Термохимическое обезвреживание газообразных выбросов

Очистка промышленных газообразных выбросов, содержащих токсичные вещества, в настоящее время является непременным требованием во всех производствах.

Помимо механических, физико-химических и химических методов очистки газов широко применяют термические методы. Примерный состав продуктов, находящихся в промышленных газообразных выбросах, приведен в табл. 3.2.

Методы сжигания вредных примесей, способных окисляться, находят все большее применение для очистки дренажных и вентиляционных выбросов. Эти методы выгодно отличаются от других (например, мокрой очистки в скрубберах) более высокой степенью очистки, отсутствием в большинстве случаев коррозионных сред и исключением сточных вод. Как правило, примеси сжигают в камерных топках с использованием газообразного или жидкого топлива. Иногда на практике представляется возможным окислять органические вещества, находящиеся в газовых выбросах, на поверхности катализатора, что дает возможность понизить температуру процесса.

Таблица 3.2

Состав отходящих газов по отраслям промышленности

Вид производства	Химический состав газообразныхотходов
Переработка нефти	Меркаптаны, сероводород, аммиак, органические соединения азота, оксид углерода
Производство газа из каменного угля	Соединения серы (сероводород, серо-углерод, тиофен, тиолы, серооксид углерода)
Переработка природного газа	Сероводород, меркаптаны
Производство кислот и щелочей	Кислородные соединения азота и серы
Производство минеральных и органических удобрений	Аммиак, соединения серы, фтористый водород, меркаптаны, триметиламин и др.
Химические заводы (по производству смол, лаков, пластмасс, жиров, масел и т.д.)	Формальдегид, амины, амиды, растворители, соединения серы, ацетилен, фенол и др.
Фармацевтические заводы, пиво-варенные заводы, процессы сбраживания	Амины, восстановленные соединения серы, фурфурол, метанол
Текстильные и бумажные фабрики	Мочевина, продукты распада крахмала, диметилсульфид

Большое распространение для уничтожения токсичных веществ в отходящих газах получили установки факельного сжигания. К факельным установкам предъявляются высокие требования в отношении обеспечения безопасной и надежной работы в условиях пожаро- и взрывоопасности химических производств.

Химические реакции между ингредиентами газовых выбросов, которые в обычных условиях практически незаметны, значительно ускоряются с повышением температуры. Система, содержащая токсичные вещества, может

быть обезврежена посредством термообработки, если реакции, происходящие в ней, приведут к образованию менее токсичных компонентов.

По типу происходящих реакций методы термообезвреживания можно разделить на восстановительные и окислительные. Термовосстановительные

методы специфичны и разрабатываются индивидуально для каждого конкретного загрязнителя. Из них к настоящему времени в технике газоочистки нашли применение способы термохимического (с использованием аммиака) и термокаталитического восстановления NOх до N2, термокаталитического восстановления SO2 до S2 некоторые другие.

Из всех термоокислительных процессов для термообезвреживания пригодны исключительно реакции с кислородом, поскольку при участии иных окислителей принципиально невозможно получить безвредные продукты окисления. Поэтому далее под термином "окисление" подразумевается процесс, окислителем в котором служит кислород.

Термоокисление газообразных загрязнителей может происходить в газовой фазе (в объеме) или на границе раздела фаз (на поверхности). Газофазный процесс осуществляют непосредственной огневой обработкой (сжиганием в пламени) газовых выбросов при температурах, превышающих температуру воспламенения горючих компонентов выбросов. Для организации процесса окисления на границе раздела фаз используют катализаторы - конденсированные вещества, способные за счет активности поверхностных частиц ускорять процесс окисления того или иного загрязнителя при температурах ниже температуры воспламенения.

Термоокислительные методы менее специфичны, чем термовосстановительные, однако и они не универсальны.

Возможности термоокислительного метода обезвреживания ограничиваются также количеством отбросных газов и содержанием в них горючих компонентов. Если концентрация горючих компонентов выбросов не достигает нижнего предела воспламенения ("бедные" горючим выбросы), то их огневая обработка требует дополнительного расхода топлива на прогрев выбросов до температуры самовоспламенения, которая для паров углеводородов составляет около 500...750°С. Температурный уровень процесса термокаталитического окисления несколько ниже (обычно 350...500°С), что также требует соответствующих затрат топлива.

Степень нейтрализации обезвреженных газовых выбросов:

(3.95)

где Фвх и Фух - суммарная токсичность подлежащих нейтрализации и нейтрализированных газовых выбросов.