Абсорбция окислов азота
Абсорбция окислов азота
Проблема очистки кислотных газовых выбросов производства нитратов целлюлозы и других нитросоединений остро коснулась многих заводов. Экология вокруг предприятий отрасли была доведена до такого состояния, что трудящиеся многих городов выходили с демонстрациями протеста.
Для ускорения решения проблемы очистки кислотных газовых выбросов заводов отрасли по совместному приказу министра машиностроения СССР и министра высшего и среднего специального образования РСФСР в 1981г в Казанском химико-технологическом институте им. С.М.Кирова на кафедре «Оборудование химических заводов» была открыта отраслевая научно-исследовательская лаборатория «Регенерация отработанных кислот и комплексная очистка газовых выбросов». Исследования лаборатории выполнялись на основе целевой комплексной научно-технической программы «Разработка и внедрение в производство новой технологии непрерывного производства нитратов целлюлозы с комплексным решением проблемы охраны окружающей среды завода». Работа по созданию принципиально новых процессов и аппаратов, согласно целевой программе, проводилась одновременно на 11 заводах отрасли, охватывая практически все стадии производства нитратов целлюлозы: этерификацию целлюлозы РБ азотной кислотой без серной кислоты в вихревых аппаратах; вытеснение отработанных кислот из продукта после этерификации внутри вихревых абсорберов без применения круговых аппаратов и центрифуг; интенсификацию процесса стабилизации нитратов целлюлозы, включая быструю стабилизацию пироксилина №1, полученного после этерификации целлюлозы РБ концентрированной азотной кислотой без серной кислоты; измельчение нитратов целлюлозы в лабиринтно – конической мельнице; отжим нитратов целлюлозы от кислоты и воды в шнек - отжимных аппаратах; денитрацию отработанных кислот в вихревой колонне без ферросилидовых конденсаторов; абсорбцию оксидов азота в вихревом абсорбере без насосов для циркуляции кислоты; концентрирование отработанной серной кислоты в вихревой ферросилидовой колонне без применения электрофильтров для улова тумана серной кислоты и без скрубберов для улова диоксида серы; абсорбцию паров азотной кислоты и улов тумана азотной кислоты после этерификации целлюлозы в вихревых компактных аппаратах с волокнистыми фильтрующими элементами без применения насосов для циркуляции кислоты; каталитическую очистку выбросов от оксидов азота на ванадиевых и железооксидных катализаторах, полученных из отходов производств; полную утилизацию тепла после каталитической очистки газов в процессе концентрирования серной кислоты.
Кроме того, одновременно проводилась разработка высокоэффективных сотовых катализаторов для окислительных и восстановительных реакций. Работа «Комплексное решение проблемы очистки кислотных газовых выбросов», представленная ФГУП «Авангард» Стерлитамака и Казанским
межвузовским инженерным центром «Новые технологии», отмечена Государственной премией СССР 1991 года в области науки и техники. Это была последняя Государственная премия СССР в области науки и техники. В выполненной работе основное внимание уделено комплексному подходу для сокращения газовых выбросов (азотной кислоты, оксидов азота, тумана серной кислоты и диоксида серы), образующихся в процессах этерификации целлюлозы, денитрации и концентрирования отработанных кислот.
В настоящей работе сделана попытка обобщения научных основ по созданию технологии комплексной очистки газовых выбросов от смеси паров, тумана азотной кислоты и оксидов азота в процессе этерификации целлюлозы. В книге подробно рассмотрены закономерности кинетики и механизма абсорбционных и каталитических процессов газоочистки, гидродинамика и массопередача в новых аппаратах, оптимизация высокоэффективных аппаратов и катализаторов, обобщены результаты внедрения в производство высокоэффективных вихревых абсорберов и реакторов каталитической очистки газов, которые созданы на всех заводах отрасли.
В настоящее время первый этап работы закончен тем, что на всех заводах отрасли завершено внедрение в производство разработанных высокоэффективных вихревых аппаратов для абсорбции паров азотной кислоты и эффективных установок каталитической очистки газов от оксидов азота на железохромоксидных катализаторах.
Разрабатывая технологию очистки отходящих газов производства нитратов, руководствовались стремлением обеспечить оптимальное сочетание процессов улова и уничтожения кислотных компонентов как двух взаимно противоположных направлений: утилизация и уничтожение ценного сырья.
Из большой совокупности процессов производства нитратов основное количество кислотных газовых выбросов выделяется в производстве нитратов целлюлозы. Поэтому производство нитратов целлюлозы принято в основу рассмотрения. При решении проблемы очистки кислотных газовых выбросов для этого производства в полной совокупности процессов нитрации и регенерации отработанных кислот распространить результаты на другие производства не представляет труда.
Известно, что себестоимость производства нитратов целлюлозы, как и других нитросоединений, существенно зависит от способа регенерации отработанных кислот. В процессах регенерации отработанных кислот большая часть капитальных затрат выпадает на долю аппаратов очистки отходящих газов [1]. Следует отметить, что за последние 20 лет по очистке отходящих газов от оксидов азота опубликовано несколько сотен статей, патентов и изобретений, по которым издан ряд аннотированных библиографических указателей и отдельных книг. Однако большинство известных научных работ и монографий обобщают теорию и практику процессов, распространенных в химической и энергетической промышленности. Специфика условий производства нитросоединений и, в частности, производства нитратов целлюлозы существенно отличается. Переносить результаты внедрения аппаратов по экологии из одной отрасли в другую без достаточных исследований нельзя. Непременно нужно учитывать специфику процессов и аппаратов в конкретной технологии. Литературы по расчету аппаратов очистки газов, например, для процесса этерификации целлюлозы практически нет. Имеются лишь первые попытки обобщения знаний на основе передового опыта внедрения новых аппаратов, разработанных в НИИ и на предприятиях [2,3].
Основными достижениями в отрасли по разработке новых способов и аппаратов газоочистки является внедрение двухстадийного метода концентрирования серной кислоты и скрубберов различных конструкций для
сокращения газовых выбросов тумана серной кислоты по проектам ФГУП «ГосНИИ «Кристалл» Дзержинск и ГосНИИХП Казань; метода селективного восстановления оксидов азота по проектам ГИАП Москва и ФГУП «ГосНИИ
«Кристалл».
Однако имеющиеся частные решения не позволяют закрыть всю совокупность вопросов, связанных с проблемой очистки кислотных газовых выбросов в отрасли. Кроме того, и для этих частных решений нет методик расчета аппаратов. Следует отметить, что указанная проблема характерна не только для производства нитратов целлюлозы, но и для всех заводов производства нитросоединений, нитроэфиров, нитроаминов и др. Производство нитратов целлюлозы взято за основу в связи с тем, что на этих производствах выбрасывается максимальное количество кислот, оксидов азота и оксидов серы. Ежегодно заводы отрасли выбрасывают в окружающую среду более 80000 т азотной и серной кислот. Современные научные работы пока не позволяют эффективно решить актуальную проблему.
Состояние проблемы для совокупности основных и смежных цехов производства нитратов целлюлозы на примере одного из предприятий отрасли представлено в таблице 1.1 и 1.2.
Из таблицы 1.1 видно, что газовые выбросы современного производства значительно превышают допустимые нормы. Суммарная концентрация паров азотной кислоты и оксидов азота в отходящих газах процесса этерификации целлюлозы на отдельных производствах достигает 7 г/м3. Газовый выброс азотной и серной кислот в атмосферу на одном предприятии достигает 1700 т/г.
Организацией ГНИИХП (г. Казань) выполнены расчеты технико-экономического обоснования различных вариантов для решения сложившейся проблемы в условиях конкретных производств. Например, для одного из предприятий затраты по переносу сернокислотного цеха оцениваются на сумму 12 млн. руб., а вариант переноса жилого поселка за пределы санитарной зоны оценивается на сумму 62 млн. руб. (в ценах 1991г.). Перенос жилых поселков рассматривался как один из вариантов в связи с отсутствием надежных способов очистки газовых выбросов и в связи с требованием санэпидстанции остановить производство.
Усугубляет загазованность атмосферы еще и тот факт, что большинство отходящих газов носят кислотный характер. Поэтому расчет предельно допустимого газового выброса в каждой отдельной точке завода определяется из условий суммирования токсичных веществ в атмосфере [4].
Состав отходящих газов производства нитратов целлюлозы довольно сложный. Из числа основных компонентов важнейшими являются: пары и туман азотной кислоты, диоксид азота и диоксид серы, туман серной кислоты. Все компоненты существенно отличаются друг от друга по растворимости в воде и другим физико-химическим свойствам. Это говорит о том, что одним универсальным способом или одним аппаратом проблему очистки отходящих газов решить нельзя. Необходим внимательный анализ
состава и свойств газов, исследование механизма и кинетики процессов, происходящих при газоочистке, поиск технических решений, удовлетворяющих специфику не только процесса газоочистки, но и специфику конкретного специального производства.
Следует отметить, что внедрение современных технологических процессов и аппаратов в производстве специального продукта не всегда приводило к уменьшению газовых выбросов, а чаще, наоборот. Например, к увеличению кислотных газовых выбросов привело внедрение высокопроизводительных круговых аппаратов для непрерывного вытеснения отработанных кислот, новых аппаратов денитрации отработанных кислот и концентрирования азотной кислоты в колоннах Степанова [5], скоростных аппаратов для концентрирования серной кислоты в трубах Вентури [6].
Скачать диплом Абсорбция окислов азота(50.34 Кб) скачиваний585 раз(а)