Способ очистки газов от летучих органических примесей
METHOD FOR PURIFYING GASES FROM VOLATILE ORGANIC IMPURITIES

Изобретение относится к технологиям окисления токсичных примесей летучих органических соединений в отходящих газах промышленных предприятий и может быть использовано в химической, нефтехимической, лакокрасочной, машиностроительной и других отраслях промышленности.
Для очистки отходящих газов с низкими концентрациями токсичных примесей наиболее эффективным и экономически выгодным является применение каталитических процессов, обеспечивающих окисление примесей кислородом воздуха в присутствии катализатора до экологически безвредных продуктов. Такие процессы отличаются высокой степенью очистки газов. В то же время для осуществления таких процессов в слое катализатора требуется поддерживать достаточно высокие температуры (для различных примесей диапазон таких температур может составлять от 150-200 до 500-600°C). Это обуславливает их относительно высокое энергопотребление, а также необходимость применения дорогих и громоздких теплообменников, особенно в случаях низких концентраций горючих примесей и большого объема очищаемых газов. К тому же каталитический реактор надо долго греть перед пуском, что осложняет его применение для очистки газов из периодических источников (Ю.Ш. Матрос, А.С. Носков, В.А. Чумаченко. Каталитическое обезвреживание отходящих газов промышленных производств. Новосибирск, «Наука», Сибирское отделение, 1991, 224 с.).
Известен адсорбционно-каталитический процесс для очистки отходящих газов от органических примесей [US США № 4234549, B01D 53/42]. Этот процесс является циклическим и осуществляется в две стадии, на первой происходит очистка газов за счет адсорбции примесей в слое адсорбента-катализатора при температурах ниже температур окисления примесей, на второй - регенерация адсорбционной емкости адсорбента-катализатора за счет окисления сорбированных примесей при повышенной температуре в токе кислородсодержащего регенерирующего газа, например, воздуха. Окисление происходит при пропускании через слой адсорбента-катализатора регенерирующего потока, нагретого до температуры выше температуры начала глубокого окисления адсорбированных примесей. Этот способ существенно менее энергоемок, чем описанный выше каталитический процесс, т.к. энергия тратится периодически в течение относительно короткого промежутка времени и только на нагрев слоя адсорбента-катализатора до температуры, достаточной для начала окисления сорбированных примесей с последующим использованием тепла протекающих каталитических реакций для поддержания необходимого температурного режима.
С другой стороны, при использовании такого процесса при нагреве слоя адсорбента-катализатора возможна залповая десорбция части непрореагировавших примесей, заметно снижающая эффективность очистки газов. Длительность периода такой десорбции относительно невелика (до нескольких минут) по сравнению с длительностью всего цикла очистки (от нескольких часов до нескольких суток), но в течение этого периода десорбирующиеся примеси могут появляться в очищенных газах в концентрациях, существенно превосходящих предельно допустимые.
Изобретение решает задачу разработки эффективной адсорбционно-каталитической технологии для очистки газов от органических примесей, характеризующейся минимальными залповыми выбросами во время проведения окисления сорбированных примесей.
Задача решается тем, что в способе очистки газов от органических примесей, включающем последовательно чередующиеся во времени стадию очистки газов за счет адсорбции примесей в слое адсорбента-катализатора, через который пропускают очищаемый газовый поток, при температурах ниже температур окисления примесей и стадию регенерации адсорбента-катализатора за счет окисления сорбированных на поверхности адсорбента-катализатора примесей в токе кислородсодержащего регенерирующего газа при температуре выше температуры начала окисления адсорбированных примесей, согласно изобретению, слой адсорбента-катализатора разделяют не менее чем на два равных по объему сегментов слоя, очищаемый газовый поток разделяют на несколько параллельных потоков по числу сегментов слоя, каждый из таких потоков пропускают отдельно через соответствующий сегмент слоя адсорбента-катализатора, после чего все разделенные потоки смешивают обратно в один общий поток очищенных газов, при этом стадию регенерации адсорбента-катализатора в каждом из сегментов слоя производят поочередно.
Для реализации способа каждый из сегментов слоя адсорбента-катализатора может быть размещен в отдельном реакторном корпусе.
Схема адсорбционно-каталитического процесса, реализующего предлагаемый способ, представлена на Фиг 1, где: корпус реактора - 1а-1б, слой адсорбента-катализатора - 2а-2б, нагревательный элемент - 3а-3б, поток очищаемого газа - 4, поток очищенных газов - 5.
Процесс очистки газов от летучих органических примесей осуществляется следующим образом. Поток очищаемых газов подается в систему реакторов (поз. 1а-1б Фиг 1.) через систему входных патрубков (поз. 4) и далее проходит через слои адсорбента-катализатора (поз. 2а-2б), выходя из реактора через систему выходных патрубков (поз. 5). Как и в процессе, описанном выше, здесь происходит чередование двух стадий в слое адсорбента-катализатора - адсорбции подаваемых примесей при температуре ниже температуры их окисления до проскока их через слои адсорбента-катализатора и окисление сорбированных на первой стадии примесей при повышении температуры в слоях до температуры начала глубокого окисления адсорбированных примесей. В качестве регенерирующего потока может использоваться воздух, либо поток очищаемых газов, в последнем случае процесс очистки становится непрерывным.
Каждый из слоев адсорбента-катализатора в таком процессе работает как отдельный независимый адсорбционно-каталитический слой по принципу, описанному выше, т.е. происходит циклическое чередование двух стадий процесса: адсорбции примесей в слое адсорбента-катализатора при температуре ниже температур окисления примесей и регенерации слоя - окисления адсорбированных примесей при температуре выше температуры начала глубокого окисления примесей. При этом процесс регенерации проводится в этих секциях не одновременно, а поочередно. Смешение потока из регенерируемой секции с потоками, выходящими из других секций, при сохранении неизменной средней во времени степени очистки газов, позволяет минимизировать пиковые концентрации десорбирующихся примесей во время залповых десорбционных выбросов, что повышает показатели общей эффективности очистки газов.
Описанный процесс очистки можно вести в непрерывном режиме, так как нет необходимости прерывать подачу смеси во время регенерации слоя. Предлагаемый способ может быть использован также и для очистки газов из периодических источников выбросов.
Технический результат изобретения заключается в повышении общей степени очистки газов.
Пример осуществления способа.
Проводят очистку вентиляционных выбросов, представляющих собой пары стирола в воздухе, концентрация паров стирола 35 ррм, температура выбросов 20°C. Очистку выбросов производят в слое адсорбента-катализатора, разделенного на три равных по объему сегмента, размещенных в снабженных нагревательными элементами отдельных герметичных корпусах реакторов с системой патрубков для параллельного ввода очищаемого газового потока в каждый из реакторов и системой патрубков для параллельного вывода очищенного газового потока из всех реакторов.
В качестве адсорбента-катализатора используется алюмомеднохромовый промышленный катализатор. Очищаемые выбросы делят на три потока, каждый из которых пропускают через свой сегмент слоя катализатора, после чего очищенные потоки смешиваются и сбрасываются атмосферу. Длительность периода адсорбции в каждом слое составляет 10 часов, длительность периода регенерации адсорбента-катализатора - 30 минут. Регенерацию производят в сегментах слоя поочередно, с временным диапазоном между началом регенерации в одном из сегментов до начала регенерации следующем сегменте, равным 5 часам. Средняя по времени степень очистки выбросов от стирола составляет 98.6%, при этом максимальная пиковая концентрация стирола в очищенном потоке не превышает 10-15 ррм, максимальная температура газа - не более 90°C.
В аналогичном процессе, где используется единый слой адсорбента-катализатора без деления на параллельные сегменты, наблюдаются аналогичные длительности циклов адсорбции и регенерации, а также аналогичная средняя степень очистки газов. В то же время в таком процессе максимальная пиковая концентрация стирола в очищенных газах на стадии регенерации достигает 30-40 ррм, а максимальная температура очищенных газов кратковременно достигает 250-300°C, что может приводить к деформации и постепенному разрушению выходного газохода.