation of radicals, which recombine into larger molecules. The action of atmospheric oxygen is reduced to the intensification of the dehydrogenation process. During thermal exposure in the presence of air oxygen in a gas mixer for 0.8–1 s, decomposition of larger molecules into simple hydrocarbon compounds occurs.

В результате этого, продукты окислени  (ПАУ), представл ющие собой перекиси, содержащие группу -0-0-, в которой половина кислорода находитс  в слабосв занном состо нии , попада  на слой активного катализатора , глубоко окисл етс  до С02 и Н20. Окисление т желых много дерных ПАУ на катализаторе без их предварительной термической деструкции в присутствии кислорода воздуха в газовом смесителе приводит к образованию на слое катализатора пиро- углеродистых соединений (сажи), которые снижают активность катализатора.As a result, oxidation products (PAHs), which are peroxides containing the -0-0- group, in which half of the oxygen is in the weakly bound state, fall on the active catalyst layer, are highly oxidized to CO2 and H2O. Oxidation of heavy multi-nuclear PAHs on the catalyst without their prior thermal decomposition in the presence of air oxygen in a gas mixer leads to the formation of pyrocarbon compounds (soot) on the catalyst bed, which reduce the activity of the catalyst.

При соотношении смеси пиролизных газов и воздуха менее 1:1 процесс окислени  ПАУ, в том числе бенз(а)пирена, происходит недостаточно эффективно из-за низкого содержани  кислорода При соотношенииWhen the ratio of the mixture of pyrolysis gases and air is less than 1: 1, the oxidation process of PAH, including benzo (a) pyrene, is not efficient enough due to the low oxygen content. At a ratio of

5 five

00

5five

00

5five

00

5five

00

газ-воздух более 1:1,5 значительно снижаетс  температура реакционной смеси, что приводит к снижению скорости окислени  ПАУ, в том числе бенз(а)пирена.gas-air more than 1: 1.5, the temperature of the reaction mixture decreases significantly, which leads to a decrease in the rate of oxidation of PAH, including benzo (a) pyrene.

При продолжительности окислени  ПАУ в смесителе менее 0,8 с полной термической деструкции т желых много дерных углеводородов не происходит из-за недостатка времени дл  осуществлени  последовательного стадийного окислени  т желых ПАУ Увеличение времени термического окислени  в смесителе более 1 с приводит к значи- тельному увеличению размеров оборудовани  при той же степени окислени .When PAH oxidation duration in the mixer is less than 0.8 with complete thermal destruction of heavy multicore hydrocarbons, it does not occur due to the lack of time to carry out sequential stepwise oxidation of heavy PAHs. An increase in the thermal oxidation time in the mixer for more than 1 s leads to a significant increase in size. equipment with the same degree of oxidation.

Размещение газового смесител  перед циклонной топкой нецелесообразно, так как отход щие газы пиролиза имеют низкую начальную температуру (200-600°С), котора  при разбавлении газов кислородом воздуха еще больше снижаетс , что приводит к конденсации и полимеризации пиролизных газов . В результате исключаетс  возможность термического разложени  т желых много дерных ПАУ. Кроме того, отсутствие предварительного термического удара в циклонной топке исключает образование свободных радикалов в т желых углеводородах и дальнейшее их разложениеPlacing a gas mixer in front of a cyclone furnace is impractical because the pyrolysis exhaust gases have a low initial temperature (200-600 ° C), which decreases further when the gases are diluted with oxygen from the air, which leads to condensation and polymerization of the pyrolysis gases. As a result, the possibility of thermal decomposition of heavy multi-nuclear PAHs is eliminated. In addition, the absence of a preliminary thermal shock in a cyclone furnace eliminates the formation of free radicals in heavy hydrocarbons and their further decomposition.

Наличие термической выдержки смеси отход щих газов с продуктами сгорани  по известному способу перед термическим сжиганием обусловлено тем, что отход щие газы смешиваютс  с продуктами сгорани , имеющими высокую температуру.The presence of thermal aging of the mixture of exhaust gases with combustion products by a known method before thermal combustion is due to the fact that the exhaust gases are mixed with combustion products having a high temperature.

Пример. Способ осуществл ют на опытно-промышленной установке, схема которой приведена на чертеже, на металлургическом комбинате (ДМК) в г Днепродзержинске .Example. The method is carried out at a pilot plant, the scheme of which is shown in the drawing, at a metallurgical plant (DMK) in Dneprodzerzhinsk.

Параметры процесса термокаталитической очисти газов следующие.The process parameters of thermocatalytic gas cleaning are as follows.

Количество газов,The amount of gases

5 five

00

5five

поступающих на очистку, м /ч Концентраци  ПАУentering the treatment, m / h PAH concentration

в сжигаемых газах,in combustible gases,

г/м3g / m3

в том числе бенз(а) пиренаincluding benzo (a) pyrene

Температура в топке, °С Температура в смесителе, °С Температура в слое катализатора , °С Объемна  скоростьThe temperature in the furnace, ° C The temperature in the mixer, ° C The temperature in the catalyst bed, ° C Volume velocity

газа, ч 1 Сопротивлениеgas, h 1 resistance

13001300

До 50Up to 50

До1 850-950 500-550Do1 850-950 500-550

500-550 8000500-550 8000

сло  катализатора , кПа4-5 Катализатор Медно-хромовый Степень очистки, %catalyst bed, kPa4-5 Catalyst Copper-chromium Purification degree,%

от ПАУ99,8from PAU99,8

от бенз(а)пирена99,99from benzo (a) pyrene 99,99

Отход щие газы пиролиза печи 1 термообработки смолодоломитовых огнеупоров, содержащие до 50 г/м ПАУ, в том числе банз(а)пирена до 1 г/м3, с температурой 200-600°С по обогреваемому газоходу 2 направл ютс  в циклонную топку 3 на термическую обработку. На входе в циклонную топку 3 предусмотрено разбавление исходного газа воздухом через патрубок 4 в соот- ношении 1:1. В циклонной топке 3 за счет наличи  двух тангенциально расположенных горелок 5 происходит высока  турбули- заци  газового потока, нагрев очищаемых газов до 850-950°С и частичное окисление легких ПАУ. Далее газы из циклонной топки 3 обогащают кислородом воздуха через патрубок 6 до 10-12 об.% (в соотношении 1:1- 1,5) дл  более полного окислени  т желых ПАУ и с температурой нагрева 500-550°С направл ют в специальный горизонтально расположенный футерованный смеситель 7. Врем  окислени  т желых много дерных ПАУ в смесителе составл ет 0,8-1 с.The pyrolysis waste gases of the heat treatment furnace 1 of smolodolite refractory materials containing up to 50 g / m PAH, including pyrene bens (a) up to 1 g / m 3, with a temperature of 200-600 ° C along the heated duct 2 are directed to the cyclone furnace 3 at heat treatment. At the entrance to the cyclone furnace 3, the source gas is diluted with air through the nozzle 4 in a 1: 1 ratio. In the cyclone furnace 3, due to the presence of two tangentially located burners 5, there is a high turbulization of the gas flow, heating of the gases to be purified to 850–950 ° C and partial oxidation of the light PAHs. Next, the gases from the cyclone furnace 3 enrich the air through the nozzle 6 to 10-12% by volume (in the ratio 1: 1-1.5) with oxygen to complete oxidation of heavy PAHs and transfer them to a special temperature of 500-550 ° C. horizontally placed lined mixer 7. The oxidation time of heavy multi-nuclear PAHs in the mixer is 0.8-1 s.

После газового смесител  7 очищаемые газы направл ютс  в каталитический реактор 8, где на активном слое медно-хромово- го катализатора при 500-550°С происходит глубокое окисление ПАУ, в том числе бенз(а)пирена, до безвредных диоксидов уг- лерода и воды, Далее очищенные газы при помощи вентил тора 9 через дымовую трубу 10 сбрасываютс  в атмосферу.After the gas mixer 7, the gases to be purified are directed to the catalytic reactor 8, where PAH, including benzo (a) pyrene, is exposed to deep oxidation on the active layer of the copper-chromium catalyst to harmless carbon dioxide and carbon dioxide. water, Next, the purified gases using the fan 9 through the chimney 10 are discharged into the atmosphere.

Режимы проведени  указанных операций определ ютс  следующим. При темпе- ратуре газа в циклонной топке ниже 850°С происходит недостаточное термическое окисление легких ПАУ при этом начинаетс  образование сажи, что в итоге приводит к снижению эффективности работы газового смесител  и каталитического реактора, а также к уменьшению срока службы катализатора . При повышении температуры очищаемого газа в циклонной топке более 950°С происходит значительное увеличение образовани  окислов азота в отход щих газах , что, в свою очередь, вызывает необходимость дополнительной очистки от окислов азота (см. таблицу).The modes for performing these operations are determined as follows. When the gas temperature in the cyclone furnace is below 850 ° C, insufficient thermal oxidation of the light PAHs occurs and soot formation begins, which ultimately leads to a decrease in the efficiency of the gas mixer and the catalytic reactor, as well as to a decrease in the service life of the catalyst. When the temperature of the gas to be purified in a cyclone furnace exceeds 950 ° C, there is a significant increase in the formation of nitrogen oxides in the exhaust gases, which, in turn, necessitates additional purification from nitrogen oxides (see table).

Кроме того, увеличение температуры газа в циклонной топке более 950°С приводит к значительному увеличению энергозатрат (природного газа) без существенного повышени  степени очистки газа, а также уменьшает износостойкость оборудовани . По предлагаемому способу термическое сжигание смеси очищаемого газа с воздухом осуществл ют в соотношении 1:1, при этом газовоздушную смесь приготавливают непосредственно на входе в циклонную топку, а затем подают на сжигание в факеле двух тангенциально расположенных газовых горелок .In addition, an increase in the gas temperature in the cyclone furnace over 950 ° C leads to a significant increase in energy consumption (natural gas) without significantly increasing the degree of gas purification, and also reduces the equipment wear resistance. According to the proposed method, thermal combustion of the mixture of gas to be purified with air is carried out in a ratio of 1: 1, while the gas-air mixture is prepared directly at the entrance to the cyclone furnace and then fed to the flare of two tangentially located gas burners.

При температуре ниже 500°С на активном слое катализатора не происходит полного окислени  ПАУ. в том числе бенз(а)пирена, до безвредных диоксида углерода и воды, а на поверхности катализатора происходит образование углеродистых соединений, что приводит к быстрому его износу. При температуре выше 550°С происходит необратимый процесс разрушени  структуры катализатора, что также приводит к выходу его из стро . Усредненна  степень очистки газов от ПАУ и бенз(а)пирена по предлагаемому способу составл ет 99,895% (при степени очистки от ПАУ 99,80% и бенз(а)пирена 99,99%) и 99,91% (при степени очистки от ПАУ 99.83 и бенз(а)пирена 99,99 %), что превосходит степень очистки отход щих газов по известному способу.At temperatures below 500 ° C, PAH does not completely oxidize on the active catalyst layer. including benzo (a) pyrene, to harmless carbon dioxide and water, and the formation of carbonaceous compounds on the surface of the catalyst, which leads to its rapid deterioration. At temperatures above 550 ° C, an irreversible process of destruction of the catalyst structure occurs, which also leads to its release. The averaged degree of gas purification from PAH and benzo (a) pyrene according to the proposed method is 99.895% (with a degree of purification from PAH 99.80% and benzo (a) pyrene 99.99%) and 99.91% (with a degree of purification from PAH 99.83 and benzo (a) pyrene 99.99%), which exceeds the degree of purification of exhaust gases by a known method.

Claims (1)

Формула изобретени  Способ очистки отход щих газов от органических веществ, включающий термическое сжигание, термообработку и последующую каталитическую очистку газов , отличающийс  тем. что, с целью повышени  степени очистки газов от полициклических ароматических углеводородов , преимущественно от бенз(а)пирена, термическое сжигание газов осуществл ют при 850-950°С, после чего газы обогащают кислородом воздуха до 10-12 об.% и провод т термообработку их при 500-550°С в течение 0,8-1 с с последующей каталитической очисткой при той же температуре .DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Claims A method for purifying waste gases from organic substances, including thermal combustion, heat treatment, and subsequent catalytic gas cleaning, characterized in that. that, in order to increase the degree of gas purification from polycyclic aromatic hydrocarbons, mainly benzo (a) pyrene, thermal combustion of gases is carried out at 850–950 ° C, after which the gases are enriched with air oxygen up to 10–12% by volume and heat treated them at 500-550 ° C for 0.8-1 s, followed by catalytic purification at the same temperature.