CC BY
94
Вестник Сибирского государственного индустриального университета № 3 (9), 2014
УДК 662.74
Л.Б. Павлович, А. А. Краутер
Сибирский государственный индустриальный университет
КАТАЛИТИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА ВЫБРОСОВ УЧАСТКА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ
НАФТАЛИНОВОЙ ФРАКЦИИ
Участок кристаллизации нафталиновой фракции (УКНФ) предназначен для выделения нафталина из нафталиновой фракции и его отгрузки в жидком или твердом виде. Вентиляционные выбросы и выбросы емкостного оборудования УКНФ характеризуются наличием высокой концентрации нафталина в сублимированном виде и незначительным содержанием органических примесей, в том числе фенола, цианистого водорода, аммиака и др. В УКНФ очистке подлежат вентиляционные выбросы четырех комплексов (гидравлический пресскристаллизатор-вентилятор) объемом 8000 м3/ч каждый; при одновременной работе двух вентиляторов объем выбросов составит 16000 mVh, выбросы 12 воздушников емкостного оборудования (два напорных бака, три плавильника нафталина, четыре хранилища нафталина, три сборника прессовых оттеков) объемом 528 м3/ч. Принципиальная технологическая схема УКНФ и каталитической очистки выбросов представлена на рис. 1.
По данным инвентаризации источников загрязнения атмосферного воздуха промплощадки ОАО «ЗСМК» 2011 г. выбросы УКНФ составляли 36,9 т/год, а по фактическим замерам - 58,8 т/год. Фактические замеры показали превышение лимита ПДВ в 1,6 раз. Рассчитаны эколо-
гические риски для всех источников УКНФ. Для нормирования загрязнения окружающей среды для всех источников выбросов предлагается внедрение концепции риска. Оценка риска проводилась согласно методике, опубликованной ранее [1].
Экологический риск от всех источников выбросов УКНФ составил 52 % (см. таблицу), что превышает приемлемый уровень 2 %. Таким образом, проблема очистки выбросов УКНФ является актуальной задачей.
Предлагается осуществлять сбор выбросов коллекторной системой с дальнейшей их утилизацией посредством каталитического дожигания в шлаковом катализаторе. Схема коллекторной системы сбора и подвода выбросов к установке очистки представлена на рис. 2. Коллекторная система сбора выбросов с воздушников емкостного оборудования УКНФ (рис. 1) состоит из двух напорных баков, четырех хранилищ жидкого нафталина, трех плавильников нафталина, трех сборников оттеков прессования, которые собираются в обогреваемый коллектор и подаются через огнепрегради-тель на смешение с выбросами вентиляционных установок и далее на установку каталитической очистки. Коллекторная система сбора выбросов используется за рубежом и успешно начала
Рис. 1. Принципиальная технологическая схема УКНФ и каталитической очистки выбросов:
1 - вентилятор; 2 - напорный бак; 3 - хранилища нафталина; 4 - плавильник; 5 - сборник оттеков прессования; б - огнепреградитель, 7 - газовый электронагреватель; 8 - каталитический реактор; 9 - трубчатый теплообменник;
10 - дымосос; 11 - дымовая труба
- 73 -
Вестник Сибирского государственного индустриального университета № 3 (9), 2014
Экологический риск от выбросов УКНФ в атмосферу
Источники выбросов Количество источников Наименование выбросов Максимальная приземная концентрация, мг/ м3 Риск
Хранилища нафталиновой фракции 4 Аммиак Цианиды Фенол Нафталин Пиридин 0,0013 0,0006 0,0008 0,0040 0,0001 0,07 0,03 0,04 0,23 0,007
Плавильники нафталина 3 Цианиды Аммиак Фенол 0,070 0,096 0,045 0,002 0,003 0,005
Напорные баки 2 Нафталин Пиридин Цианиды Аммиак Фенол 0,00760 0,000090 0,00190 0,00390 0,00190 0,004 0,00000032 0,00009 0,00009 0,00032
Вентиляция 4 Нафталин Пиридин Фенол 4,47 0,24 0,29 0,47 0,017 0,03
Суммарный риск 0,52 (52%)
функционировать на ряде предприятий Российской Федерации (Алтай-кокс, Магнитогорский металлургический комбинат).
В настоящей работе предлагается каталитическая очистка выбросов УКНФ. Технология основана на глубоком каталитическом окислении органических примесей до углекислого газа и воды. Установка (рис. 1) включает в себя следующее оборудование: каталитический реактор с газовым электронагревателем, трубчатый теплообменник, два дымососа, два вентилятора, огнепреградитель, газоходы, трубопрово-
ды, арматуру, систему КИПиА, электрооборудование, дымовую трубу.
Контактные газы, собранные в коллекторную систему с температурой 70 - 90 °С, по обогреваемому трубопроводу поступают с помощью вентилятора в термокаталитический реактор, снабженный газовым электронагревателем, где органические вещества подвергаются глубокому каталитическому окислению в слое катализатора. При окислении температура газов в реакторе поддерживается на уровне 340 - 350 °С. После термокаталитического
Рис. 2. Принципиальная схема коллекторной системы сбора выбросов емкостного оборудования участка кристаллизации нафталина:
1 - гидравлический клапан; 2 - напорный бак; 3 - хранилища нафталина; 4 - плавильник; 5 - сборник оттеков прессования; б - огнепреградитель
-74-
Вестник Сибирского государственного индустриального университета № 3 (9), 2014
реактора очищенные контактные газы с температурой 350 - 360 °С по трубопроводу поступают в теплообменник, где отдают тепло технической воде и охлаждаются до 200 °С. Из теплообменника очищенные газы удаляются по дымососам и выбрасываются через дымовую трубу в атмосферу. Предусмотрен подсос воздуха до дымососа для предотвращения его нагрева. Корзина с катализатором может подвергаться воздействию температур, достигающих до 600 °С, поэтому она должна выполняться из жаростойкой нержавеющей стали.
Реактор предлагаемой конструкции НПО «Энергосталь» представляет собой цилиндрический вертикальный аппарат. Внутри контактного аппарата на опорной трубе подвешена корзина с катализатором. С целью повышения производительности реактора, эффективности очистки газа, сокращения простоя при замене катализатора и снижения его расхода корзины выполнены из вертикально расположенных колосников, скрепленных кольцами из перфорированных трубок. Корзина жестко скреплена с фиксирующим затвором, выполненным в виде цилиндрического стакана. Поступающие в кольцевой зазор между корпусом и корзиной газы проходят в радиальном направлении слой катализатора к центру и оттуда выбрасываются в газоход. Во время работы происходит уплотнение катализатора и самопроизвольное заполнение освобождающегося пространства за счет дополнительного слоя катализатора. При этом устраняется вероятность прохода неочищенных газов. Аппаратурный расчет каталитического реактора сводится к расчету необходимого объема катализатора для загрузки в реактор [2].
В УКНФ предлагается использовать новый катализатор для очистки газов от органических веществ и оксида углерода, который содержит активированный выщелачиванием отвальный рядовой конверторный или мартеновский шлак и оксид кобальта. Состав катализатора соответствует следующей эмпирической формуле: Co1,Fc6Mn./(Ca. Mg, Si, Al)yOg, где a = 0,6
- 1,9 %; с = 1,1 - 1,6 %; d= 0,9 - 1,7 %;/= 16 -18 %; g - число атомов кислорода, необходимое для насыщения валентности всех элементов. Катализатор может дополнительно содержать оксид меди, тогда его состав соответствует следующей эмпирической формуле: CoaCufeFecMnd(Ca, Mg, Si, Al)/)g, где а = 0,4 -1,3 %; Ъ = 0,2 - 0,6 %; с = 1,1 - 1,6 %; d = 0,8 -1,7 %;/= 16 - 18 %. Кроме того, катализатор представлен такими характеристиками, как фракционный состав (3-5 мм), насыпная масса (1,6 - 1,9 кг/дм3), механическая прочность (15 кг/частицу) [3].
Степень очистки полициклических ароматических углеводородов при использовании предлагаемого катализатора составляет 95 -97 % при объемной скорости 3000 ч-1 и объеме загрузки 2,4 м3.
Выводы. Выбросы с участка кристаллизации нафталиновой фракции превышают предельно-допустимые. Предлагаемый катализатор для очистки газов позволяет снизить экологический риск от выбросов их в атмосферу.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Осокина А.А., Павлович Л.Б., Лупенко В.Г. Оценка экологического риска от загрязнения атмосферного воздуха при выдаче кокса // Вестник СибГИУ. 2012. №2. С. 46-49.
2. А.с. 1268196 (СССР). Каталитический реактор / Дунаев А.В., Ерохин А.В., Серебрякова В.В. и др. // Открытия. Изобретения. 1986. № 41.
3. А.с. 1790057 (СССР). Катализатор для очистки газов от органических веществ и оксида углерода / Павлович Л.Б., Золотухин Е.А., Дряхлов А.С. и др. // Открытия. Изобретения. 1989.
© 2014 г. Л.Б. Павлович, А.А. Краутер Поступила 16 сентября 2014 г.
-75 -
