автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Эффективная очистка вентиляционных многокомпонентных углеводных газовых выбросов, содержащих бенз(а)пирен

М1Н1СТЕРСТВ0 ОСВ1ТИ I НАУКИ УКРА1НИ

сэ

5 ХАРКШСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХН1ЧНИЙ УН1ВЕРСИТЕТ БУД1ВНИ ЦТВА ТА АРХ1ТЕКТУРИ

ЕФЕКТИВНА ОЧИСТКА ВЕНТИЛЯЦШНИХ БАГАТОКОМПОНЕНТНИХ ВУГЛЕВОДНЕВИХ ГАЗОВИХ ВИКИДГВ, ЩО М1СТЯТБ БЕНЗ(А)П1РЕН

(Спешальшсгь 05.23.03 - Вентилящя, освклення та теплогазопостачання)

АВТОРЕФЕРАТ ДИСЕРТАЦИ

на здобуття наукового сгупеня кандидата техшчних наук

КРОТ Ольга Петр1вна

УДК 697.94 + 665.622.22

Харк1в-2000

Дисертащею е рукопис

Робота виконана у Харк'шському державному техшчному ушверситет1

буд!вництва та архпектури Мшстерства освгш 1 науки Укра'ши

Науковий кер1вник: доктор техшчних наук, професор

Шеренков 1гор Аркадйович, завщувач кафедри безпеки життед1яльност1 та шженерноТ скологп в буд1вництв1 Харювського державного техничного ушверсятегу буд1вництва та архкектури, Мшштерство освт! \ науки Укра'ши;

Оф1ц1йН1 опоненти: доктор техшчних наук, професор Губар Валентин Федорович, завщувач кафедри теплотехнки, теплогазопостачання 1 вентиляци ДонбаськоТ державноТ академп будшництва та архпектури, МЫстерство освки 1 науки Украши;

кандидат техшчних наук Шило Вгталш Васильович, поличник-консультант народного депутата Украши, Апарат Верховно'1 Ради Украши

Провщна установа: Харювська державна академия «¡ського господарства, кафедра теплових [ газових мереж, Мшктерство осв1ти 1 науки Укра'ши

Захист вщбудеться 22 березня 2000 року об 11— годиш на зааданш спещагизованоУ вченоТ ради Д64.056.03 у Харювському державному техшчному ушверсите-п буд1вництва та архгеектури за адресою: 61002, м. Харюв, вул. Сумська, 40.

3 дисертащею можна ознакомились у б1блттеш Харгавського державного техшчного ушверситету буд1вництва та архпектури

Автореферат розкланий 21 лютого 2000 року. Вчений секретар спещатзовансн вченоТ ради Д64.056.03, д.т.н., професор

Пантелят Г.С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуалыпсть теми. Орган¡чш речовини - граничш 1 неграничш вуглеводш, полщиюлчш ароматичш вуглеводш (ПАВ), серед них I канцерогенш, вщносяться до числа найнебезпечяших речовин, що забруднюють навколишие середовище. ПАВ - досить токсичш сполуки, що викликають р!зн1 захворювання, зокрема - онколопчш та алерпчш. Одним з найнебезпечшших ПАВ е бенз(а)трен (БП), який сприяе виникненню онколопчних захворюваиь. ПАВ можугь брата участь в атмосферних фотсшлпчних реакщях I смогоутворюючих продесах. Головним джерелом ВИКИД1В БП та шших ПАВ в атмосферу е паливно-енергетичний комплекс, автомобшьний та ав!ацшний транспорт i нафтопереробна иромислсдасть.

Збшьшення в атмосфер! концентраци вуглеводш'в, що вмщуюгь канцерогени (ВВК), створюе серйозш еколопчш проблемн, тому дослщження та впровадження в практику метод!в зменшення об'екив 1 концентрацш таких викид1в е надзвичайно актуалышми. Негативний вплив нафтопереробних шдприемств на eкoлoгiчнy сигуацю й вщсутшсть ефективного способу очистки багатокомпонентно1 сушин ВВК 1 сполук с1рки зумовлюють необхщшсть виршення еколопчно"! проблеми, пов'язано! з нафтопереробними шдприемствами, 1 роблять дослщження 1 розробку технологи очистки дуже актуальними.

Зв'язок роботи з науковпии програмами. планами, темами.

Робота виконувалась у рамках державно! теми "Дослщження та розробка технолог» очистки в1дход1в вщ ПАВ на основ! нових адсорбшйних мaтepiaлiв" №522 от 5.08.97.

Мета дослщжень. Розробка способу ефективног очистки вентилящйних викид^в вщ багатокомгожентно! вуглеводнево} сум11ш, що мютить канцерогени 1 сполуки Ырки, для досягнення остаточно! концентрацп токсичних сполук, що не перевищуе гранично прилустимо!

Наукова новизна:

• розроблено споыб очистки вентилящйних викшпв вщ багатокомпонентно1 сушил ВВК 1 сполук арки з утворенням шоксиду вуглецю \ води шляхом термообробки 1 насгупного окиснення на двошаровому катал1затор1 (перший шар - мангановорудний, другим - палад1евий) [Ршення Держпатенту Украши про видачу патенту на винахщ за заявкою №99020534] 1 експериментально шдтверджено його ефекгившсть;

• виявлено, що оптимальними параметрами очистки е температура 550-г600°С, час контакту 0,24+0,36с 1 сшввщношення об'ем1в шар!в

мангановорудного 1 палад1евого катал1затор1в 3:1. Ошнено вплив арководню 1 дюксиду арки на ефективтсть очистки; • визначено основш технолопчш параметре процесу 1 розроблено та введено в д1ю дослщно-промислову установку.

Практичне значения.

Розроблено новий споаб очистки, що базуеться на сумиценш термообробки 1 каталпичного окиснення.

Визначено область застосування способу. Його рекомендовано застосовувати при наявносп у викидах важких багатоядерних ПАВ, серед них 1 канцер огенних, а також у випадку наявносп сполук арки.

Створено технологий \ розроблено промислову установку знешкоджування багатокомпонентно! сумши ВВК \ речовин, що мктять арку.

Впроваджсння результата робот».

Впроваджено дослщно-промислову установку термокаталпично!' очистки вентиляцшних виювдв вщ газопод1бних канцерогенних продуктов переробки нафтовщход1в, яю утворюються пщ час миття зашничних цистерн на промивно-пропарювальнш станци «Кагамлинська» вагонного депо станцп Кременчук Швденно! залпниш. Еколопчна ефектившсть установки по БП -99,95%; по шших ПАВ - 98,53%; СО - 99,00%; N0* - 81,00%; 302 - 80,00%.

Акт випробувань дослщно-промислово! установки термокаталпично? очистки вентиляцшних газових викщпв шдтверджуе п ефектившсть.

Особистий внесок автора. Автором розроблено методику проведения експеримекпв з хроматограф1чним анал1зом дослщжуваних газ1в, сконструйовано експериментальну установку та здшснено и монтаж. Проведено теоретичний аналгз юнетичних закономерностей окиснення вуглеводшв I визначено константи швидкосп та енерпю активацп для вуглеводневоГ су.шил, шо М1ститъ канцерогени, а також для окремих груп вуглеводшв. Caмocтiйнo проведено експерименти для оцшки ефективност1 процесу очистки викщнв (як ¿з сполуками арки, так 1 без них). Дисертант брав участь у розробш й випробуванш дослщно-промислово! установки термокаталгшчно! очистки вшашв вщ нафтопродукпв, що вмицують канцерогени.

Алробащя роботи.

Результата дисертацшно'1 роботи доповщалися на 2-й мкькш науково-практичнш конференцп молодих учених м. Харкова у 1998р. 1 на 54-й науково-техшчшй конференцп ХДТУБА у 1999р.

ПублнсашГ.

За темою дисертаци опубликовано п'ятъ наукових статей 1 отримано позитивне ршення про видачу патенту.

Обсяг дчсертащ). Дисертащйна робота складаеться з вступу, 4 роздшв, загальних висновюв, списку .тератури 1 додатюв. Всього 149 сторшок, серед них 119 cтopiнoк машинописного тексту, 18 таблиць, 28 рисунюв, 5 додатив; б1блюграф1я вмвдуе 110 джерел впчизняно'11 заруб1жно! лкератури.

ОСНОВНИЙ ЗМ1СТ ДИСЕРТАЦИ

Вступ. Обгрунтовано актуальшсть робота, сформульовано мету дисерташйного дослщження, наукову новизну, практичну значуонсть, вщзначено особистий внесок автора роботи, наведено вщомост1 про апробацто результата дослшжень та публжацн.

Розд1л 1. У роздЫ наведено результати ана.'пзу складу вигаэдв нафтопереробного виробництва та паливно-енергетично!' промисловосп й показано ступшь розробленосп заход1в шодо 1х зменшення. Проведено огляд способ1в очистки викшвв вщ ВВК. Виконано детальний анал1з л1тературних джерел, що описують мехашзм утворення БП. Значний внесок у дослщження процеЫв утворення БП 1 методов його знешкодження зробили украшсью вчеш Бородш В.1., Губар В.Ф., Канило П.М., Ровенський О.1., Шило В.В. та шин. Проанашзовано джерела потрапляння у навколишне середовище БП, його лпграци 1 вплив на оргашзм людини.

У результат! розгляду теоретичних \ практичних основ утворення БП автором було зроблено висновки про таи можливостс Гюго подавления у викидах:

• стушнчасте спалювання палива, при ыьому проиес повинен проходите з коефодентом надлишку поттря бмышш або рз'вним одиниш;

• пригшчування за доиомогою спещальних шпб1тор1в побтчних реакцш, у процес1 яких утворюеться БП;

• руйнування з часом пщ даею бактерий;

• застосування палива з мЫм&чьним вмютом БП;

• форкамерно-факельне спалювання палива в карбюраторних двигунах автомобиле (при цьому не видщяеться сажа, а вьпст БП зменшуеться у 15+20 раз1в);

• термйчне знешкоджування БП у присутносл кататоатора, що дозволяе знизити вм!ст БП у вентшшшйних викидах.

Було доведено, що способ терм1Чного знешкоджування газових викидiв вщмзняеться В1Д абсорбцшного 1 адсорбцшного способ1в бiльш високим ступеней очистки та вщсуттстю корозшних середовищ 1 стних вод. Цей споаб е перспективним 1 завдяки можливост! регенерацп тепла. Наведено найбшьш характерш схеми очистки вентиляцшних викидов вiд ВВК 1 конструкт! реактор!в для проведения процесу очистки.

Анал1з гитературних джерел показав, що процес термознешкодження багатокомпонентноГ сушил вуглеводшв 1 речовин, шо мютять арку, у присутност1 катал!затора е найефективншшм. Основною перевагою цього способу е яюсне знешкодження складних газ1в, а також можливють здшснення процесу очистки при великих об'емких швидкостях без замши каталпатора протягом тривалого часу 1 без зниження ступеня очистки. Однак у випадку складно'! сушил речовин, що мктять арку 1 оргашчш сполуки, потр1бне проведения додаткових дослщжень, оскшьки сполуки cipки у викидах знижують ефектившсть очистки.

На основ1 анал1зу лггературних даних визначено коло нерозв'язаних питань 1 сформульовано мету й задач! дослщжень (розробка способу ефективно! очистки вентиляцшних викид1в вщ багатокомпонентно! вуглеводнево1 сумшп, що пустить канцерогени {сполуки арки).

Роздш 2. Наведено результата вивчення особливостей реакцш термообробки газових викщдо 1 труднооцв, що виникають при обробщ багатокомпонентних сумшей.

Основною шеею 1 робочою ппотезою дисерташйно'1 робота е сумщення процеав терм1чно'1 обробки [ каталгтичного окиснення на двошаровому катал1заторь Це зумовлено там, що у викидах нафтопереробних, кокссшинчних та шших виробництв, а також паливно-енергетичного комплексу присутш граничш 1 неграничш вуглеводш, ПАВ, серед них 1 БП, сполуки арки )' меркаптани. Проел вуглеводнев1 сполуки можна знешкодити терличним способом. Для повного розкладу таких речовин, як БП, потр1бна висока температура (до 2000°С) 1 спещальна конструкщя топки. Окиснення важких багатоядерних ПАВ на каталштор! без попередньо! терлпчноУ деструыш 1х у присутнога кисню призводить до утворення на шар{ каташзатора тровуглеводневих сполук (саж1), що знижують актившеть катал1затора. Для забезпечення тривало'1 робота катализатора необхщно захищати йога В1д сполук сгрки форконтактом. Ним може бути катал1затор типу руд мегап1в. Практичний штерес являють палад1евий 1 мангановорудний катал!загори, особливо при ¡'х пошаровому завантаженш.

У результат! проведеного анап1зу лабораториях методов дослщження процесу очистки було виршено використати так званий проточний метод, що полягае у проведенш ¡зобарного процесу шляхом пропускания компонента реакцп через катал1затор 13 наступним анализом продукта реакци. Проточний споЫб мае ряд переваг пор1вняно з шшими: простота конструктивного оформления, безперервшсть робота, можливгсть отримання велико!' к1лькост1 продукпв реакцп, лететь контролю сгалоеп активное™1 використовуеться у багатьох дослщженнях.

Роздш 3. Наведено методику 1 технику експериментальних дослщжень, описано лабораторну установку 1 результата дослщжень. Метою експериментальних дослщжень була ощшка вибраного способу очистки при окисненш вуглеводнево1 сумшл", що м¡стать канцерогена. Ефектившсть очистки визначалася за ступеней окиснення вхщних речовин протягом певного часу.

Експерименти проводилися на лабораторий установи! проточного типу з хроматограф^чним анашзом дослщжуваних газ1в.

Були випробуваш мангановорудний катал1затор (об'емом 0,06л), палад1евий катал!затор (об'емом 0,02 л) 1 двошаровий каталхзатор (об'емом 0,06л при стввщношенш об'елив шар!в 3:1), {х властивоста наведено в табл. 1. Дослщи проводилися в шгервам температур 250-ь650°С.

Таблиця 1

Властивостс дослщжуваних катал1затор1в

Властивост1 Палад1евий катал)затор Мангановорудний

Форма гранули сферично! форми 3 Т 6 мм гранули 3 + 6 мм

Насипна маса 0,6 -г 0,86 г/см3 2,1 4- 2,3 г/см3

Мехашчна мшшеть не менше 5МПа не менше 15МПа

Припустима робоча 900 °С 750 иС

температура

Склад Рс1, нанесений на АЬСЬ МП2О3 1 МпОг, шо вщносяться як 0,5 -1,7

Термш активност! 5 роив 2 роки

Результата дослщження активное^ мангановорудного 1 палад1евого катал;затор1в у процеа окиснення ВВК заевщчили, шо при пор1вняно низьких температурах актившеть папад}евого катал!затора виша, шж мангановорудного.

При температур^ близьюй до 550 С, актившсть кататзатор!в вщр!знялася на 8+12%.

На мангановорудному катал1затор1 спостертаеться значне зниження ступеня очистки при зменшеш часу контакту вщ 1,2с до 0,36с (так, при температур1 CTyniHb очистки знижуеться приблизно на 18%). На

двошаровому катал1затор1 цей недсшк практично усувався.

Реакшя кататтичного окиснення на палад1евому катал1затор1 починалася при температур! 150+200°С, а на мангановорудному - при 170-н240°С. На bcix типах катал1затор1в при температур! процесу нижче 300°С CTyniHb очистки не перевищував 55%, тому при подалъшому проведешп експерименту особлива увага придшялася д!апазону температур 350+600 °С.

У npoueci дослщжень було проведено багатофакторний експеримент, для здШснення якого було обрано ортогональний план другого порядку з такими факторами:

• температура катализатора f, у межах вщЗОО°С до 600 °С;

• час контакту napiß ВВК з катализатором г, у межах в1ц 0, 36 с до 1, 2 с;

• об'ем катал1загора Кт, у межах виз 0, 03 л до 0, 06 л.

Було здшснено переход ви ф1зичних змшних t, т, Vmm до безроз\прних кодованих зм1нних х;, х2, хз, нормованих так, щоб вони приймали значения "+1" для верхнього р1вня i1" для нижнього р1вня.

t-t„v t- 450

х, =

А t 150

х - _ г-0,78

Дг 0,42

V -V

i"f сер

Для палад1евого катализатора для мангановорудного каталгзатора при пошаровому завантаженш

(1)

.К„-0,02 0,01 ' _ Укш -0,045 3 ~ 0,015 :

0,02 '

За функщю вшгуку Y було прийнято CTyniHb очистки. Р1вняння perpecii визначалось незалежно для таких катал1затор1в:

- яалад!евий каталззатор;

- мангановорудний катализатор;

X, =

- пошарово завантажет мангановорудний i палад1евий катал1затори у сшввшношенш o6'cmíb 3:1.

Значущють коефвдентсв р!вняння perpecii перев1рялася за критер1ем Ст'юдента, адекватшсть - за icpirrepieM Oiiuepa. Визначення коефшенпв perpecii i перев]'рка адекватносп' за критер1ем Фшера виконувались за допомогою Mathcad-7.0. Отримаш таш р1вняння perpecii:

- для мангановорудного кататзатора

7 = 87,9 + 26,83 • х, + 8,27 • хг -11,73 • xf-6,15-хг2 - 5,05ххх2, (2)

- результата експерименту на палашевому KaTaimaTopi

Y = 93,39+26,10-х, 45,45-х2 - 14,42-х,2 -10,Ш32 -5,59jc,x2, (3)

- для двошарового кататзатора

Y = 93,75 + 24,83 • х, + 5,53 -хг + 7,02х} -14,46 ■ х; - 6,32л32 - 3,17х,х2 . (4)

Таким чином, у результат! проведения багатофакторного експерименту

одержано Kprai (рис.1), яю добре узгоджуються з результатами експеримента при незмшному час! контакту i незмшному o6'emí кататзатора. Квадрат середньоквадратичного вщхилення при проведенш дослшв на мангановорудному

KaTanÍ3aTopi 7,92%; на падад1евому 7,413%; на двошаровому 7,653%. <?,%

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10

180 240 300 360 «О 480 540 600 t, °С

Рис. 1. Залежносп ступеня очистки в bízi теиператури t при he3míhh0my час] контакту г=0,6с i незмшному oo'eMi кататоатора: 1 - для мангановорудного кататзатора, 2 - для палад!евого кататоатора, 3 - для двошарового катализатора.

Представлен! на рис. 1 графки наочно свщчать, що ступеня очистки 99% можна досягти на в«х типах катал1затор1в. Однак мангановорудного катализатора для тако! очистки необхцдао в 3-й рази бшьше, шж палад1евого. Ця обставина значно ускладнила б процес очистки з використанням мангановорудного катал1затора через великий гщравл1чний ошр його шару. При двошаровому завантажуванш в^дносно невеликий шар мангановорудного катал1затора запоб^гае пошкодженню палад1евого катализатора вщ сполук арки 1 збшьшуе термш його служби в 2-^2,5 рази. Кожен з шapiв у цьому випадку виконуе свою функшю, а пдрав.'пчшш отр тако1 двошарово1 системи тюр!вняно малий.

Було проведено дослщження влливу на актившсть р]зних катал1затор!в таких компонента газоподбних викцщв, як ирководень \ дшксид арки. Виявилось, шо паладш отруюегься 1 шрководнем, I дкжсидом арки, актившсть же мангановорудного катал1затора знижуеться тшыш при великих концентращях арководню (бшьше, шж 50мг/м3).

% % юо

90 80 70 60 50 40 30 20 10

А • см

• <

•К

1 ^ у? V

X. У/ А \ \2

•/г /

1

// %

А *

180

240

300

360

420

480

540

600

Г, °С

Рис. 2. Залежностт ступеня очистки 6 вщ температури I при незмшному об'ем] двошарового катагпзатора I чаЫ контакту парт ВВК з каташзатором 0,36 с. 1 - для вуглеводневоГ сумши; 2 - при додаванш у неГ а'рководню з концентращею 9 мг/м31 дюксиду арки з концентрацию 40мг/м3. Проведен) експерименти доводять доцшьшсть використання двошарового катализатора, де перший шар - мангановорудний катал1затор -

забезпечуе ефективну роботу палад!евого катал1затора. Це шдтверджуеться дослщженнями з двошаровим катал1затором. При подач1 на нього С1'рководню з конпентращею 9мг/м3 (залишок, що не згор1в у гопш) 1 дюксиду арки 40мг/м3 (що утворився з а'роводню при горшш) стушнь очистки вщ парш вуглеводшв не знижувався. Було вшначено також, що при температур; 550°С обидва каташзатори працюють ефективко, 1 отруювальна д1я Ырчаних речовин мшмальна (рис. 2).

Вивчення кшетики окиснення сушил ВВК проводилось в штерват температур ЗОО+бОО^С на мангановорудному 1 палад!евому катал1заторах, а також на складеному з них двошаровому катализатор^ Для двошарового катал1затора було досладжено вплив швидкост1 газового потоку на швидгасть окиснення вуглеводневси сумшн. При вивченш каташтичного окиснення р!зних клас!в вуглеводшв були вибраш таю штервали концентрацш (у частках об'ему): вуглеводнева сумш - 3,6*30,0-10-" %; СГС3 - 1,8*20,0-Ю"4 %; С4-С5 -8,2*60,0-104 %; С12-С19- 0,9+12,7-10-4 %; ПАВ - 1,3*11,5-10"4 %.

Експериментальш дан; описували загальновщомим

дробоворацюнальшш р1шшшям, виведеним реакций повного окиснення вуглеводшв:

ц, _ ^Г^:'СсхНу '%ог 'Со2

л

де IV-вщносна швидгасть перетворювання речовини,

г-хв

СсхНу - вщносна концентрация вуглеводневси речовини, %;

О, - вщносна концентращя кисню, %; п, q- порядок реакци;

К\ - константа швидкост1 реакцп (добуток констант перетворювання

л

речовин у дюксид вуглецю 1 воду), ^ ;

Кг - р1вноважна константа речовин, що потрапляють на катализатор \ залишають його.

Обробка результата експерименпв окиснення вуглеводшв полягала у визначенш параметр1в р1вняння (5).

Енергп активацп при час1 контакту 0,36 с для ВВК су.\пип 1 значения констант швидкост1 реакци, розраховаш за результатами дослшв, наведено в табл.2.

Таблиця 2

Параметри р1вняння для визначення швидкoстi перетворювання речовини

К,, к2 Е,

Тип кагал1затора л Температура, °С кДж/моль

г-хв 300 400 500 600

Мангановорудний 0,083 0,91 2,60 5,23 8,32 2,65

Пала;певий 0,21 1,28 3,17 7,96 9,83 2,28

Двошаровий 0,06 1,56 3,99 8,32 14,72 2,40

На рис.3 представлено експеримеяталын даш по окисненню ВВК сумшп на двошаровому каталватор1 при чаЫ контакту 0,36 с \ 1,2с.

л/(г-хв) 1,4-10'с

1,2- 30 е

0,8-Ю"6 0,6-10"' 0,4-10"

0,2-10"

И

/7 /

] \ г ✓ 6

1 г 3

»/ 5\

} Й £/ С 2 \ ..... А ~ 1

О 3-1(П 6-10-4 9-10 1,2-10 С, %

Рис. 3. Залежносп швидкост! реакцп окиснення ВВК сумш1 IV В1д

поточно!' концентрацп С для двошарового каталштора при температура?

1 чаи контакту пар ¡в ВВК з катаглзатором вщповщно:

1 - 300°С, 2 - 400°С, 3 - 500°С, 4 - 600°С -при чаЫ контакту 1,2 с;

5 - 300°С, б - 400°С, 7 - 500°С, 8 - 600°С -при чаа контакту 0,36 с.

Проведено оцшку ступеня впливу арководню 1 дюксиду арки на кшетику окиснення -вуглеводшв. У найпроспшому випадку отруення катал1затора хжпчноадсорбованим шаром отрути моясе не впливати на кшетику реакцп, призводячи лише до незначного зменшення передекспоненшального множника у вираз! константа швидкость Енерпя активаци I константа швидкост) реакцп' при температур! 550т-600°С зменшуються незначно, що гадтверджуе можливкть самововщновлення катализатора.

Роздш 4. На основ! результата дисертацшних дослщжень сговроб!тниками niBni'iiio-Cxiflnoro наукового центру HAH Украши було змонтовано дослщно-промислову установку термокатал1тично1 очистки вентиляшйних викшвв вщ ВВК. Установка розташована на промивно-пропарювальнш станцй Кременчуцького вагонного депо, де для очистки зал1зничних цистерн було змонтовано установку для лереробки нафтових В1ДХ0Д1В i важких нафтолродукпв (УПН-400), розроблену ф1рмою «ВЕСТА ЛТД». Концентрашя napib ВВК у викидах в атмосферу вщ установки УПН-400 виявилась вищою гранично припустимоГ концентраци у кшька раз1в.

Принцип робота нашем установки такий (рис.4). Забруднене повпря, що утворюеться пш час миття цистерн, збираеться у загальний колектор i подаеться вентилятором 3 частково у пальник 6, частково - у топку термокаталгогагого реактора 1. Викиди вщ реактора УПН-400 вводяться у термокаталгшчний реактор установки окремо вщ виквдв у npoueci митгя цистерн.

Гази, що вщходять пщ час миття цистерн, подаються на пальник 6 зашсть повггря для спалювання палива. Коли температура в peaiaopi та у шарах катализатора досягае 550-г600°С, безпосередньо в топку подаються гази вщ технолопчного реактора УПН-400 i гази, що залишилися теля очистки цистерн. У Tonui леги вуглеводш i оксиди вуглецю згоряють, а ПАВ розкладаються на вуглеводнев! радикали; с1'рководень в основному окиснюеться до SO2 1 Н2О. Даш гази проходять послщовно через два шари катал1затора. Знешкоджеш гази шсля каташатора розбавляються через дросельний клапан 7 повпрям до температури 200°С i димососом 2 викидаються в атмосферу через димову трубу.

На дослщно-промисловш установи! були проведеш дослщження, що стверджуеться актом.

Випробування термокаталгачного реактора пщтверджують правильшсть вибору двохстадШного процесу очистки з використанням двошарового катализатора. На першш стади (в топщ) спалюеться с(рководень приблизно на 70% i окиснюються легю вуглеводш; на другш стади (на поверхт мангановорудного катал1загора) дюксид cipKii, що утворився з арководню, осаджуеться у вигляд! сульфатов, яю не знижують актившсть катализатора. На паладквому катал1затор1 вшбуваеться вщносно повне окиснення Bcix ВВК, проскочивших через nepmi дв1 стали'. Отушнь очистки вщ БП складае 99,95%.

Рис. 4. Схема дослщно-промислово! установки термокаталггично! очистки газових викид!В. 1 -каталпичний реактор з топкою; 2- димосос; 3- вентилятор; 5- вщачний вентиль; 4, 7- клапани дроссльш; 6 - пальник; 8- паливний насос; 9, 15, 16-вептил1; Ю-термопара, 11-вибуховий клапан; 12-манометр; 13- напрямний апарат димососа; 14-димова труба.

Проведено ошнку еколопчно! шкоди, що завдаеться навколишньому середовищу викидами вщ УПН-400, 1 внконано розрахунок економ1чно\' ефективност1 впровадження промислово! установки термокатал1тично1 очистки. Очжувана еконоыия за рахунок усунення штраф1в пщприемства за перевищення лйптних викшив каниерогенних вуглеводшв може сягати 10 млн.грн/рж. Витрати палива у запропонованому способ1 приблизно у 2-г2,5 рази менип, шж витрати палива у мет<ш терм1чно1 очистки без використання каташзатора.

ЗАГАЛШ1 ВИСНОВКИ

1.На п1дстав1 дослщжень складу викшив в атмосферу з р1зних джерел встановлено, що викиди нафтопереробних тдприемств 1 паливовикористовуючих установок мктягь значну кшьюсть канцерогенних вуглеводшв. Виконаний анализ кнуючих способ!в очистки свщчить, що найефективншпш способом занешкоджування вм^щуючих канцерогени вуглеводневих домшок вщхщних газ1в, серед них 1 бенз(а)трена, е термообробка 1х у присутноеп катал1загора.

2. Доведено, що для зниження теиператури 1 гадвшцення ступеня очистки процесу термообробки доцшьно використовувати високоактивний паладквий катад1затор 1 найбшьш дешевин мангановорудний катал1затор, а також двошаровий кататзатор. Розроблено технологию очистки викид1в вщ ВВК.

3. Експериментально виявлено, що високий стушнь очистки досягаеться при чаЫ контакту 0,24-^0,36с I температур! 550ч-600°С. Найефектившшим виявивсл двошаровий катализатор (перший шар по ходу руху газу -мангановорудний, другий шар - палад1евий, сшввщношення об'ем^в шар1в вщповщно 3:1).

4. Експериментально пщтверджено ефектившсть способу очистки викшив за наявносп в них «рководню 1 дшксиду Ырки. Встановлено, що при двошаровому завантаженш зниження активност1 катализатора другого шару (палад^евого) не слостериалося за наявносл в газах сполук арки внаслщок попередньо1 очистки IX на шар! мангановорудного катал1затора.

5. При розробш технолога процесу очистки газт вщ ВВК проведено трьохфакторний експеримент другого порядку 1 отримаш р^вняння регрес11 для мангановорудного, палад1евого 1 двошарового катал1затор1в, що дозволяють вибрати для конкретних умов оптимальш або прийнятш технологп процесу очистки газ1в вщ ВВК.

6. Отримано юнетичш заксно.\прност1 окиснення вмшуючо! канцерогени вуглеводнево1 сумш1, граничних вуглеводшв (С1-С3, С4-С5, С12-С19) 1 ПАВ з концентращями: вуглеводнева сумки - 3,6+30,0-Ю4 %; С1-С3 - 1,8+20,0-Ю4 %; С4-С5 -8,2+60,0-Ю4 %; Сц-С» - 0,9+12,7-Ю"4 %; ПАУ - 1,3+11,5-Ю"4 %. Доведено, що инетика реаюш окиснення вуглеводшв описуеться р1внянням першого порядку. Визначено значения енергп активацп \ констант швидкосп реакцп окиснення для вс1х зазначених речовин. Виявлено, що актившсть катал1затора не залежить В1Д складу дослгджуваних речовин, а залежить В1д типу катагпзатора.

7. Визначено основН1 технслопчш параметри процесу термокатал1тичног очистки газових викид!в:

• температура реакш; 550+40 °С;

• чаи контакту пар1в ВВК з катал1затором 0,24+0,36с;

• товщина шару кaтaлiзaтopa: палад1евого - не менша 0,06 м,

мангановорудного - не менша 0,17 м.

8. На лiдcтaвi проведених дослшкень на уставов ш переробки нафтових вщход1в (УПН-400) Кременчудько! промивно-пропарювально1 станцп була створена дослщно-промислова установка тер\шкатал1тично1 очистки вуглеводневих викидт продуктившстю З000м3/'год. Пщтверджено значения робочих параметр1в, що забезпечували високий ступшь очистки газ1в вщ оргашчних речовин 1 шрководню. Каташзатор працював близько 8000 годин без помтюго зниження активность

9. Проведено оцшку еколопчно! шкоди, що завдаеться навколишньому середовищу викидами вщ УПН-400, 1 виконано розрахунок економ1чно1 ефективносп впровадження промислово'1 установки термокаталттчно1 очистки. Очшувана еконолш за рахунок усунення штраф ¡в пшприемства за перевищення Л1м1тних викид!в канцерогенних вуглеводшв може сягати 10 млн.грн/рш. Витрати лалива у випадку використання запропонованого способу знизяться у 2+2,5 рази.

10. Розроблено рекомендацп для проектування промислових установок очистки газових вимздв вщ багатокомпонентно'1 сумш1 вуглеводшв I сполук Ырки.

Список опубл1Кованих автором праиь за темою дисертацй'

1. Крот О.П., Бородш B.I., Ровенський O.I., Шеренков I.A., Мшьгром Д.Г. Cnociö очищения газопод1бних викидт в1д речовин, що М1'стять канцерогени. Ршення Держпатенту Украши про видачу патенту на винахщ за заявкою №99020534.

2. Шеренков И.А,, Бородин В.И., Крот О.П. Проблема очистки отходящих газов от бенз(а)пирена И Науковий вкник буд1вництва. Вип. 3. - Харюв, ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 199 8. - С. 66-71.

3. Крот О.П., Шеренков И.А., Бородин В.И., Ровенский А.И. Очистка отходящих газов нефтепереработки // Актуальные проблемы современной науки в исследованиях молодых ученых г.Харькова. - Харьков, АО «Бизнес Информ». - 1998. - С. 36-39.

4. Крот О.П. Катализаторы глубокого окисления органических соединений // Науковий BicuiiK бзздвництва. Вип. 5. - Харюв, ХДТУБА, ХОТВ АБУ, 1999.-С.159-161.

5. Крот О.П. Экспериментальные исследования процесса каталитического окисления паров углеводородов // Науковий вкник буд!вництва. Вип. 7. -Харюв, ХДТУБА, ХОТВ АБУ, 1999. - С. 247-253.

6. Крот О.П., Бородин В,И., Ровенский А.И. Установка для термообработки многокомпонентных газовых выбросов в присутствии катализатора // Коммунальное хозяйство городов. Вып. 21. - Харьков: "Техника", 2000. -С.99-102.

Аноташя

Крот О.П. Ефекгивна очистка вентиляшйних багатокомпонентних вуглеводневих газових викидзв, що мктять бенз(а)шрен. - Рукопис.

Дисертащя на здобуття вченого ступеня кандидата техшчних наук з спещ'альносп 05.23.03. - Вентилящя, освгглення i теплогазопостачання. Харивський державний техшчний ушверситет будшшцгва та арх1тектури. Харкгв, 2000.

Вивчено проблему забруднення навколишнього середовища вуглеводнями, в ix числ1 й канцерогенними, розроблено i впроваджено ефективний cnoci6 очистки шюдливих вентиляшйних викид1в переробки нафтовщход1в, що полягае в сумшенш термообробки i каташтичного окиснення (на двошаровому катализатор!, перший по ходу руху газу -мангановорудний шар, другий - палад^евий, сшввщношення об'ем1в uiapiB вщпсвщно 3:1). Проведено лабораторш дослщження ефективносл

розробленого способу очистки при окисненш вмпцуючо! канцерогены вуглеводнево! сум!1Ш, а також за наявност1 в сум1ил Ырководню 4 дюксиду Ырки. Отримано юнетичш залежносп каталпичного окиснення вуглеводшв. Основт результати робота використано для промислового проедгування. Дослщи, проведен! на дослщно-промисловш установщ термокаталппчно! обробки газових виюшв, пщтверджують ефектившсть розробленого способу очистки.

Ключов1 слава-, канцерогени, вуглеводш, термокатамтичне окиснення, каталпатори, очистка вентиляшйних виюшв.

Аннотация

Крот О.П. Эффективная очистка вентиляционных многокомпонетных углеводородных газовых выбросов, содержащих бенз(а)пирен. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.03 - Вентиляция, освещение и теплогазоснабжение. Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры. Харьков, 2000.

Изучена проблема загрязнения окружающей среды углеводородами, в том числе канцерогенными, разработан и внедрен эффективный способ очистки вредных вентиляционных выбросов нефтеперерабатывающих предприятий. Определено направление исследований по совершенствованию метода очистки многокомпонентных смесей, содержащих канцерогенные углеводороды и соединения серы.

Предложен способ очистки канцерогеносодержащих углеводородов и серосодержащих веществ, заключающийся в совмещении термообработки и каталитического окисления (на двухслойном катализаторе, первый по ходу движения газа - марганцеворудный слой, второй - палладиевый, соотношение объемов слоев соответственно 3:1).

Разработана методика проведения экспериментов, создана лабораторная установка, использующая проточный способ, заключающийся в проведении процесса при постоянном давлении путем пропускания компонентов реакции через катализатор с последующим хроматографическим анализом продуктов реакции. На этой установке были проведены исследования эффективности разработанного способа очистки при окислении канцерогеносодержашей углеводородной смеси, а также при наличии в смеси сероводорода и диоксида серы. Анализ продуктов реакции проводился с использованием стандартных методов измерения. Получены уравнения регрессии, где функция отклика -

и

степень очистки, факторы - температура реакции окисления, время контакта паров углеводородов с катализатором, количество катализатора.

В экспериментах по сравнению активности катализаторов в реакции окисления углеводородной смеси и сернистых веществ были получены следующие результаты: и палладиевый, и марганцеворудный катализаторы подвержены отравлению серосодержащими веществами. Однако активность палладиевого катализатора заметно снижают и сероводород, и диоксид серы, а активность марганцеворудного катализатора может снижаться только сероводородом. Проведенные эксперименты доказывают целесообразность использования двухслойного катализатора, где первый слой марганцеворудный катализатор - обеспечивает эффективную работу палладиевого катализатора.

Приведены результаты исследований скорости протекания реакции окисления углеводородов и кинетические зависимости каталитического окисления смеси канцерогеносодержащих углеводородов, предельных углеводородов и полициклических ароматических углеводородов. Определены значения энергий активации и констант скорости реакции окисления для всех указанных веществ. Оценена степень влияния серосодержащих веществ на кинетику окисления смеси канцерогеносодержащих углеводородов.

Основные результаты работы были использованы для проектирования опытно-промышленной установки термокаталитической обработки газовых выбросов, которая была создана для очистки вентиляционных выбросов переработки нефтяных отходов. Вредные выбросы образовывались при пропарке горячим соляром железнодорожных цистерн, загрязненных битумом, а также в процессе работы установки по переработке нефтяных отходов. Загрязненые выбросы после мойки цистерн и других емкостей частично используются вместо воздуха для сжигания топлива в топке реактора. Отходящие газы от установки по переработке нефтяных отходов направляются непосредственно в топку реактора. Далее газы проходят последовательно через два слоя катализатора. Обезвреженные выбросы после очистки разбавляются через дроссельный клапан атмосферным воздухом и выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу.

Опытно-промышленная установка обеспечивает очистку выбросов от бенз(а)пирена на 99,95%. Проведенные испытания на опытно-промышленной установке подтвердили эффективность разработанного способа очистки.

Ктчевые слова: канцерогены, углеводороды, термокататитическое окисление, катализаторы, очистка вентиляционных выбросов.

Abstract

Krot O.P. Effective purification of ventilation multicomponent hydrocarbonium gas emissions containing benzo(a)pyrene. - Manuscript.

The thesis for a candidate's degree of technical sciences on speciality 05.23.03. - Ventilation, illumination and heat-gas supply. The Kharkov State Technical University of Construction and Architecture. Kharkov, 2000.

The problem of an environment pollution by hydrocarbons including cancerogens is investigated. The effective purification method of harmful emissions of oil wastage processing was developed and suggested. This method consists of the combination of heat treatment and catalytic oxidation (on the two-layer catalyst - the first is manganese-ore along the course of gas moving, the second is palladium, the ratio of volumes of layers is 3:1 accordingly). The laboratory researches of efficiency of the developed purification at oxidation of a carcinogenic hydrocarbons mix, and also at presence sulphuretted hydrogen and dioxide of sulfur in the mix were carried out. The kinetic dependences of catalytic oxidation of hydrocarbons were received. The basic results of work were accepted for industrial designing. The carried out tests on trial installation of thennocatalytic processing of gas emissions confirm efficiency of the developed purification way.

Key wards: cancerogens, hydrocarbons, thermocatalytic oxidation, catalysts, clearing of emissions.

Автор висловлюе глибоку поляку спз'вроб1тникам Швшчно-Схщного паукового центру HAH Украши к.т.н. Бородшу B.I., к.т.н. Ровенському O.I. за консульташ та пщтримку, а також сшвробигникам УкрНДШБ МВС Украши за спрпяння проведению експериментальних дослщжень.