Очистка газов от органических растворителей

В.М. Пузырева
Тульский государственный университет
г. Тула

Атмосфера является одной из трех основных частей биосферы и ее защита от загрязнений имеет громадное значение для поддержания экологического равновесия на Земле.

Одним из основных источников загрязнения атмосферы являются предприятия цветной и черной металлургии, химической и лакокрасочной промышленности. Наиболее характерными выбросами цветной и черной металлургии, машиностроительной промышленности являются пыль, оксиды серы, углерода, азота, а также углеводороды. Менее многотоннажные, но в ряде случаев более токсичные выбросы у предприятий химической и лакокрасочной промышленности, и здесь далеко не последнее место занимают органические растворители.

Необходимость очистки промышленных и вентиляционных газовых смесей от органических растворителей перед выбросом в атмосферу определяется двумя обстоятельствами: во-первых, обеспечением экологической безопасности производства; и, во-вторых, большая часть содержащихся в газовых выбросах органических соединений это ценные и дефицитные продукты, возврат которых в производство в ряде случаев может значительно улучшить его технико-экономические показатели .

Одним из распространенных способов очистки газов от вредных веществ является процесс абсорбции. Основной задачей разработки данного процесса является подбор абсорбента.

В качестве абсорбентов были исследованы следующие жидкие поглотители вода, циклогексанон и высококипящий органический абсорбент (ВОА) [1].

Для выяснения поставленных вопросов были проведены экспериментальные исследования с целью оценки поглотительной способности каждого из этих абсорбентов [2]. Все опыты поводились при следующих условиях: скорость газа в свободном сечении аппарата составляла 0,5 м/с, плотность орошения до 10 м³/м²ч, температура в абсорбере составляла 20 ^оС, давление атмосферное. Выбранные параметры абсорбционного процесса при проведении исследований на лабораторной установке соответствуют параметрам обычно применяемым в промышленной практике. Состав паро-газовой смеси на входе в абсорбер во всех опытах был практически постоянным. Варьируя скоростью газа, плотностью орошения и живым сечением тарелки процесс абсорбции проводили так, что провал жидкости на тарелках во всех опытах отсутствовал. Состав паро-газовой смеси на входе в абсорбер и результаты проведенных экспериментальных исследований поглотительной способности абсорбентов приведены в таблице 1.

Таблица 1

Экспериментальные данные, полученные при очистке
газовой смеси различными абсорбентами

Анализ полученных экспериментальных данных показал, что как и ожидалось наихудшей поглотительной способностью, по сравнению с циклогексаноном и ВОА обладает вода [3].

В результате экспериментов установлено, что ЦГН и ВОА имеют практически одинаковую поглотительную способность. Поэтому для очистки газовых выбросов от паров органических растворителей целесообразно было бы использование ЦГН. При сбалансированной нагрузке на абсорбер отпала бы необходимость в получении уловленных компонентов в чистом виде, а полученный насыщенный абсорбционный раствор, состоящий из ЦГН и растворенных в нем органических компонентов после небольшой корректировки состава или использовать для приготовления технологического раствора, применяемого в производстве полимерных материалов, или в качестве растворителя для приготовления красок. Однако, как видно из данных таблицы, в процессе очистки газовых выбросов с использованием в качестве абсорбента циклогексанона последний наряду с поглощением органических соединений хорошо абсорбирует пары воды, находящиеся в очищаемом газовом потоке. Другим недостатком этого абсорбента является то, что его пары обладают довольно значительным парциальным давлением при температуре абсорбции и поэтому необходима вторая ступень очистки газов уже от паров ЦГН, которые будут уноситься из абсорбера очищенным воздухом, а это приведет к дополнительным капитальным и энергетическим затратам.

Если сравнить, согласно полученных экспериментальных данных, поглотительную способность воды и ВОА, то окажется, что поглотительная способность ВОА выше по тетрагидрофурану в 7 раз, по метилэтилкетону в 13,3 раза, по дихлорэтану в 24 раза, по бутанолу в 30 раз, и по циклогексанону в 16 раз. Повышенная поглотительная способность абсорбента (в данном случае ВОА) приводит к уменьшению его количества в циклическом процессе абсорбция регенерация, а, следовательно, к уменьшению энергозатрат на его транспортирование и нагрев при регенерации.

В соответствии с данными табл. для очистки 40000 м³/час газа от тетрагидрофурана потребуется воды 253 м³/час, ВОА 36 м³/час; от метилэтилкетона воды 230 м³/час, ВОА 17 м³/час; от дихлорэтана 625 м³/час и 26 м³/час; от бутанола 118 м³/час и 3,9 м³/час; от циклогексанона 100 м³/час и 4 м³/час, соответственно. Из приведенных цифр следует, что «критическим» компонентом в данной газовой смеси при абсорбции водой является дихлорэтан. Расчетная сравнительная оценка по капитальным и энергозатратам на процесс очистки с использованием количества орошения 625 м³/час (для воды) и 36 м³/час (для ВОА) дала следующие результаты. При использовании в качестве абсорбента воды потребуется установить насадочный скруббер диаметром 4 м и высотой 35 м. В процессе отгонки поглощенных органических соединений на нагрев абсорбента в этом случае потребуется 5,2 ^. 10 ⁸ кДж/час. Соответствующие величины при использовании ВОА составят: диаметр абсорбера 1,2 м, при высоте абсорбера 12 м, расход тепла для отгонки поглощенных органических соединений 1,5^.10⁷ кДж/час.

Таким образом, полученные экспериментальные данные позволяют сделать вывод, что использование воды в качестве абсорбента при очистке газовых выбросов от органических веществ нецелесообразно, несмотря на ее низкую стоимость и доступность. Поэтому для очистки газовых выбросов от паров органических растворителей наиболее рациональным абсорбентом, отвечающем практически всем требованиям предъявляемым к поглотителям, является ВОА.

Список литературы

1. Володин Н.И., Пузырева В.М., Мирошина В.В. Абсорбенты для улавливания органических веществ //Тезисы доклада 1?ой Международной конференции по проблемам экологии и безопасности жизнедеятельности, ТулГУ. Тула, 1997. С.293

2. Володин Н.И., Пузырева В.М., Мирошина В.В. Очистка газов от органических растворителей //Известия ТулГУ, Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. Тула, 1997. С.320 .

3. Володин Н.И., Пузырева В.М., Сороко В.Е. Очистка газов от примесей органических растворителей абсорбцией // Журн. прикл. химии. 1997. № 10. С.1745 .

Назад к списку