Сушильна камера; 2, 7 – вентилятор; 3 – бризковідбійник; 4 – теплообміник; 5 –підігрівач; 6 – реактор

Гази, що відходять з сушильного агрегату, при 80-200°С вентилятором через бризковідбійник подають в теплообмінник для попереднього підігріву теплом конвертованих газів до 200-220°С, а потім в підігрівач, де їх температуру збільшують до 250-327°С за рахунок тепла димових газів, що отримуються спалюванням газоподібного палива. Для спалювання використовують кисень, що міститься в газах, які очищаються. Спалювання органічних домішок до СО₂ і Н₂О проводять в реакторі на каталізаторі. Конвертовані гази з реактора через теплообмінник вентилятором повертають в сушильний агрегат. З метою компенсації втрат кисню і доведення температури знешкоджуваних газів до рівня, відповідного умовам сушки плівки (120-170°С), перед надходженням в сушильний агрегат їх розбавляють повітрям. Частину очищених газів скидають в атмосферу. При використанні алюмоплатинового каталізатора повне очищення при об'ємній швидкості 40 тис. год^-1 досягається при 290°С. Для забезпечення того ж ефекту при об'ємній швидкості газу 60 тис. год^-1 необхідна вища температура (350°С)

Простішими за технологічною компоновкою є схеми каталітичного знешкодження з незамкнутими циклами відповідних газових потоків.

Каталітичне очищення газів від сіркоорганічних сполук полягає в окисненні або гідруванні останніх у присутності контакт­них мас при підвищених температурах. Каталітичне окиснення проводять киснем з утворенням кисневих сполук сірки, очищення від яких є легшим завданням. Каталітичне гідрування використо­вують тоді, коли очищенню підлягають гази, які містять органічні сполуки сірки (сірковуглець, тіофени, дисульфіди), повне видалення яких не забезпечується при використанні поглиначів. Воно засноване на контакті сіркоорганічних компонентів газів з воднем або водяною парою при 300-500°С на каталізаторах з утворенням сірководню, що видаляється потім з конвертованих газів звичай­ними методами. Як каталізатори процесів гідрування сірко­органічних сполук воднем використовують контактні маси на основі оксидів Fe, Co, Ni, Мо, Cu, Zn, серед яких найпоширенішими є кобальт-молібденові (до 5% СоО і 15% МоО₃) і нікель-молібденові (до 10% NiO і 10% МоО₃). Вони наносяться на оксид алюмінію або алюмо-силікатні матеріали. При гідруванні водяною парою (гідроліз, конверсія сіркоорганічних сполук) використовують каталізатори, що містять як головний компонент оксид заліза. Ступінь перетворення досягає зазвичай 90-99,9%.

5.6 Каталітичне очищення газів від оксиду вуглецю (ІІ)

Каталітичне окиснення є найраціональнішим методом знешкодження газів від оксиду вуглецю (ІІ). Проте разом з оксидом вуглецю (II) залежно від умов конкретного виробництва в газах можуть міститися і інші токсичні компоненти: оксид сірки (IV), оксиди азоту, пари різних вуглеводнів. Крім того, в них зазвичай присутні оксид вуглецю (IV), кисень, азот, пари води і часто механічні домішки у вигляді різного пилу. Деякі з цих домішок можуть бути отрутами для каталізаторів.

Для окиснення оксиду вуглецю використовують марганцеві, мідно-хромові і каталізатори, що містять метали платинової групи. Залежно від складу відхідних газів, в промисловості застосовують різні технологічні схеми очищення.

На рис. 5.8, а представлена схема установки каталітичного знешкодження відхідних газів у виробництві нітрилу акрилової кислоти. При синтезі цього продукту на основі аміаку і пропілену технологічні гази відмивають від нітрилу акрилової кислоти водою. Гази, що надходять зі стадії абсорбції містять, у % (об): оксиду вуглецю – 2,3; пропілену – 0,5; пропану – 0,04; кисню – до 3,0; інертні гази – усе інше.

Для очищення їх подають в топку-підігрівач, де нагрівають до 220–250°С (залежно від типу каталізатора) шляхом спалювання паливного газу в повітрі, що нагнітається повітродувкою. Витрата повітря розрахована не тільки на спалю­вання паливного газу, але і на подальше каталітичне окиснення оксиду вуглецю і вуглеводнів. Суміш топкових відхідних газів з повітрям направляють в реактор, що працює в адіабатичних умовах. Використовується кульковий каталізатор ШПК-2, що містить 0,2% платини, нанесеної на оксид алюмінію. Ступінь очищення досягає 98-99%. Реакції окиснення, що відбуваються на каталізаторі, екзотермічні. Це призводить до сильного розігрівання продуктів каталізу. Конвертовані гази при температурі до 700°С передають в котел-утилізатор, що забезпечує виробництво перегрітої до 380°С водяної пари під тиском 4 МПа. Знешкоджені гази, що виходять з котла-утилізатора, при температурі біля 200°С димосмоком через димову трубу евакуюють в атмосферу.

При обробці 60 тис м³/год відхідних газів витрата електро­енергії складає 500 кВт, виробляється 26,5 т/год пари.

Для санітарного очищення промислових викидів від оксиду вуглецю і парів органічних забруднень розроблена інша установка, схема якої представлена на рис. 5.8, б.

Відхідні гази сушильних печей ліній лакування окрім СО містять етилцелюлозу, етанол, ксилол і інші компоненти. Відцен­тровим вентилятором їх направляють в теплообмінник, де підігрі­вають теплом конвертованих газів, а потім в реактор, в котрому відбувається додатковий нагрів газів за допомогою пальника. Процес конверсії проводять в реакторі на каталізаторі НТК-4 при температурі 320-450°С і об'ємній швидкості газу 16700 год^-1 Конвертовані гази з реактора через теплообмінник виводять в калорифер, де їхнє тепло утилізують для підігріву води на побутові потреби підприємства. Знешкоджене повітря через 20-метрову трубу викидають в атмосферу. Ступінь очищення газів дорівнює 98%.

Оксид вуглецю (ІІ) є основним токсичним компонентом відхідних газів агломераційних фабрик на підприємствах чорної металургії. Одна аглофабрика викидає в атмосферу в середньому приблизно 1 млн. м³/год газів з вакуум-камер агломераційних машин.

Каталізатори, що використовуються для знешкодження таких газів повинні забезпечувати при 220-240°С ступінь конверсії оксиду вуглецю не менше 70% в умовах великих об'ємних швидкостей запилених потоків і володіти стійкістю до присутніх у газах каталітичних отрут.

Проведені на реальних агломераційних газах випробування показали, що через присутність в них оксиду сірки (IV) марганцевий каталізатор втрачає свою активність протягом 3-4 год. Попереднє видалення оксиду сірки (IV) з газів забезпечує стабільну роботу цього каталізатора вже при 150-180°С, а при 220-240°С досягається ступінь знешкодження оксиду вуглецю 90-96% при об'ємних швидкостях газу 2000 год^-1. Мідно-хромовий каталізатор (50% оксиду міді і 10% оксиду хрому) дозволяє досягти при 240°С необхідних ступенів конверсії оксиду вуглецю при вищих об'ємних швидкостях газу (до 20 тис. год^-1) і більшій тривалості роботи (до 120 год.). Проте при використанні каталізаторів цих двох типів ступінь знешкодження оксиду вуглецю (II) падає із збільшенням об'ємної швидкості оброблюваних газів, зменшенням температури процесу і зростанням вмісту оксиду вуглецю в конвертованих газах, що обмежує доцільність застосування цих каталізаторів. Підви­щеною стійкістю до каталізаторних отрут характеризуються каталізатори, що містять паладій і платину. Їх застосування дозволяє здійснювати процеси ефективного знешкодження газів при значно вищих об'ємних швидкостях оброблюваних газових потоків без зміни активності каталізаторів протягом тривалого часу (6-12 міс). Вищий ступінь конверсії оксиду вуглецю, що міститься в аглогазах забезпечує каталізатор, який містить 0,3% платини, нанесеної на гранульований оксид алюмінію. Такий каталізатор зберігає первинну активність протягом 8000 год при ступені конверсії оксиду вуглецю вище 70% в умовах знешкодження газів при температурі 225°С і об'ємній швидкості потоку 100 тис. год^-1.

Принципова схема установки каталітичного очищення агломераційних газів від оксиду вуглецю (II) представлена на рис. 5.8, в.

Рисунок 5.8 – Схеми установок каталітичного знешкодження відхідних газів

а – виробництва нітрилу акрилової кислоти: 1 – повітро­дувка; 2 – топка-підігрівач; 3- реактор; 4 – котел-утилізатор; 5 – димосмок; 6 – димова труба;

б – лінії лакування: 1 – вентилятор; 2 – теплообміник; 3 – реак­тор; 4 – калорифер; 5 – ємкість; 6 – насос;