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)