Устройство для очистки отходящих газов от фенола, формальдегида и других дурнопахнущих компонентов

Полезная модель относится к устройствам для очистки отходящих газов от фенола формальдегида и других дурнопахнущих веществ и может быть использована для очистки промышленных технологических газов при производстве смол, пластиков, в нефтехимической, текстильной, фармацевтической, целлюлозно-бумажной, каменноугольной и металлургической промышленности. Фенол, формальдегид широко используются в качестве сырья и являются отходами перечисленных выше производств. Фенол также применяется для изготовления лаков, красок, фенол-формальдегидных смол пластмасс, кожи, резины и т.д.
Высокую токсичность и экологическую опасность по отношению к окружающей среде и человеку имеет фенол даже в небольших концентрациях, имеющий антропогенное происхождение, как продукт индустриальных выбросов. Растворимость его составляет 1,55 г на 100 г воды при 21°С. В реки и озера фенол поступает со стоками промышленных предприятий.
6
5
Фенол и его производные очень ядовиты. ПДК в питьевой воде фенола СНОН составляет 0,001 мг/л по РД 52.24.480-2006 "Массовая концентрация летучих фенолов в водах. Методика выполнения измерений ускоренным экстракционно-фотометрическим методом без отгонки".
Одна из актуальных экологических задач - предотвращение попадания фенола и формальдегида в природные системы.
Известен способ очистки отходящих газов от фенола и формальдегида (Авторское свидетельство СССР №982756, МПК В01Д 53/14 / Способ очистки газов от фенола и формальдегида // Гарбаускас Г.К., Вишняускас В.А., Барткявичюс И.А., Бирмантас И.Ю., Чепелене Р-Р.С., заявл. 4.01.81, опубл. 23.12.82, БИ №47, 1982). Сущность изобретения: отходящий газ с температурой 10-75°С смешивают с озонированным воздухом в присутствии меднокарбонатного катализатора и весовом отношении озона к сумме фенола и формальдегида 1,2-4,0. Газы в смеси с озонированным воздухом попадают на абсорбцию водным раствором щелочи. Фенол реагирует с гидроксидом натрия с образованием фенолята натрия. Абсорбцию ведут в режиме инверсии жидкой и газовой фаз. Степень очистки 100% от фенола и 99,8% от формальдегида. Однако, данный способ не позволяет производить очистку при низких (отрицательных) температурах. Рабочий температурный диапазон 10-75°С.
Известен также способ очистки отходящих газов от фенола и формальдегида (Авторское свидетельство SU 1804341, МПК В01Д 53/14 / Способ очистки отходящих газов от фенола и формальдегида // Белых Н.С., Милоцкий В.В., Нестеров Н.Г., Олейник А.Е., Сычева В.А., Якоби В.А. заявл. 09.01.91, опубл. 23.03.93, Б.И. №11, 1993). Сущность изобретения: отходящий газ с температурой 10-75°С смешивают с озонированным воздухом. Молярное соотношение озона и суммы фенола и формальдегида равно (0,5-2,0):1. Газы в смеси с озонированным воздухом подают на абсорбцию водой. Абсорбцию ведут в режиме инверсии жидкой и газовой фаз. Степень очистки газов от фенола 100% и 99,8% от формальдегида.
Недостатком указанного способа является необходимость использования озонатора для синтеза озона методом барьерного разряда. Способ достаточно сложный и опасный. Указанным способом происходит очистка отходящих газов только от фенола и формальдегида.
Также известен способ очистки отходящих газов от фенола, формальдегида и сопутствующих примесей (Авторское свидетельство SU 1080838, МПК В01Д 53/14 / Способ очистки отходящих газов от фенола, формальдегида и сопутствующих примесей // Белодедова М.Г., Болдырева Л.В., Емельянов Б.В., Лиманский Г.М., Никоноров А.Н., Самарина Т.В., заявл. 01.10.82, опубл. 23.03.84, Б.И. №11, 1984). Сущность способа заключается в очистке отходящих газов от фенола, формальдегида и сопутствующих примесей путем промывки абсорбентом, содержащим воду, перекись водорода, серную кислоту и пероксомоносерную и/или пероксодисерную кислоту. Недостатком способа является невысокая степень окисления уловленных компонентов, неполнота очистки и продолжительность технологического процесса очистки, а также сложность состава компонентов, необходимость подогрева до 60°С.
Известен способ очистки отходящих газов от комплекса дурнопахнущих веществ (Патент РФ №2180261, МПК В01Д 53/02. Способ очистки отходящих газов от комплекса дурнопахнущих веществ / Басов В.Н., Вайсман Я.И., Гельфенбуйм И.В., Глушанкова И.С., Нурисламов Г.Р., Рудакова Л.В. Способ очистки отходящих газов от фенола, формальдегида и сопутствующих примесей // Белодедова М.Г., Болдырева Л.В., Емельянов Б.В., Лиманский Г.М., Никоноров А.Н., Самарина Т.В., заявл. 01.10.82, опубл. 23.03.84, Б.И. №11, 1984). Способ предусматривает пропускание дурнопахнущих веществ через биологически активный фильтрующий материал, содержащий уложенные слоями щепу мелкую деревьев лиственных или хвойных пород, опил, скоп и кору с содержанием влаги 70-80%. Кору и опил используют от переработки деревьев лиственных или хвойных пород, а скоп-отход от целлюлозно-бумажного производства в виде осадков, содержащих волокно, мелкую кору и каолин. К недостаткам данного способа можно отнести трудоемкость приготовления фильтрующего материала в виде слоев из различных материалов (щепы, опила, скопа и коры), низкая сорбционная емкость, а также то, что данный способ не позволяет производить очистку воздуха от формальдегида.
Известен способ поглощения газообразного аммиака (Авторское свидетельство СССР №800134, МПК В01Д 53/04. Способ поглощения газообразного аммиака / Гельфанд Е.Д., Богданович Н.И., Перфентьева Н.А., Влагушин В.Ф. // заявл. 28.04.79, опубл. 30.01.79, Б.И. №4, 1981) путем контактирования с твердым поглотителем, насыщенным кислотным ангидридом. В качестве поглотителя используется лигнин. Недостатком этого способа является избирательное поглощение одного газа аммиака.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ дезодорации отходящих газов (Авторское свидетельство СССР №1337127, МПК В01Д 53/02. Способ дезодорации отходящих газов / Перчугов Г.Я., Максакова М.Ю. // заявл. 16.08.1985, опубл. 15.09.1987, БИ №34, 1987), взятый нами за прототип. Сущность способа заключается в следующем. Отходящие газы, содержащие примеси органических веществ: фенол, спирты, эфиры углеводородов, акролеины, пропускают через биологически активный фильтрующий материал. В качестве фильтрующего материала используют смесь деревьев хвойных пород, торфа и опилок, при объемном соотношении 1:0,5:0,5, пропитанную питательной средой для накопления микроорганизмов, состоящей из разбавленного водного раствора нитрата аммония, гидрофосфата и дигидрофосфата калия, сульфата магния, хлорида кальция и хлорида железа(III). Недостатком способа является то, что фильтрующий материал необходимо постоянно пропитывать предварительно подготовленной питательной средой, что приводит к трудоемкости процесса очистки и делает способ дорогим. Приведенный способ не позволяет удалять дурнопахнущие компоненты (аммиак, фенол и меркаптан и др.) из отходящих газов. Кроме того, данный способ не позволяет производить очистку при низких (отрицательных) температурах и не исключает коррозию элементов конструкции.
Все наиболее близкие по технической сущности и достигаемому результату способы являются либо малоэффективными, либо слишком дорогими, сложными, но главным их недостатком является то, что все они предназначены для удаления не более двух компонентов.
Целью полезной модели является создание устройства в интересах упрощения и повышения степени очистки отходящих газов от фенола, формальдегида, спиртов и комплекса дурнопахнущих веществ.
Технический результат заключается в упрощении процесса и повышении степени очистки отходящих газов от фенола, формальдегида и комплекса дурнопахнущих веществ в предложенном «Устройстве».
Поставленная задача решается с помощью таких признаков, как очистка отходящих газов от комплекса дурнопахнущих веществ, пропускаемых через активный фильтрующий материал.
Технический результат достигается использованием устройства для очистки газов от фенола, формальдегида, анилина, спиртов и других дурнопахнущих веществ, содержащего корпус из 2-х секций, абсорбент, сменный фильтроэлемент, патрубки для загрязненного и очищенного потока газа и жидкости, где в качестве абсорбента используется состав, мас.%:
гидроксид натрия
10-13
октадециламин
3-5
сахароза
2-5
пленкообразующий пенообразователь
5-7
вода
остальное,
который распыляется через форсунки над проходящим газом, т.е. противотоком, а сменный фильтроэлемент выступает в качестве адсорбента фенола, формальдегида, анилина, спиртов и других дурнопахнущих веществ, при этом сменный фильтроэлемент встроен в корпус устройства.
В качестве ингредиентов используют водный раствор гидроксида натрия (NaOH), водный раствор сахарозы, пленкообразующий пенообразователь, содержание которых подобрано экспериментально. За счет использования в огнетушащем составе сахарозы снижается температура замерзания раствора и появляется возможность образования водной пленки в зоне низких температур - до минус 50…55°С. Кроме того использование в качестве пленкообразующего пенообразователя смеси анионного и неионогенного ПАВ при соотношении 1:3 повышает площадь абсорбции. Наличие в абсорбенте ингибитора коррозии (октадециламина) уменьшает его коррозионные свойства.
Состав готовят следующим образом. Последовательно растворяют в небольшом количестве воды гидроксид натрия, сахарозу, октадециламин, пленкообразующий пенообразователь. Затем в полученный раствор добавляют воду для соблюдения заявляемого соотношения. В качестве пленкообразующего пенообразователя на водной основе могут использоваться пенообразователи на основе лауретсульфата натрия (анионное ПАВ) и оксида лаурамина (неионогенное ПАВ), например, с содержанием лауретсульфата натрия при соотношении 1:3.
За счет использования ПАВ создается высокократная воздушно-механическая пена, позволяющая эффективно проводить абсорбцию. Кроме того, использование водного раствора сахарозы, октадециламина и ПАВ в указанных соотношениях сохраняет температуру замерзания раствора до минус 50-55°С (патент на изобретение RU №2622838. Огнетушащий состав / Мельников И.Н., Захарченко М.Ю., Пичхидзе С.Я., Юров О.А., Кайргалиев Д.В., Попова Э.А. // заявл. 29.12.2015, опубл. 20.06.2017), что важно при эксплуатации установки в условиях низких температур. Присутствие в составе ингибитора коррозии (октадециламина) снижает его коррозионные свойства, что значительно увеличивает срок эксплуатации установки и уменьшает коррозию элементов конструкции «Устройства».
Отличительной особенностью предлагаемого устройства для очистки отходящих газов от фенола, формальдегида, анилина, спиртов и других дурнопахнущих веществ является то, что используется устройство, в котором одновременно проходит процесс абсорбции на частицах углерода в качестве адсорбента.
Органические (природные) сорбенты считаются наиболее перспективными при очистке загрязнений воздушных сред. Среди них широкое распространение получили активированные угли на кокосовой основе.
Активированные дробленые угли марки КАУСОРБ (ТУ 2162-210-05795731-2006) изготавливаются из активированной скорлупы кокосовых орехов путем ее дробления с последующим рассевом. Активированные угли на основе кокоса отличаются хорошо развитой микропористой структурой, высокой прочностью, что позволяет проводить многократную регенерацию. КАУСОРБ-212 широко используется для очистки питьевой воды в системах водоподготовки и промышленных стоков в различных производствах, табл. 1.
Устройство позволяет с высокой эффективностью получать очищенный газ от фенола, формальдегида, анилина, спиртов и других дурнопахнущих веществ, табл. 2.
Анализ табл. 2 показывает, что КАУСОРБ-212 обладает высокой сорбционной способностью. Степень очистки достигает, %:
фенол
100
формальдегид
99,9
меркаптаны
96
анилин
92,0
спирт
99,2
аммиак
99,3,
при проведении процессов очистки с использованием предлагаемого «Устройства».
На фиг. 1 представлено устройство для очистки отходящих газов от фенола, формальдегида, анилина, спиртов, где: 1 - абсорбент, мас.%:
гидроксид натрия
10-13
октадециламин
3-5
сахароза
2-5
пленкообразующий пенообразователь
5-7
вода
остальное,
2 - сменный фильтроэлемент с адсорбентом, 3 - частицы угля марки КАУСОРБ-212, 4 - патрубки для загрязненного газа, 5 - патрубки для очищенного газа, 6 - сетка из волокнистого материала с металлическим каркасом, 7 - сливное отверстие, 8 - крепежные фланцы, 9 - задвижка, 10 - корпус «Устройства», 11 - металлический каркас, 12 - волокнистый материал, 13 - разбрызгиватели.
Работа устройства представлена следующим образом: в 1 секцию загрязненные отходящие газы через патрубки 4 поступают в корпус 10 «Устройства», где они подвергаются воздействию раствора щелочи 1, через разбрызгиватели 13, так как фенол, формальдегид и другие дурнопахнущие компоненты взаимодействуют с щелочами, а остаточные количества, которые не взаимодействуют с щелочью, поступают в следующую вторую секцию, где находится сменный фильтроэлемент с адсобрбентом 2, при этом в качестве адсорбента применяется активированный уголь 3 марки КАУСОРБ-212. Очищенный газ через патрубки 5 поступает в атмосферу. Сменный фильтроэлемент 2 с частицами угля 3 с помощью крепежных фланцев 8 вставляется в корпус «Устройства» 10. При необходимости, поступление газа можно прекратить, перекрыв задвижку 9. Сменный фильтроэлемент 2 представляет собой металлический каркас 11 с металлической сеткой 6 из волокнистого материала 12, внутри которого находится адсорбент в виде частиц угля 3, через сливное отверстие 7 осуществляется перенос поглощенных веществ и продуктов взаимодействия отходящих газов в канализацию.