Главная > Технология переработки пластических масс > Очистка воздуха от газообразных примесей

Очистка воздуха от газообразных примесей

9 февраля 2014

В процессе переработки полимеров может происходить их де­струкция, в результате которой образуются газообразные про­дукты, содержащие различные вредные вещества. При переработке фенопластов могут образовываться фенол, фор­мальдегид, оксиды углерода, при переработке полиакрилатов и полистирольных пластиков — стирол, метилметакрилат, нит­рил акриловой кислоты, цианистые соединения, при переработке поливинилхлорида — винилхлорид, хлористый водород и т. д.

Уменьшить выделение вредных веществ в атмосферу можно двумя путями: совершенствованием технологических процессов синтеза полимеров и их переработки и использованием более
эффективных способов очистки. Например, снижение темпера­туры переработки полимера на 20—50 ~С существенно умень­шает содержание вредных газообразных аешеств, а получение таких полимеров может быть достигнуто добавлением в них нетоксичных пластификаторов, небольших количеств легирую­щих веществ, микродобавок, которые снижают вязкость рас­плавов полимеров и температуру перехода в вязкотекучее состояние.

К основным способам очистки выбросов от газообразных примесей относятся абсорбция жидкостями, адсорбция тверды­ми поглотителями и каталитическая очистка. Выбор способа очистки зависит от физико-химических свойств загрязняющего вещества, его агрегатного состояния, концентрации, а также технико-экономических показателей применяемой установки.

Абсорбщч! жидкостями — это поглощение газов или паров из газовых смесей жидкими поглотителями абсорбентами. Абсорбция применяется как для извлечения ценных компонен­тов из газового потока и возврата их в технологический про­цесс для повторного использования, так и поглощения из отхо­дящих газов вредных веществ с целью очистки воздуха. Ра­циональное использование абсорбционной очистки возможно в том случае, когда концентрация примесей н газовом потоке превышает 1% (об.). Процесс абсорбции является избиратель­ным и обратимым. Это значит, что можно подобрать такой абсорбент, который будет поглощать только ту примесь, кото­рую следует извлечь из смеси. После выделения поглощенного вещества из абсорбента {десорбции) он снова используется в процессе. Таким образом, получается замкнутый, (циклический) процесс. Абсорберы делятся на полые и насадочные, а по прин­ципу действия на поверхностные, барботажкые и распиливаю­щие. Этот способ очистки широко используется для удаления из выбросов таких вредных веществ как фенол, формальдегид, фталевый ангидрид, пары кислот, цианистые соединения и др.

Адсорбция твердыми поглотителями основана на избира­тельном извлечении вредных компонентов аз газа адсорбента­ми— твердыми материалами с большой удельной поверхностью. Этот метод имеет большое значение, так как дает возможность, используя относительно небольшие количества адсорбента, об­рабатывать большие объемы газов с малой концентрацией веществ, подлежащих удалению, и достигать при этом высокой степени очистки. Весьма перспективны непрерывные процессы адсорбции в так называемом псевдоожиженном состоянии адсорбента (в кипящем слое). Этим методом пользуются при очистке воздуха от паров спирта (например, в производстве стеклотекстолита), растворителей и других вредных веществ.

Каталитическая очистка газов основана на каталитических реакциях, в результате которых находящиеся в газе вредные

примеси превращаются в другие соединения — либо безвредные, либо менее вредные и легко удаляемые из газа. Каталитическая очистка весьма перспективна, так как подбирая соответствую­щий катализатор можно достигнуть высокой степени очистки, вплоть до 99,9%. Каталитические реакции протекают с выде­лением тепла, которое используется в котлах-утилизаторах, что уменьшает стоимость очистки.

Каталитический метод можно применять в тех случаях, когда отходящие газы представляют собой многокомпонентные смеси различных веществ и когда использование других методов ока­зывается нецелесообразным.

Кроме каталитического метода (беспламенного), часто при­меняют огневое (термическое) обезвреживание, которое осу­ществляется в факеле или в паровых котельных, используя выбрасываемый загрязненный воздух в виде дутья для горения в топках котельных агрегатов. Большой интерес представляет сжигание газовых отходов в промышленных печах. Огневое обезвреживание в печах заключается в окислении органических веществ кислородом воздуха при 900—1200 еС и давлении до 0,2 МПа; при этом образуются оксиды углерода и пары воды. Этот метод применяют в тех случаях, когда концентрация горючих вещестз в отходящих газах не выходит за пределы воспламенения.

Выбор способа очистки определяется конкретными условия­ми производства: количеством газов н их температурой, соста­вом и концентрацией вредных вещестз. возможностью рекупе­рации энергии, степенью очистки воздуха, производственными возможностями, стоимостью способа и г. д. Па практике часто используют комбинацию различных методов. Сочетание различ­ных способов очистки в одном газоочистном потоке может быть весьма разнообразным и зависит от конкретных условий.

Обезвреживание газовых выбросов при переработке полиоле - финов. В процессе переработки полиэтилена, полипропилена и их сополимеров в результате термической и окислительной деструкции образуются различные токсичные продукты, пред­ставляющие собой смесь предельных и непредельных углеводо­родов, а также кетоны, альдегиды, спирты, диоксид углерода, которые выбрасываются в атмосферу. Для обезвреживания га­зовых выбросов проводится их каталитическое окисление при температуре 350 °С в присутствии меднохромового катализато­ра; при этом степень очистки достигает 90%.

Обезвреживание газовых выбросов при переработке поли - стирольных пластиков. При переработке полнетирольных плас­тиков выделяются различные продукты деструкции, из которых самыми токсичными являются стирол, этилбензол и изопропнл - бензол. Для очистки стиролсодержащих газов используется ка­талитическое окисление выбросов до диоксида углерода и воды

( Очищенный, газ

Очищенный

Га. з на очискну

V5

ТопниНо

Рис. 18.6. Технологическая схема ка­талитического окисления стнролсо- держащих газовых выбросов:

/—Смеситель потоков; 2 — вентилятор; 3 — топка-подогреватель; Ч — контактный аппа­рат; Л — слой катализатора; 6— теплооб­менник

Рис. 18.7. Технологическая схема очистки промышленных выбросов от паров стирола:

I — адсорбер; 2 — холодильник; 3 — парогенератор; Ч —насос: 3 — сборник конденсата; 6 — сепаратор; 7 - сборник стирола

на алюмоплатиповом катализаторе прн температуре газового потока 350—400 ЭС (рис. 18.6).

Общий газовый поток от всех аппаратов из смесителя 1 вентилятором 2 подается в топку-подогреватель 3, где за счет теплоты сгорания природного газа подогревается до температуры реакции. Нагретые газы поступают и контактный аппарат ■/ и, проходя через слой катализатора 5, окисляются. Выходящие из аппарата газы, нагретые до 350—400 °С, выбрасываются в ai мосферу через теплообменник 6.

Иногда стиролсодержащие газы используются в виде дутья в топках котельных агрегатов или в печах для термического окисления, например циклонных печах. Однако применение этих способов обезвреживания целесообразно в тех случаях, когда газовые выбросы представляют собой многокомпонентную смесь соединений, различных по физическим и химическим свойствам. Если же в газовых выбросах содержится только стирол, то лучше применить адсорбционный метод с последу­ющим возвратом его в производство. Стирол хорошо адсорби­руется активным углем и десорбируется острым водяным парсм (рнс. 18.7).

При адсорбции газовые выбросы подаются в нижнюю часть адсорбера /, в котором происходит поглощение содержащегося в воздухе стирола актив­ным углем. Очищенный воздух выбрасывается в атмосферу. Регенерация угля после насыщения стиролом проводится острым паром. Дсссрбаг после охлаждения в холодильнике 2 собирается в сепараторе о, в котором расслаи­вается на органический и водный слои. Водный слой поступает в парогене­ратор 3 для получения пара на десорбцию, а стирол (органический слой) собирается в сборнике 7. откуда поступает на установку ректификации для получении товарного стирола с содержанием основного вещества до 96%.

Степень очистки при этом способе составляет более 99%. Достоинством адсорбционного метода очистки является его более низкая энергоемкость и возможность утилизации стиро­ла, извлеченного из отходящего газа.

Для улавливания мелкодисперсной пыли полистирола, обра­зующегося на стадиях сушки в производстве эмульсионного полистирола, а также при дроблении используют пылеулови­тель, заполненный раствором поверхностно-активного ве­щества (ПЛВ). Отработанный воздух барботируется через слон раствора ПАВ, где отделяется от пыли полистирола, проходит через влзгоотделнтель и выбрасывается в атмосферу. Уловлен­ная пыль полистирола в виде «пены» поступает на осаждение.

При производстве изделий из полистирола применяют сорб­ционно-каталитический метод, который состоит в низкотемпера­турном поглощении стирола, образующегося при деструкции полимера, на поверхности палладийпкролюзитового катализато­ра. Из цехов переработки паровоздушная смесь по вентиляци­онным трубам поступает на фильтрационное устройство для очистки от пыли, затем направляется в реактор, заполненный катализатором, для сорбции и каталитической очистки, череду­ющимися с регенерацией. По завершении процесса поглощения катализатор нагревают з токе воздуха при строгом соблюдении режима нагревания: при 15QX в течение 1,5 ч, затем при

180“С— 1.5 ч, при 200“С — 1 ч и при 250"С— 1 ч. Регенерацию катализатора проводят в потоке паровоздушной смеси. При этом стирол окисляется в присутствии катализатора до диоксида углерода и воды. После процесса регенерации катализатора установку вновь переводят па режим поглощения.

Одним из вариантов этого процесса предусматривается ус­тановка аппаратов-поглотителей стирола над каждой литьевой машиной. Регенерацию катализатора проводят централизованно на специальных установках.

Обезвреживание газовых выбросов при переработке поливи­нилхлоридных пластмасс. В производстве поливинилхлорида па стадиях сушки и упаковки, а также в процессе его перера­ботки выделяются пыль, продук ы деструкции, остаточный мо­номер— випнлхлорид, который является наиболее токсичным. Очистка от пыли проводится в циклонах или фильтрах, а уда­ление нз отходящих газов вшшлхлорида осуществляется по двум направлениям: либо адсорбцией мономера из отработан­ного потока с последующим возвратом в технологический цикл, либо химическим или термическим обезвреживанием мономера.

Наиболее широко применяют адсорбционный метод с исполь­зованием активного угля. Для повышения эффективности ме­тода отходящий поток, содержащий винил хлорид, перед пода­чей в угольный адсорбер сушат па молекулярных ситах и охлаждают до низких температур. В этих условиях удается

извлечь из выбросов почти весь мономер. Разработан сш>со< абсорбции винилхлорида различными реагентами, например дихлорэтаном.

Химическое обезвреживание винилхлорида осуществляется посредством его окисления кислородом воздуха или озоиирова пием с последующей промывкой щелочным раствором. При 450'С на магнийхромовом катализаторе вннилхлорид разлага­ется на 99,7%.

Обезвреживание газовых выбросов при переработке фторо­пластов. Газовые выбросы при производстве изделий из фторо­пластов в основном происходят на стадиях оплавления порош­ков, омыления покрытий, сварки, сушки и др. В выбросах могут находиться фторсодержэщие соединения, которые являются высокотокснчными веществами. Обезвреживание больших объемов газовых потоков с высокими концентрациями токсич­ных веществ целесообразно проводить путем пирогндролнза, а для небольших объемов отходящих газов с невысокой концентрацией токсичных веществ применять небольшие двух­слойные фильтры с активным углем и химическим известковым поглотителем. После насыщения слоев вредными веществами такие фильтры не регенерируют, а подвергают захоронению в специально отведенных местах (могильниках для захоронения промышленных отходов).

Пирогидролиз проводят при 1000—1200 СС в присутствии, воды. В этих условиях фторпроизводные разлагаются с обра­зованием фтористого водорода и диоксида углерода. Газовый поток после печи сжигания проходит через насадочиый скруб­бер, орошаемый циркулирующей водой. При этом фтористый водород извлекается из газового потока и утилизируется, а ди­оксид углерода и пары воды выбрасываются в атмосферу. Фтористый водород можно не утилизировать, а обезвреживать, промывая газовый поток известковым молоком.

Обезвреживание газовых выбросов в производстве фено­пластов. В газовых выбросах производства и переработки фе­нопластов содержатся фенол, формальдегид, метанол и другие вредные вещества, причем количество их в отработанных газах колеблется в широких пределах. В промышленности широко используют методы абсорбции и адсорбции. При абсорбции самым доступным поглотителем является вода, однако при водной очистке невозможно добиться большой глубины очистки, так как предельная концентрация фенола в воде при 20°С не превышает 2%.

Более перспективным является метод хемосорбцнн-абсорб - ции с помощью активных поглотительных жидкостей, нейтрали­зующих вредные вещества, содержащиеся в отходящем потоке. В качестве хемосорбентов применяют водные растворы щелочи

и процесс обесфеноливаиия проводят в абсорберах с пссвдоожи - жеиной шаровой насадкой.

Адсорбционный способ очистки отработанных газов произ­водства фенопластов применяется реже, так как его реализация сопряжена с громоздкой аппаратурой и высокой энергоем­костью регенерации адсорбента из-за ссмолеиия поглощенных веществ. Однако этот метод может оказаться вполне приемле­мым, если вместо регенерации адсорбента отправлять его после насыщения на сжигание. В этом случае в качестве адсорбента используют уголь. Процесс осуществим, если концентрация фенола в отходящих газах незначительна и возвращение его в производство не предусмотрено технологическим режимом.

Очистку отработанного воздуха в производстве фенопластов можно проводить также каталитическим окислением на хромо­никелевом контакте при 250—350°С и огневым сжиганием в котельных установках.

В производстве фенольных пресс-порошков, волокнистых материалов, при обрезке плит текстолита выделяется большое количество пыли. Очистка отработанного воздуха в этих про­цессах проводится с помощью циклопов и рукавных фильтров с антистатическим полотном.

Обезвреживание газовых выбросов при переработке пласт­масс в изделия. Создание специальных газоочистных установок на предприятиях переработки пластмасс требует больших ка­питаловложений и дополнительного расхода топлива и электро­энергии. Поэтому перспективным методом очистки является обезвреживание воздуха путем сжигания вредных примесей в топках котлов. В этом случае загрязненный воздух в смеси со - свежим подают в топку котельных устаноюк, а затем выбрасы­вают через дымовую трубу в атмосферу.

Вредные выбросы цехов переработки пластмасс содержат самые разнообразные примеси: пары мономеров (например,, стирола, винилхлорида). продукты деструкции полимеров, па­ры растворителей и другие вредные вещества. Содержанке при­месей в выбросах обычно мало, но общий объем газов доста­точно велик, поэтому в таких случаях используется адсорбци­онно-окислительная установка. В адсорбере загрязненный газ очищается от паров растворителей активным углем, а очистка газового потока от других примесей проводится путем окисления в печах сжигания.

Технология переработки пластических масс

Комментирование отключено.