Процес та обладнання для очищення відхідних газів від фенолу електрофізичним способом

Размещено на http://www.allbest.ru/

УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ХІМІКО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 628.512:66.088

ПРОЦЕС ТА ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ОЧИЩЕННЯ ВІДХІДНИХ ГАЗІВ ВІД ФЕНОЛУ ЕЛЕКТРОФІЗИЧНИМ СПОСОБОМ

05.17.08 - процеси та обладнання хімічної технології

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Румянцев Владислав Ростиславович

Дніпропетровськ 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі промислової екології та безпеки праці Запорізької державної інженерної академії Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Павленко Юрій Павлович, Запорізька державна інженерна академія, завідувач кафедри промислової екології та безпеки праці.

Офіційні опоненти: - доктор технічних наук, професор Юшко Віталій Ларіонович, Український державний хіміко-технологічний університет, заваідувач кафедри обладнання хімічних виробництв.

- кандидат технічних наук, доцент Осипенко Валерій Дмитрович, ТОВ НВП „Дніпроенергосталь”, науково-технічний консультант.

Провідна установа - Інститут газу НАН України, Відділ захисту повітряного басейну, Національна академія наук України, м. Київ

Захист відбудеться “15 ” квітня 2004 р. о 13³⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.078.02 при Українському державному хіміко-технологічному університеті за адресою: 49005, м. Дніпропетровськ - 5, пр. Гагаріна, 8.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Українського державного хіміко-технологічного університету.

Автореферат розісланий “03 ” березня 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Д 08.078.02,

к.т.н., доцент Мельников Б.І.

Загальна характеристика роботи

Актуальність проблеми. Серед проблем захисту навколишнього середовища однією з найбільш актуальних є захист повітряного басейну.

Розглядаючи повітряний басейн, екологічну ситуацію ми донині оцінюємо за загальним обсягом викидів в атмосферу. Але цю інформацію слід вважати первинною та недостатньою, тому що вона не дає обґєктивної та достатньо повної характеристики забруднення атмосфери.

Урахування агресивності викидів забруднюючих речовин радикально змінює оцінки, що раніше виконувалися тільки на основі фактичного обсягу викидів в атмосферу.

Найбільш показовими в цьому відношенні є викиди вуглеводнів та їх функціональних похідних. При абсолютному обсязі їх викидів 0,55% від загального обсягу забруднюючих речовин, токсична маса цих речовин оцінюється різними авторами від 35% до 76% загальної токсичної маси забруднювачів атмосфери м. Запоріжжя.

Особливу актуальність знешкодження вуглеводнів набуває в умовах Запорізької області, яка входить у трійку самих неблагополучних за кількістю онкологічних захворювань областей України. Виходячи з оцінок, виконаних американськими фахівцями, підприємствами м. Запоріжжя щорічно викидається в атмосферу порядку 8 т 3,4-бенз()пірену. "Високе" місце м. Запоріжжя, крім обсягу викидів, визначається наявністю в спектрі канцерогенів, що викидаються в атмосферу, не тільки сумно відомого 3,4-бенз()пірену, але й більш біологічно активних 20-метилхолантрену, дібенз(h)антрацену.

Враховуючи різноманітність речовин, що складають викиди вуглеводнів, неможливо вирішити проблему їх знешкодження комплексно. Тому увагу було звернено на запобігання забруднення атмосфери фенолом, фактичний викид якого для м. Запоріжжя складає 16,4% від обсягу всіх вуглеводнів, що надходять до повітря.

Окрім загальнотоксичної та сильної подразнювальної дії, фенол справляє канцерогенну дію на організм людини. Показовим є той факт, що в атмосфері міст України гранично-допустима концентрація фенолу перевищена у 90% випадків вимірювань.

Таким чином, актуальною є проблема знешкодження навіть незначних за обсягом викидів цих речовин.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є зменшення шкідливих викидів в атмосферу шляхом розробки та використання в промисловості нових методів та технічних засобів захисту навколишнього середовища, а саме - методів та апаратів, що прийнятні для знешкодження кисневмісних вуглеводнів, та характеризуються меншим, у порівнянні з існуючими, енергопостачанням (не більш 0,2 ГДж/кг).

Для досягнення поставленої мети в роботі передбачалося розв'язання наступних задач:

теоретично обґрунтувати доцільність використання методу нейтралізації кисневмісних похідних вуглеводнів, який базується на дії електромагнітного поля на токсичні речовини;

встановити вид газового електророзряду, що є найбільш прийнятним для знешкодження фенолу, який міститься у газових викидах;

на основі проведених лабораторних випробувань запропонованого способу очищення газів отримати математичну модель процесу при використанні стримерного розряду для електрофізичного знешкодження викидів фенолу;

розробити конструкцію газоочисного апарату для ефективного знешкодження викидів фенолу під дією стримерного імпульсного розряду;

провести промислові випробування запропонованого газоочисного апарату.

Об'єкт дослідження - викиди фенолу з газами, які відходять в атмосферу. вуглеводень фенол розряд кисневмісний

Предмет дослідження - визначення найбільш ефективного виду та параметрів газового розряду для процесу знешкодження викидів фенолу в атмосферу.

Методи досліджень - експериментальне дослідження та теоретичне узагальнення. Теоретичні розрахунки та обробка експериментальних даних виконано з використанням комп'ютерної техніки,згідно існуючих стандартизованих методіввизначення фенолу у газовій фазі.

Наукова новизна:

теоретично обґрунтовано доцільність використання методу нейтралізації викидів фенолу, який базується на дії електромагнітного поля на токсичні речовини;

установлено, що найбільш прийнятним з основних газових електророзрядів для знешкодження токсичних газоподібних компонентів є стримерний розряд;

одержано експериментальні залежності ефективності знешкодження викидів фенолу від параметрів стримерного розряду;

одержано математичну модель процесу очищення за умов використання стримерного розряду для електрофізичного знешкодження фенолу. Визначено лінейну залежність ефективності очищення від напруги;

виведено залежність для визначення необхідної відстані між газорозподільними елементами розробленого електрофільтра як функцію від коефіцієнта їх живого перерізу.

Практичне значення отриманих результатів:

розроблено спосіб знешкодження викидів фенолу в атмосферу за допомогою стримерного розряду і конструкцію електрофільтра для його запровадження;

розроблено конструкцію модернізованого електрофільтра. Проведено випробування дослідно-промислової установки (електрофільтра) для знешкодження викидів фенолу в умовах ВАТ "Укрграфіт" м. Запоріжжя. Ефективність очистки становила 95%. Установка прийнята до впровадження в умовах цього підприємства;

- прийнято до впровадження в ТОВ ”Електротехпривод” м. Запоріжжя дослідно-промислову установку для знешкодження викидів фенолу від емальпечей. Ступінь очистки становив 91%.

Особистий внесок дисертанта. Всі теоретичні та експериментальні дослідження виконано дисертантом самостійно та в повному обсязі, а саме:

проведено систематизацію способів та апаратів для знешкодження викидів фенолу в атмосферу;

встановлено енергетичну доцільність використання електрофізичного засобу очищення газів, які відходять, від фенолу;

проведено порівняльні дослідження використання різних видів газових розрядів для знешкодження викидів фенолу;

досліджено залежність ефективності знешкодження фенолу від параметрів стримерного розряду;

розроблено математичну модель процесу очищення газів від фенолу у стримерному розряді;

оброблено отримані результати, сформульовано основні положення і висновки.

Приймав участь у розробці модернізованого електрофільтра для знешкодження викидів фенолу за допомогою стримерного розряду. Аналіз виконаної оцінки запобігання еколого-економічного збитку шляхом впровадження запропонованого способу очищення газів обговорено з к.т.н., доц. кафедри ПЕБП Берендою Н.В. Аналіз результатів експериментальних досліджень здійснено сумісно з с.н.с. ПНДЛ кафедри ПЕБП Рибісайло Б.М.

Апробація результатів дисертації. Результати роботи було оголошено в доповідях на:

2-й Всеукраїнській науково-методичній конференції з міжнародною участю “Экология и инженерия. Состояние, последствия, пути создания экологически чистых технологий”, м. Дніпродзержинськ, 1998 р.;

Міжнародній науково-технічній конференції “Экология промышленных регионов”, м.Горлівка, 1999 р.;

всеукраїнській конференції “Бизнес и экология” м. Донецьк, 2001 р.

Результати роботи було подано на 3-й Міжнародній виставці “Экология - 2000” м. Київ, 2000 р.

Публікації. Основний зміст роботи викладено в 14 наукових працях, серед яких 9 статей, 3 тези доповідей на наукових конференціях, 2 патенти України на винахід.

Структура та об'єм роботи. Дисертація складається зі вступу, пяти розділів, загальних висновків, списку використаної літератури та додатків. Матеріали дисертаційної роботи викладено на 123 сторінках тексту, ілюстрації включать 24 рисунки та 20 таблиць. У бібліографії наведено 88 джерел.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність розробки процесу та обладнання для знешкодження викидів фенолу електрофізичним способом. Визначено мету та основні завдання, які треба вирішити для досягнення поставленої мети, наукова новизна та практичне значення одежаних результатів. Наведено інформацію про апробацію роботи та публікації.

У першому розділі розглянуто особливості методів очищення, що використовуються в наші часи для знешкодження викидів фенолу в атмосферу і вимоги до даних методів. Енергетично обґрунтовано можливість використання газових електророзрядів для очищення газів, проаналізовано основні електророзряди, які використовуються в наш час у промисловості, установлено вплив технологічних факторів (температури, тиску, вмісту пилу у газах, що очищаються) на роботу електрофільтрів.

Набули використання різні способи вловлювання і знешкодження фенолу: водяний, аміачний, термічний, каталітичний, озонний, адсорбція на твердому сорбенті, використання різних окислювачів та інші. Деякі з них (термічний, каталітичний), за певних умов, можуть бути використані в електродній промисловості, де гази, що очищаються, як правило, мають температуру 333…373 К і містять до 5 г/м³ пилу.

Аналіз літературних джерел показав, що ще не розроблено низькоенергоємний, надійний в експлуатації спосіб знешкодження викидів в атмосферу від фенолу, зокрема, за умов виробництва електродів.

Розглянуто процеси, що відбуваються з молекулами фенолу під час термічного, термокаталітичного та електрофізичного його знешкодження. Встановлено, що при електрофізичному знешкодженні фенолу змінюється електронна будова вихідних речовин. Це дозволяє за незначних витрат енергії, у порівнянні з термічним і термокаталітичним способами очищення, досягти аналогічних результатів з ефективності знешкодження.

Установлено, що енергетично доцільним є застосування електрофізичного способу знешкодження фенолу. Найбільш раціональним для реалізації даного способу очищення є використання модернізованого електрофільтра, що дозволяє в одному апараті знешкоджувати токсичні компоненти і видаляти частки пилу, що містяться в газах, які відходять.

Аналіз наявної інформації про вплив технологічних факторів на ефективність видалення пилу в електрофільтрах показав недостатню освітленість впливу цих факторів на ефективність нейтралізації токсичних газоподібних складових викидів, хоча цей вплив проявляє себе під час роботи електрофільтрів.

На підставі аналізу характеристик газових розрядів, що використовуються в промисловості, установлено, що для знешкодження токсичних газоподібних викидів в атмосферу доцільним є застосування адаптованого стримерного розряду як основи електрофізичного методу. На основі аналізу викладеної в першому розділі інформації визначено мету і задачі досліджень.

У другому розділі наведено результати теоретичної оцінки ефективності різних видів газових розрядів за умов нейтралізації токсичних газоподібних компонентів, запропоговано енергетичний метод визначення ефективності очищення газів, що відходять, від токсичних компонентів при використанні стримерного розряду, представлено результати впливу технологічних факторів на розкладання токсичних газоподібних компонентів відхідних газів у полях високої напруги.

Розроблено методику розрахунку ефективності основних газових розрядів для знешкодження токсичних газоподібних компонентів. Її аналіз показав, що ймовірність іонізації і збудження молекул зменшується зі збільшенням швидкості частки, що налітає. Це пов'язано зі зменшенням часу взаємодії електронів, які зіштовхуються, що знижує ефективність цієї взаємодії. З іншого боку, іонізація молекули можлива, якщо під час зіткнення електрон, який налітає, має енергію, що перевищує потенціал іонізації даної молекули. Таким чином, залежність ймовірності іонізації від енергії електрона, що налітає, повинна мати экстремум (максимум).

На рис. 1 представлено залежність відносної іонізації А - числа пар іонів, які створюються електроном на 1см шляху, від енергії електрона, що налітає, для молекул повітря. Ця залежність адекватно відображає зміну ймовірності іонізації від енергії електрона, що налітає.

Під час очищення промислових викидів газом-носієм є повітря. Тому неважко зробити висновок, що для підвищення реакційної здатності молекул шкідливих компонентів і молекул кисню, найбільш ефективними будуть зіткнення з електронами, що володіють енергією ~140еВ.

Таким чином, критерієм оцінки ефективності газових розрядів для активації деструктивного окислювання токсичних компонентів є енергія, що здобувається електроном від електричного поля за довжину його вільного пробігу. Тому електрообробка газу, який очищається, повинна відбуватися в газовому розряді, що забезпечує більшості електронів енергію, близьку до вищезгаданого значення.

Проведено аналіз процесів, які відбуваються з молекулами газу, що очищається, під час коронного розряду.

Одержано формулу для визначення енергії, що здобувається електроном за довжину його вільного пробігу за умов коронного розряду з системою електродів "коаксіальні циліндри".

W_o = (1),

де А= ,

де U - напруга, прикладена до коронуючого електроду;

R₁ - радіус коронуючого електроду;

R₂ - радіус осаджувального електроду;

- середня хаотична швидкість руху електрона;

е - заряд електрона;

m_е - маса електрона;

х- відстань від нескінченно тонкої осі до даної точки;

_е - довжина вільного пробігу електрона.

Як показує формула (1), за певних умов існування коронного розряду, для збільшення енергії електрона Wo до значення, за якого можуть бути непружні взаємодії, по-перше, необхідно збільшити прикладену напругу, або зменшити частку R₂/R₁. Проте, за умов збереження коронного розряду, вищезгадані величини є взаємозалежними, тобто збільшення напруги без зміни міжелектродної відстані веде до пробою газового проміжку. Тому максимальну енергію електрону забезпечує граничне для даних умов існування коронного розряду значення напруги. По-друге, при коронному розряді, під дією електричного поля відстань х (див. формулу (1)) для окремо узятого електрона буде збільшуватися з часом. Це призводить до того, що у визначений момент часу електрон настільки віддалиться від нескінченно тонкої осі, що здобута ним від електричного поля енергія, з урахуванням неможливості далі збільшити прикладену напругу, буде недостатньою для непружних взаємодій з молекулами газу.

Таким чином, можна зробити висновок, що використання коронного розряду для знешкодження газових компонентів, що містяться у викидах в атмосферу, принципово є можливими. Але воно вимагає створення газоочисного апарату такої конструкції, що забезпечує обов'язкове переміщення всього обсягу оброблюваного потоку до коронуючого електрода, що, як правило, технічно й економічно недоцільно.

Усунути неоднорідність електрооброблювання газового потоку, характерну для коронного розряду, дозволяє використання однорідного електричного поля. Проте, проведені дослідження показали, що ефективність оброблювання газу в даному випадку в 10 разів нижча, ніж за коронного розряду.

Проведений розрахунок використання електрохімічного способу (електронної гармати) для нейтралізації токсичних компонентів показав, що при робочих параметрах установки ~ 85% електронних зіткнень будуть неефективними за передачею енергії, тому що енергія електрона, який налітає, більш ніж у 100 разів перевищує оптимальну для іонізації енергію.

Варто зазначити, що втрати на випромінювання, які зумовлені кінетичною енергією електрона, за використання електронного пучка в 1000 разів перевищують аналогічну величину за умов застосування стримерного розряду.

Через працездатність електронної гармати лише за енергії електронів ~100 кеВ, яка багаторазово перевищує оптимальний для іонізації рівень, застосування цього способу вимагає надлишкового прикладання енергії. Мають місце також додаткові капітальні витрати, пов'язані з захистом від випромінювання, що виникає під час роботи електронної гармати.

Таким чином, використання високоенергетичного електронного пучка для знешкодження шкідливих компонентів, що містяться в газових викидах, може мати місце, але воно пов'язане з використанням складної дорогої техніки, надлишковими енерговитратами.

Для визначення способу знешкодження фенолу виконано аналіз процесів, що відбуваються з молекулами газу, який очищається, у стримерному розряді. Стримерный розряд формується під час подавання короткочасних імпульсів напруги (200нс) на коронуючий електрод. Амплітудне значення напруги в імпульсі при цьому досягає 100кВ, що багаторазово перевищує пробійне. При цьому молекулам газу передається значно більше енергії, ніж за коронного розряду. Це зумовлює наявність значної кількості хімічно активних часток і, отже, більш ефективне розкладання токсичних компонентів, ніж за інших умов.

Розрахунок, проведений за формулою (1) з урахуванням параметрів стримерного розряду, показав, що зона непружних зіткнень під час використання цього розряду збільшиться в 4 рази в порівнянні з коронним розрядом.

На відміну від опромінювання відхідних газів пучком електронів, за умов стримерного розряду електрон під час імпульсу здобуває енергію від електричного поля до моменту, коли стає можливим непружне зіткнення.

Результати виконаного аналізу з визначення ефективності різних газових розрядів для рішення розглянутих задач приведено на рис. 2.

Відносно невелика кількість непружних зіткнень під час використання електронної гармати обумовлюється тим, що електрон через короткочасність контактів не встигає передати необхідну енергію молекулам газу, який очищається. Відбувається лише деяке гальмування електронів за рахунок передачі частини їхньої енергії молекулам газу. При цьому енергообмін відбувається за енергії електрона, що налітає, більш ніж у 100 разів перевищуючої оптимальне значення для знешкодження токсичних елементів.

На підставі вищенаведених даних установлено, що за стримерного розряду електрон здобуває за довжину вільного пробігу енергію більшу, ніж за будь-якого іншого газового розряду, а саме, енергія електрона в даному випадку визначає ефективність розкладання токсичних речовин. При цьому ефективність використання енергії за стримерного розряду вища, ніж під час оброблення газів пучком електронів.

Таким чином, для розкладання шкідливих газоподібних компонентів у металургії найбільш прийнятним є стримерный розряд.

У другому розділі викладено також енергетичний метод визначення ефективності очищення відхідних газів від токсичних компонентів за використання стримерного розряду. Одержано формулу для визначення числа одиниць переносу Nr за умов електрофізичного знешкодження токсичних речовин:

Nr= M· W^к (3)

де W - витрати енергії на оброблювання одиниці об'єму газу, кДж;

М - коефіцієнт, що враховує ефективність використання енергії; він визначається, з одного боку, ефективністю передачі газу, який обробляється, прикладеної енергії, з іншого боку, "опором" речовини впливу енергії, показником якого є потенціал іонізації;

к - коефіцієнт, що враховує вплив факторів, які дозволяють хімічно прореагувати напрацьованим у розряді нестабільним часткам.

Коефіцієнти у формулі (3) визначені методом найменших квадратів на основі використання експериментальних даних, отриманих під час лабораторних досліджень розкладання фенолу в стримерном розряді. При цьому формула (3) набуває вигляду:

Nr = 0,082 W^1,37 (4)

Таким чином, одержано залежність, що дозволяє розрахувати ступінь очищення токсичних газоподібних сполук під час їх електрофізичного знешкодження, виходячи з відомої залежності між числом переносу і ступенем уловлювання.

Вирішуючи задачу розробки і впровадження засобів очищення від токсичних газоподібних компонентів, був досліджений вплив температури, тиску, швидкості, а також вмісту пилу в очищуваних газах на розкладання вищезгаданих речовин. Використання цих параметрів дозволить забезпечити більш високий ступінь знешкодження токсичних компонентів, стабільну роботу газоочисних апаратів.

Встановлено, що процес знешкодження токсичних газоподібних компонентів варто проводити з використанням кондиціонуючих реагентів, при надлишковому тиску, до знепилення газу-носія. За ендотермічних хімічних реакцій на ефективності газоочищення позитивно позначається ріст температури відхідних газів.

На підставі викладених результатів досліджень визначено, що під час створення газоочисних апаратів, які використовують електрофізичний метод знешкодження, варто використовувати стримерный розряд.

У третьому розділі представлено результати лабораторних досліджень з розкладання фенолу, який міститься у газових викидах, у лабораторних умовах. Проведено аналіз і обробку експериментальних даних, одержано математичну модель процесу знешкодження фенолу в стримерном розряді.

Проведені експериментальні дослідження дозволили перевірити одержані теоретичні закономірності. Одержано залежності ефективності знешкодження викидів фенолу від прикладеної напруги, початкової концентрації фенолу, діаметра коронуючого електрода за умов використання коронного і стримерного газових розрядів.

Максимальна ефективність розкладання фенолу під час використання коронного розряду склала 83%, стримерного - 93%. У графічному вигляді результати представлені на рис.3, 4 відповідно.

На підставі проведених експериментальних досліджень одержано математичну модель процесу знешкодження фенолу в стримерному розряді. Установлено, що модель є адекватною в межах зміни факторів: прикладена напруга - 50…100 кВ; початкова концентрація фенолу - 0,25…100 мг/м³.

Математична модель процесу знешкодження фенолу в стримерному розряді має вигляд:

= 0,686 + 0,234, (5)

де - ефективність знешкодження;

С- початкова концентрація фенолу.

Рис. 3 Залежність ефективності очистки фенолу від напруги, яка прикладається, за умов коронного розряду

Рис. 4 Залежність ефективності очистки фенолу від напруги, яка прикладається, за умов стримерного розряду

Виходячи із залежності (5), визначено лінійний вплив прикладеної напруги на ступінь знешкодження фенолу в обраних межах зміни факторів.

У четвертому розділі визначено необхідні конструктивні зміни для використання електрофільтра з метою знешкодження токсичних газоподібних компонентів газових викидів у цьому газоочисному апараті. На одержану залежність живого перерізу газорозподільної решітки-електроду від відстані між решітками, описано конструкцію розробленого електрофільтра (Патент України № 23340 від 29.07.1996).

Установлено, що для адаптації електрофільтра для знешкодження викидів фенолу необхідною є установка додаткових електродних систем, де буде реалізовуватися стримерний розряд. Додаткову електродну систему доцільно розмістити до основної, де відбувається пиловідділення. Таке розміщення пояснюється позитивним впливом аерозолів на процес розкладення газів. З іншого боку, поліпшується зарядка часток пилу, що інтенсифікує їх осадження при проходженні основної системи електродів. Слід зазначити, що постійне електричне поле, реалізоване під час пиловідділення, ефективніше для транспортування заряджених часток газів, які очищаються, до відповідних електродів.

Заземлений електрод додаткової електродної системи доцільно виконати з труб, по яких подається технічна вода. Це дозволяє, за необхідності, знижувати температуру газів, що істотно впливає на ефективність пиловловлення в електрофільтрі.

Виготовлення електродів у вигляді металевих решіток дозволяє використовувати електроди як газорозподільні решітки. Відстань між решітками l_p визначається значенням і формою напруги, яка подається.

На підставі одержаних даних про процеси, які дозволяють нейтралізувати токсичні компоненти та вплив технологічних прийомів на ефективність їхнього знешкодження розроблено конструкцію модернізованого електрофільтра, який дозволяє ефективно вирішувати поставлені задачі (Патент України № 23340 від 29.07.1996).

Конструктивну схему електрофільтра за Патентом України № 23340 представлено на рис. 5. Він складається з корпуса 1, додаткової електродної системи 2, електроди якої виконані у виді газорозподільних решіток і обладнані шипами 3. Заземлений електрод додаткової електродної системи 4 виконаний з труб, які охолоджуються водою. У корпусі розміщено коронуючий 5 і осаджувальний 6 електроди. Електрод 2 може бути підключений до джерела постійної й імпульсної напруги.

Для підвищення ефективності роботи електрофільтра одержана залежність для визначення відстані між решітками-електродами l_p і коефіцієнтом живого перерізу решітки:

(6)

де F_o - площа найбільш вузького перерізу потоку газу, який очищається;

n₁ - кількість решіток;

коефіцієнт живого перерізу решітки.

Залежність (6) дозволяє вибрати електроди, що покращують газорозподіл в електрофільтрі зі збереженням необхідного електророзряду.

Використання розробленого електрофільтра дозволяє забезпечити:

Розкладання шкідливих газоподібних компонентів з ефективністю 90 % разом зі знепиленням відхідних газів в одному газоочисному апараті - електрофільтрі.

Знешкодження газоподібних компонентів в розробленому електрофільтрі не вимагає установки додаткового газоочисного устаткування для знешкодження токсичних компонентів газових викидів.

У п'ятому розділі наведено методи проведення промислових досліджень і результати промислових випробувань дослідно-промислових зразків газоочисних апаратів для знешкодження викидів фенолу.

Дослідно - промисловий зразок газоочисного апарата був випробуваний у цеху №5 ВАТ "Укрграфіт" м. Запоріжжя для знешкодження пари фенолу, що виділяється під час термооброблювання графітових заготовок. Ефективність знешкодження фенолу, що міститься у викидах в атмосферу, склала 90…93%.

На підставі одержаних результатів приймальна комісія прийняла рішення про використання розробленого газоочисного апарата для знешкодження викидів фенолу в атмосферу у ВАТ "Укрграфіт".

Дослідно-промислова модель розробленого газоочисного апарата також була випробувана для знешкодження викидів фенолу з емальпечі №1 ТОВ "Електротехпривод" м. Запоріжжя. Була відзначена зміна органолептичних властивостей відхідних газів, що відходять. Вміст фенолу зменшився на 91%. Процес знешкодження фенолу й апарат для його реалізації прийнято до впровадження в ТОВ "Електротехпривод".

Загальні висновки

У результаті проведених теоретичних і експериментальних досліджень одержані такі результати:

1. Виконано теоретичне обґрунтування доцільності використання процесу нейтралізації фенолу, що базується на впливі електромагнітних полів на токсичні речовини. Це дозволило довести перспективність використання даного процесу для очищення газу.

2. Установлено, що з основних газових електророзрядів для знешкодження викидів фенолу найбільш прийнятним є стримерный розряд, тому що він дозволяє дестабілізувати, а, отже, знешкодити максимальну, у 4 рази більшу кількість молекул газових викидів, у порівнянні з іншими газовими розрядами.

3. Одержано математичну модель процесу пиловловлення при використанні стримерного розряду для електрофізичного знешкодження кисневмісних похідних вуглеводнів. Визначено лінійну залежність ступеня очищення від прикладеної напруги в таких межах зміни факторів: прикладна напруга 50…100 кВ, початкова концентрація фенолу 0,25…100 мг/м³.

4. Розроблено конструкцію газоочисного апарата для ефективного знешкодження газоподібних компонентів електрофізичним методом.

5. Одержано залежність відстані між решітками-електродами і коефіцієнтом живого перерізу решітки. Ця залежність дозволяє вибрати електроди, що поліпшують газорозподіл в електрофільтрі.

6. Розроблено конструкцію електрофільтра, що дозволяє під час знепилення відхідних газів нейтралізувати викиди фенолу.

Результати роботи прийняті до впровадження на ВАТ "Укрграфіт", у ТОВ "Електротехпривод". Відвернений еколого-економічний збиток від упровадження запропонованого методу знешкодження викидів фенолу в умовах вищезгаданих підприємств складе 384 тис. грн/рік.

Список основних робіт за темою дисертації

1. Павленко Ю.П., Румянцев В.Р. Оценка различного вида электрических разрядов для разложения вредных газообразных компонентов промышленных выбросов // Известия вузов. Черная металургия. 1995. №7. С. 60-63.

Здобувачем запропоновано методику оцінки та розрахунків ефективності основних видів газових розрядів для розкладення шкідливих речовин газових викидів.

2. Павленко Ю.П., Румянцев В.Р. Расчет степени очистки отходящих газов от токсичных газообразных компонентов // Известия вузов. Черная металургия. 1998. №5. С. 78.

Здобувачем отримано формулу розрахунку ступеня очищення відхідних газів за умов використання електрофізичного методу знешкодження токсичних речовин.

3. Павленко Ю.П., Румянцев В.Р. Влияние технологических факторов на разложение токсичных газообразных компонентов отходящих газов в полях высокой напряженности // Известия вузов. Черная металургия. 1998. №7. С. 66-68.

Здобувачем зясовано вплив технологічних факторів на процес знешкодження викидів фенолу електрофізичним способом.

4. Павленко Ю.П., Румянцев В.Р. Энергетическое обснование выбора способа обезвреживания выбросов фенола в атмосферу // Сборник научных трудов Запорожской государственной инженерной академии “Металлургия”. 1999. вып.2. С. 131134.

Здобувачем обґрунтовано доцільність використання електрофізичного способу знешкодження викидів фенолу в атмосферу.

5. Павленко Ю.П., Румянцев В.Р., Рибісайло Б.М., Бордукова А.В. Новые методы обезвреживания высокотоксичных компонентов промышленных газовых выбросов с одновременным получением полезных продуктов // Металлургическая и горнорудная промышленность. 2000. № 4. С. 103-105.

Здобувач приймав участь у розробці нового методу знешкодження викидів фенолу в атмосферу.

6. Павленко Ю.П., Румянцев В.Р., Рибісайло Б.М., Бордукова А.В. Новые методы обезвреживания диоксида серы и кислородсодержащих углеводородов, содержащихся в промвыбросах в атмосферу. // Розвідка і розробка нафтових і газових родовищ. 2000. № 37. С. 108-112.

Здобувач приймав участь в експериментальній перевірці та обробці одержаних результатів електрофізичного знешкодження токсичних речовин.

7. Румянцев В.Р., Бордукова А.В. Экономико-экологические и технические аспекты выбора способа обезвреживания и очистки газов от токсичных соединений // Гуманитарный вестник. 2002. вып. №8. С. 201-202.

Здобувачем обґрунтовано доцільність використання електрофізичного процесу для знешкодження викидів фенолу до атмосфери.

8. Румянцев В.Р. Электрофильтр для обезвреживания токсичных газообразных компонентов // Сборник научных трудов Запорожской государственной инженерной академии “Металлургия”. 2002. вып. 6. С. 173-175.

Здобувач приймав участь у розробці нового газоочисного апарату.

9. Павленко Ю.П., Румянцев В.Р., Павлова О.П. Электрофизический метод обезвреживания выбросов фенола в атмосферу // Сборник научных трудов Запорожской государственной инженерной академии “Металлургия”. 2003. вып.7. С. 119-123.

Здобувач приймав участь у розробці нового методу знешкодження викидів фенолу в атомосферу.

10. Павленко Ю.П., Румянцев В.Р. Энергетический метод определения эффективности очистки отходящих газов от токсичных газообразных компонентов при их электрофизическом обезвреживании // Збірник тез доповідей 2-ої Всеукраїнської науково-методичної конференції з міжнародною участю “Экология и инженерия. Состояние, последствия, пути создания экологически чистых технологий”. Дніпродзержинськ. 1998. С. 161-163.

Здобувачем викладено методику розрахунку ефективності очищення газів за умов використання електрофізичного знешкодження токсичних речовин.

11. Павленко Ю.П., Румянцев В.Р., Бордукова А.В. Электрофизический метод обезвреживания фенола, содержащегося в промвыбросах в атмосферу. // Сборник трудов международной научно-практической конференции “Экология промышленных регионов”. Горловка. 1999. С. 294-296.

Здобувачем обґрунтовано та експериментально перевірено доцільність використання стримерного розряду для знешкодження викидів фенолу в атмосферу.

12. Павленко Ю.П., Румянцев В.Р. Электрофизический метод обезвреживания фенола, содержащегося в промвыбросах в атмосферу // Материалы Всеукраинской научно-практической конференции “Бизнес и экология”. Донецк. 2001. С. 67.

Здобувачем викладені переваги електрофізичного методу знешкодження фенолу у порівнянні з існуючими способами.

13. Пат. 23340 А Україна МКИ В03С3/10 Електрофільтр /Павленко Ю.П., Румянцев В.Р.; Заявл. 29.07.1996; Опубл. 31.08.1998, Бюл. №4.

Здобувачем винайдено залежність живого перерізу газорозподільної решітки-електроду від відстані між електродами. Здобувач приймав участь у розробці модернізованого електрофільтра та проведенні досліджень з ефективності його роботи.

14. Пат. 51482 А Україна МКИ В01D53/32 Способ очистки газа от токсичных компонентов / Павленко Ю.П., Румянцев В.Р., Рібісайло Б.М., Бордукова А.В. Заявл. 10.04.2002; Опубл. 15.11.2002, Бюл. №11.

Здобувач приймав участь в експериментальній перевірці запропонованого способу очищення газів.

Анотація

Румянцев В.Р. Процес та обладнання для очищення відхідних газів від фенолу електрофізичним способом - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.08 - Процеси та обладнання хімічної технології. - Український державний хіміко-технологічний університет, Дніпропетровськ, 2004 р.

Дисертацію присвячено питанням теоретичних та експериментальних досліджень процесу очищення відхідних газів від фенолу електрофізичним способом. Проведено порівняльні дослідження використання різних газових електророзрядів для знешкодження викидів фенолу. Встановлено доцільність застосування стримерного розряду для вирішення цієї проблеми. Визначено параметри стримерного розряду, які забезпечують максимальну ступінь очищення. Отримано математичну модель процесу очищення викидів фенолу в стримерному розряді. Досліджено вплив технологічних параметрів газового потоку на ефективність знешкодження фенолу. За результатами досліджень розроблено конструкцію модернізованого електрофільтра для сумісного знешкодження викидів фенолу та викидів пилу.

Ключові слова: очищення газів, викиди фенолу, стримерний розряд, ефективність очищення, електрофільтр, енерговитрати.

Аннотация

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.17.08 - Процессы и оборудование химической технологии. - Украинский государственный химико-технологический университет, Днепропетровск, 2004 г.

Диссертация посвящена вопросам теоретических и экспериментальных исследований процесса очистки отходящих газов от фенола электрофизическим способом.

Установлена энергетическая целесообразность использования электрофизического способа обезвреживания выбросов фенола. Энергетические затраты на очистку отходящих газов от фенола в данном случае более чем в 10 раз ниже чем при использовании термокаталитического и термического методов при сопоставимой эффективности очистки.

Разработана методика определения эффективности различного вида газовых разрядов для обезвреживания токсичных компонентов газовых выбросов в атмосферу. Согласно данной методике критерием оценки эффективности различного вида газовых разрядов для активации деструктивного окисления токсичных компонентов является энергия, приобретаемая электроном от электрического поля за длину его свободного пробега. Проведенные расчеты показали, что наилучшие результаты дает использование стримерного газового разряда, обеспечивающего в 4,5 раза большее число неупругих столкновений налетающих электронов с молекулами очищаемых газов, чем в случае применения коронного разряда.

Проведены лабораторные исследования по разложению выбросов фенолов в коронном разряде, электро-химическим способом (электронной пушкой), стримерном разряде. Максимальная степень очистки отходящих газов от фенола при использовании коронного разряда составила 83 %, электронной пушки - 90…99%, стримерного разряда - 95%.

Исследовано влияние температуры, давления, скорости, запыленности очищаемых газов на разложение токсичных газообразных компонентов газовых выбросов. Установлено, что процесс обезвреживания выбросов фенола следует проводить с использованием кондиционирующих реагентов, при избыточном давлении, до обеспыливания газа-носителя.

На основании проведенных экспериментальных исследований получена математическая модель процесса обезвреживания фенола в стримерном разряде. Определено линейное влияние прилагаемого напряжения на степень обезвреживания фенола в выбранных пределах изменения факторов (прилагаемое напряжение - 50…100 кВ; начальная концентрация фенола -0,25…100мг/м³).

Определены необходимые конструктивные изменения для использования электрофильтра для обезвреживания токсичных газообразных компонентов газовых выбросов в этом газоочистном аппарате. Установлено, что для адаптации электрофильтра для обезвреживания выбросов фенола необходима установка дополнительных электродных систем, где будет реализовываться стримерный разряд. Дополнительную электродную систему целесообразно разместить до основной, где происходит пылеотделение. Такое размещение объясняется положительным влиянием аэрозолей на разложение токсичных элементов, содержащихся в газах. С другой стороны, улучшается зарядка частиц пыли, что интенсифицирует ее осаждение при прохождении основной системы электродов. Следует отметить, что постоянное электрическое поле, реализуемое при пылеотделении, эффективнее для транспортировки к соответствующим электродам заряженных частиц очищаемых газов.

Основываясь на полученных данных о процессах, позволяющих нейтрализовать токсичные компоненты, влиянии технологических приемов на эффективность их обезвреживания разработана конструкция модернизированного электрофильтра, позволяющего эффективно решать поставленные задачи (Патент Украины №23340).

Опытно- промышленный образец газоочистного аппарата был испытан в цехе №5 ОАО “Укрграфит” для обезвреживания паров фенола, выделяющегося при термообработке графитовых заготовок. Эффективность обезвреживания фенола, содержащегося в выбросах в атмосферу, составила 90…93%.

На основании полученных результатов приемочная комиссия приняла решение об использовании вышеописанного газоочистного аппарата для обезвреживания выбросов фенола в атмосферу в ОАО “Укрграфит”.

Также опытно-промышленная модель газоочистного аппарата была испытана для обезвреживания выбросов фенола от эмальпечи №1 ООО “Электротехпривод” г. Запорожье. Было отмечено изменение органолептических свойств отходящих газов. Содержание фенола уменьшилось на 91%. Метод обезвреживания фенола и аппарат для его реализации принят к внедрению в ООО “Электротехпривод”.

Ключевые слова: очистка газов, выбросы фенола, стримерный разряд, эффективность очистки, электрофильтр, энергозатраты.

Abstract

The dissertation on competition of a scientific degree of candidate technical sciences on a speciality 05.17.08 - Processes and equipment of chemical technology. - Ukrainian state chemical-technological university, Dniepropetrovsk, 2004.

The thesis is dedicated to problems theoretical and experimental researches of a purification process of off-gases from phenol by an electrophysical expedient. The held comparative researches of usage of different gas electrodischarges for rendering ejections of phenol. The expediency of applying of a streamer discharge for the solution of a delivered problem is installed. The parameters of a streamer discharge are defined, which one ensure a maximal degree of clearing. The mathematical model of a purification process of ejections of phenol in a streamer discharge is obtained. The influence of technological parameters of a gas stream to efficiency of rendering of phenol is explored. By results of researches the construction a new electric separator for share rendering of ejections of phenol and ejections of a dust designed.

Keywords: clearing of gases, ejections of phenol, streamer discharge, efficiency of clearing, electric separator, expenditure of energy.

Размещено на Allbest.ru