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 м32ч, 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

Наименованиекомпонента

Концентрация паров на входе в абсорбер,%об

Концентрация в абсорбере, % масс

вода

ЦГН

ВОА

Тетрагидрофуран

1,2090

0,3500

1,8100

2,4400

Метилэтилкетон

0,3250

0,1400

1,8100

1,8600

Дихлорэтан

0,2360

0,0700

1,6200

1,6700

Бутанол

0,0180

0,0200

0,5800

0,6100

Циклогексанон

0,0130

0,0300

92,160

0,5000

Вода

3,0000

99,390

2,0200

0,0090

Воздух

95,779




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