В онлайне: 1 (гостей - 1, участников - 0)  Вход | Регистрация

 

УДК 541.183

Окисление отходящих газов на катализаторе


Хазипова В.В., доцент, Шейко М.Е., Олешко Б.А., студенты
Донбасская национальнаяя академия строительства и архитектуры, г. Макеевка

Рассмотрены методы и катализаторы для оптимальной очистки токсичных компонентов загрязнения при производстве эпоксидиановых смол - акролеина и эпихлоргидрина.
 

В развитии инвестиционных проектов большое значение имеют синтетические материалы (пластмассы, каучуки, полимеры), основным сырьем для получения которых являются различные мономеры (метилметакрилат, хлористый аллил, акриловая кислота). Производство и потребление мономеров неизбежно приводит к увеличению выбросов, содержащих различные углеводороды, и в том числе мономеры, в атмосферу. Это приводит к загрязнению окружающей среды и наносит значительный экономический эффект. Наиболее кардинальным решением проблемы защиты воздушного бассейна от выбросов токсичных веществ является создание безотходных производств, которые позволяют использовать все побочные продукты, выделяемые в технологическом процессе, а также усовершенствование технологии производств мономеров, в результате чего происходит снижение количества вредных примесей, выделяемых в атмосферу. Однако, по целому ряду причин, полное устранение или снижение газовых выбросов путем создания безотходной технологии или ее усовершенствование не всегда возможно. В этом случае промышленные газовые выбросы подвергаются очистке.

Наши исследования были направлены на изучение особенностей загрязнения атмосферного воздуха органическими токсикантами, выделяющимися при осуществлении технологических процессов на предприятиях полимерной химии, поскольку лишь в самое последнее время органическим загрязнениям стали уделять внимание при рассматривании проблем, связанных с состоянием природной среды. В Донбассе же работы в этом направлении до настоящего времени не проводились.

Цель данной работы - разработка каталитического способа очистки газовых выбросом, основными токсичными компонентами которых являются эпихлоргидгин (ЭХГ) и акролеин.

Проведено обследование газовых выбросов производства эпоксидиановых смол. При обследовании газовых выбросов использовалась фотоколориметрическая методика определения акролеина, основанная на реакции этого вещества в кислой среде с хромотроповой кислотой с образованием соединения, окрашивающего раствор в фиолетовый цвет. Для определения эпихлоргидрином была также использована фотоколориметрическая методика, основанная на окислении эпихлоргидрина йодной кислотой в растворе серной кислоты до формальдегида с последующим определением формальдегида по реакции с хромотроповой кислотой. Объем газовых выбросов от вентсистем оценивался с помощью микроманометра и трубки Пито.

Содержание акролеина от вакуум-насосов в первом потоке относительно невелико и составляет, максимально, 5 г/м3. Выхлопы от вакуум-насоса другого потока менее загрязнены, содержание паров эпихлоргидрина находятся в пределах 0,1-0,4 г/м3.

Для обезвреживания газовых выбросов от органических веществ, содержащихся в отходящих газах, используются как катализаторы на основе благородных металлов, так и окисные. Для выбора катализаторов очистки выбросов опытного производства эпоксидиановых смол в лабораторных условиях реакции глубокого окисления исследовались следующие катализаторы: НИИОГАЗ -17Д, НИИОГАЗ -10ДА, алюмоплатиновый АП-56.
Катализатор НИИОГАЗ -17Д представляет собой свитую в спираль нихромовую проволоку серого цвета, на поверхность которой наносится палладий в количестве десятых долей процента. Диаметр спиралей 4-5 мм, насыпной вес 0,7-0,9 г/м3. Ориентировочный срок службы такого катализатора не менее 1 года.

Катализатор НИИОГАЗ -10ДА представляет собой алюминиевый носитель в виде цилиндров неправильной формы диаметром 6-8 мм, на поверхность которого наносятся десятые доли палладиевой черни. Насыпная масса катализатора 1,05 -1,1 г/л.

Катализатор АП-56 представляет собой платину, равномерно распределенную по внешней и внутренней поверхности таблеток фторированной активной окиси алюминия. Массовая доля платины 0,56 %. Размер таблеток: диаметр 2,5-3мм, высота 5-7 мм. Насыпная масса катализатора 0,65 г/см3.

Схема лабораторной установки для исследования катализаторов в реакции глубокого окисления акролеина и эпихлоргидрина представлена на рис.1.



Схема лабораторной установки каталитического окисления

Рис.1 – Схема лабораторной установки каталитического окисления
1 - система очистки, 2 – реометр, 3 – смеситель, 4 – испаритель, 5 - рабочий реактор, 6 - контрольный реактор, 7 - термопара


Газовая смесь готовилась в стеклянном сосуде путем смешения паров исследуемого вещества с воздухом. Сосуд состоит из двух камер, разделенных перегородкой и сообщающихся между собой при помощи патрубка, находящегося в центре перегородки.

Верхняя камера служит смесителем (3), нижняя - испарителем (4), в который заливается испытуемое вещество. Приготовление и дозировка паровоздушной смеси проводится следующим образом: воздух от компрессора поступает в систему очистки (1), состоящей из пемзы, пропитанной серной кислотой, твердой гранулированной щелочи и аскарида, и разделяется на два потока. Один поток направляется в испаритель (4), где обогащается парами исследуемого вещества, а затем в смесителе разбавляется потоком воздуха для создания заданной концентрации. Скорость подачи воздуха контролируется реометрами (2). Из смесителя (3) реакционная смесь поступает в реакторы (5) и (6), изготовленные из тугоплавкого стекла. Реактор имеет сетчатую перегородку, на которую засыпаются требуемое количество катализатора. Температура на поверхности катализатора измеряется хромель-копелевой термопарой, соединенной с милливольтметром. Газовый поток из реакторов, пройдя через реометры (2), выбрасывается в атмосферу. В одном из реакторов, контрольном, находится 50мл активного алюмоплатинового катализатора АП 56, на котором при температуре 3000С и объемной скорости газового потока 2000ч -1. происходит 100% окисление исследуемых веществ. В рабочий реактор загружались поочередно испытуемые катализаторы. Перед каждым экспериментом катализаторы в обоих реакторах продувались очищенным воздухом при температуре 500oС для удаления адсорбированных органических веществ. После этого при заданных условиях проводилась серия опытов. Особое внимание уделялось созданию постоянных условий проведения опыта, исключались колебания скорости подачи газовой смеси, отклонение температуры от заданной не превышало 50С, колебания концентрации составляли не более 5%. За меру каталитической активности была принята температура 100% превращения исследуемого вещества в углекислый газ и воду. По содержанию углекислого газа рассчитывалась концентрация исследуемого вещества. Степень превращения (Р,%) вычислялась по формуле:





где dCO21. - массовая концентрация углекислого газа в паровоздушной смеси после рабочего реактора, г/м3

dCO2 - массовая концентрация углекислого газа после контрольного реактора, отвечающая полному окислению, г/м3 .
Данные эксперимента по термокаталитическому окислению ЭХГ приведены в таблице 1.



Таблица 1 - Эффективность окисления эпихлоргидрина в присутствии разных катализаторов

Катализатор Температура, 0С Объемная скорость, час-1 Степень превращения, %
НИИОГАЗ-17Д 400 45000 45
300 33000 39,2
360 33000 53,2
400 33000 65,5
400 20000 66,8
400 10000 74,9
300 10000 62,5
НИИОГАЗ-10ДА 400 33000 57,1
400 33000 63,8
АП-56 350 33000 86.8
400 33000 98,9
300 20000 89,0
250 10000 89,6
300 10000 97,5


Результаты опытов по окислению эпихлоргидрина свидетельствуют, что наиболее эффективным катализатором полного превращения ЭХГ является алюмоплатиновый контакт АП 56.

Только на этом катализаторе достигается 98%-ное превращение ЭХГ, при этом температура в слое катализатора должна быть 4000С и объемная скорость газового потока 10000 час -1.

Результаты экспериментов по окислению акролеина в лабораторных условиях представлены в таблице 2.



Таблица 2 - Результаты окисления акролеина

Катализатор Температура, 0С Объемная скорость, час-1 Степень превращения, %
по веществу по СО2
НИИОГАЗ-17Д 400 33000 99 99,5
350 33000 96 100
300 33000 94 93,6
200 33000 30 33,1
350 45000 88 86
300 45000 80 92,3
200 45000 22 24,4
НИИОГАЗ-10ДА 230 33000 59 60,1
250 33000 78 77,2
300 33000 99 100
200 45000 35 -
300 45000 97 98,1


alt="Схема лабораторной установки каталитического окисления" border=0>

Из приведенных результатов видно, что наиболее эффективным контактом глубокого окисления акролеина является катализатор НИИОГАЗ -10ДА, на котором 100%-ная степень превращения наблюдается при температуре 3000С и объемных скоростях газового потока 33000 час -1 и 45000 час -1.

Таким образом, в лабораторных условиях найдены оптимальные катализатор и условия очистки выбросов от органических веществ.


 

Разделы конференции »

  1. Государственный кадастр недвижимости и земельно-имущественные отношения
  2. Мониторинг природных ресурсов и охрана окружающей среды
  3. Комплексное использование природных ресурсов
  4. Современные вопросы геологии
  5. Физика горных пород
  6. Новые технологии в природопользовании
  7. Применение современных информационных технологий
  8. Экономические аспекты недвижимости
  9. Мониторинг использования объектов недвижимости
  10. Топографо-геодезическое обеспечение кадастровых работ

#menuinclude(1-elibraryru)

 

Проекту Kadastr.ORG требуются средства на хостинг и развитие

Сумма: руб.