Снижение газовых выбросов за счет внедрения новых аппаратов

Разработка и изготовление абсорберов очистки от 10000р

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]. Следует отметить, что сложившаяся интенсификация основных технологических процессов приводит к тому, что затраты на очистку отходящих газов резко воз­растают. Поэтому в перспективе необходимо стремиться не только очистить отходящие газы, но и сократить газовый выброс от основ­ных технологических аппаратов.
Основными источниками кислотных газовых выбросов являются процессы этерификации целлюлозы и вытеснения отработанных ки­слот после этерификации. Процесс этерификации в общем виде опи­сывается реакцией:

[С6Н7О2(ОН) ] + nНNO С6Н7О2(NO2) ] +3nH2O (1.1)

Механизм и кинетика прямой и обратной реакции до сих пор явля­ется объектом научных исследований [7]. На практике процесс эте­рификации осуществляют обычно тройной смесью HNO3 + H2SO4+H2O в аппаратах периодического действия. В настоящее время имеются первые результаты испытания непрерывной этерификации по проекту Казанского ОКТБ. Вытеснение отработанных кислот по­сле этерификации осуществляют методом многоступенчатой про­мывки водой. При получении высокоазотного продукта для уменьшения потерь азота в продукте между стадией этерификации и стади­ей вытеснения отработанных кислот применяют стадию отжима отра­ботанной кислоты в центрифугах. Время этерификации в дейст­вующих нитраторах достигает 40 мин. Однако известно, что при уве­личении концентрации азотной кислоты это время можно резко со­кратить.
Для интенсификации процесса вытеснения отработанных кислот из продукта в отрасли нашел применение круговой аппарат конструкции Г.Л. Штукатера, который подобен круговому австрийскому экстрак­тору. Время вытеснения отработанных кислот в круговом аппара­те достигает 45 мин. Суммарное время вытеснения кислот в центри­фуге и аппарате с ложным дном достигает трех часов. Следует отме­тить, что современный аппарат конструкции Г.Л. Штукатера пока не исчерпал своих возможностей как по производительности, так и по области применения. Однако без интенсивного
отжима отработанных кислот после этерификации этот аппарат не согласуется с экологией и его применение приводит к увеличению потерь кислот в окружающую среду. Значительными являются и залповые газовые выбросы. Из­вестно, что любые изменения в процессе этерификации целлюлозы существенно отражаются на всех смежных технологических про­цессах: регенерации отработанных кислот, стабилизации продукта, очистке
отходящих газов и сточных вод. Поэтому процесс этери­фикации целлюлозы является узловым как для решения проблемы интенсификации производства,
так и для решения проблемы охраны окружающей среды.
Следует отметить, что прошло уже полтора века с тех пор, как Браконо [8] впервые получил нитроцеллюлозу при действии азотной кислоты на клетчатку, а Пелуз получил нитроцеллюлозу при дей­ствии азотной кислоты на бумагу. Однако более 100 лет в мировой практике этерификацию целлюлозы осуществляют только смесью азотной и серной кислот. Например, в России производство пиро­ксилина началось в 1892 году. С тех пор в производстве нитратов целлюлозы практически вся серная кислота, применяемая как водоотнимающее средство, выбрасывается в окружающую среду. Неиз­бежные потери кислоты объясняются тем, что серная кислота при этерификации адсорбируется и относительно прочно удерживается волокнами нитратов целлюлозы.
Последнее отрицательно отражается на стойкости продукта. Поэто­му Абель [9] предложил измельчать нитраты целлюлозы для извле­чения кислот из внутренних труднодоступных частей волокна. Затем извлеченные кислоты нейтрализуются содовым раствором и сбрасы­ваются в сточные воды. Без измельчения и нейтрализации конечного продукта его стойкость не достигается [10]. Представ­ляют интерес перспективные безсернокислотные малоотходные про­цессы этерификации, но они пока находятся на стадии исследований. Серная кислота остается единственным промышленным водоотнимающим средством. Поэтому доля потерь кислот в сточные воды на данный момент велика и составляет более половины от общих потерь кислот в окружающую среду. Уменьшить потери кислот в сточные воды можно только путем принципиального изменения процесса эте­рификации целлюлозы с последующей реконструкцией всей сово­купности смежных технологических процессов. Однако полная рекон­струкция всей совокупности основных и смежных технологических процессов производства нитратов целлюлозы является самостоятель­ной крупной научно-технической проблемой, имеющей важное народ­нохозяйственное значение.
Над разработкой теоретических основ и новых идей для решения проблемы безсернокислотной этерификации успешно работали одно­временно несколько организаций, объединенных в стране целевыми комплексными программами: "Язык", "Яр", "Ядро". Однако внед­рений в производство пока нет. Поэтому мы исключили из данного этапа работы описание новой технологии непрерывной этерификации целлюлозы и сосредоточили основное внимание на разработке основ комплексного решения проблемы сокращения кислотных газовых вы­бросов для действующих производств.
Анализ равновесной упругости паров серной кислоты над тройной смесью HNO +H SO +H O в условиях этерификации целлюлозы пока­зывает, что паров серной кислоты в отходящих газах практически не должно быть. Мала и концентрация паров воды, так как серная кис­лота является водоотнимающим средством. Присутствие в газовой фазе смеси паров воды и оксидов азота приводит к образованию в газе смеси азотной и азотистой кислот по реакциям:

N2O3+H2O 2HNO2 ,

N2O4+H2O HNO3+HNO

В условиях этерификации целлюлозы доля паров азотной кислоты обычно в 5-10 раз больше доли оксидов азота. Пары азотной кислоты легкорастворимый в воде газ. Растворимость оксидов азота сущест­венно зависит от их концентрации и состава. Оксиды азота находятся преимущественно в виде NO2.
При перенасыщении газовой фазы парами кислоты последние бы­стро превращаются в туман. Изменение температуры и концентрации паров азотной кислоты существенно влияет на дисперсный состав ту­мана азотной кислоты. Зимой доля тумана превышает долю паров азотной кислоты, а летом (в жаркие дни) доля тумана азотной кислоты значительно меньше доли ее паров. На заводах отрасли для очистки от­ходящих газов в процессах этерификации целлюлозы применяют два типа абсорбционных установок: систему насадочных колонн (рисунок 1.2) или пленочный многоступенчатый абсорбер (рисунок 1.3). Технико-экономические показатели представлены в таблице 1.3.

Рисунок 1.2 - Схема наиболее распространенной промышленной установки очистки отходящих газов процесса этерификации целлюлозы в трех насадочных башнях

Рисунок 1.3 - Схема пленочного многоступенчатого абсорбера, созданно­го в сороковые годы специально для очистки отходящих газов процесса этерификации целлюлозы по образцу аппаратов США: I - корпус; 2 - каплеуловитель; 3 - вентилятор; 4 - промежуточные емкости с насосом

Таблица 1.3 - Технико-экономические показатели действующих систем очистки отходящих газов в процессах этерификации целлюлозы