МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

КРОТ Ольга Петрівна

УДК 697.94 + 665.622.22

ЕФЕКТИВНА ОЧИСТКА ВЕНТИЛЯЦІЙНИХ БАГАТОКОМПОНЕНТНИХ ВУГЛЕВОДНЕВИХ ГАЗОВИХ ВИКИДІВ, ЩО МІСТЯТЬ БЕНЗ(А)ПІРЕН

(Спеціальність 05.23.03 - Вентиляція, освітлення

та теплогазопостачання)

АВТОРЕФЕРАТ ДИСЕРТАЦІЇ

на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків-2000

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: | доктор технічних наук, професор

Шеренков Ігор Аркадійович, завідувач кафедри безпеки життєдіяльності та інженерної екології в будівництві Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури, Міністерство освіти і науки України;

Офіційні опоненти: | доктор технічних наук, професор Губар Валентин Федорович, завідувач кафедри теплотехніки, теплогазопостачання і вентиляції Донбаської державної академії будівництва та архітектури, Міністерство освіти і науки України;

кандидат технічних наук Шило Віталій Васильович, помічник-консультант народного депутата України, Апарат Верховної Ради України

Провідна установа: | Харківська державна академія міського господарства, кафедра теплових і газових мереж, Міністерство освіти і науки України

Захист відбудеться 22 березня 2000 року об 1100 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д64.056.03 у Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури за адресою:

61002, м. Харків, вул. Сумська, 40.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури

Автореферат розісланий 21 лютого 2000 року.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради Д64.056.03, д.т.н., професор Пантелят Г.С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Органічні речовини – граничні і неграничні вуглеводні, поліциклічні ароматичні вуглеводні (ПАВ), серед них і канцерогенні, відносяться до числа найнебезпечніших речовин, що забруднюють навколишнє середовище. ПАВ – досить токсичні сполуки, що викликають різні захворювання, зокрема – онкологічні та алергічні. Одним з найнебезпечніших ПАВ є бенз(?)пірен (БП), який сприяє виникненню онкологічних захворювань. ПАВ можуть брати участь в атмосферних фотохімічних реакціях і смогоутворюючих процесах. Головним джерелом викидів БП та інших ПАВ в атмосферу є паливно-енергетичний комплекс, автомобільний та авіаційний транспорт і нафтопереробна промисловість.

Збільшення в атмосфері концентрації вуглеводнів, що вміщують канцерогени (ВВК), створює серйозні екологічні проблеми, тому дослідження та впровадження в практику методів зменшення об`ємів і концентрацій таких викидів є надзвичайно актуальними. Негативний вплив нафтопереробних підприємств на екологічну ситуацію й відсутність ефективного способу очистки багатокомпонентної суміші ВВК і сполук сірки зумовлюють необхідність вирішення екологічної проблеми, пов`язаної з нафтопереробними підприємствами, і роблять дослідження і розробку технології очистки дуже актуальними.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота виконувалась у рамках державної теми “Дослідження та розробка технології очистки відходів від ПАВ на основі нових адсорбційних матеріалів” №522 от 5.08.97.

Мета досліджень. Розробка способу ефективної очистки вентиляційних викидів від багатокомпонентної вуглеводневої суміші, що містить канцерогени і сполуки сірки, для досягнення остаточної концентрації токсичних сполук, що не перевищує гранично припустимої.

Наукова новизна:

·

· виявлено, що оптимальними параметрами очистки є температура 5506000С, час контакту 0,240,36с і співвідношення об’ємів шарів мангановорудного і паладієвого каталізаторів 3:1. Оцінено вплив сірководню і діоксиду сірки на ефективність очистки;

· визначено основні технологічні параметри процесу і розроблено та введено в дію дослідно-промислову установку.

Практичне значення.

Розроблено новий спосіб очистки, що базується на суміщенні термообробки і каталітичного окиснення.

Визначено область застосування способу. Його рекомендовано застосовувати при наявності у викидах важких багатоядерних ПАВ, серед них і канцерогенних, а також у випадку наявності сполук сірки.

Створено технологію і розроблено промислову установку знешкоджування багатокомпонентної суміші ВВК і речовин, що містять сірку.

Впровадження результатів роботи.

Впроваджено дослідно-промислову установку термокаталітичної очистки вентиляційних викидів від газоподібних канцерогенних продуктів переробки нафтовідходів, які утворюються під час миття залізничних цистерн на промивно-пропарювальній станції «Кагамлинська» вагонного депо станції Кременчук Південної залізниці. Екологічна ефективність установки по БП – 99,95%; по інших ПАВ – 98,53%; СО – 99,00%; NOx – 81,00%; SО2 – 80,00%.

Акт випробувань дослідно-промислової установки термокаталітичної очистки вентиляційних газових викидів підтверджує її ефективність.

Особистий внесок автора. Автором розроблено методику проведення експериментів з хроматографічним аналізом досліджуваних газів, сконструйовано експериментальну установку та здійснено її монтаж. Проведено теоретичний аналіз кінетичних закономірностей окиснення вуглеводнів і визначено константи швидкості та енергію активації для вуглеводневої суміші, що містить канцерогени, а також для окремих груп вуглеводнів. Самостійно проведено експерименти для оцінки ефективності процесу очистки викидів (як із сполуками сірки, так і без них). Дисертант брав участь у розробці й випробуванні дослідно-промислової установки термокаталітичної очистки викидів від нафтопродуктів, що вміщують канцерогени.

Апробація роботи.

Результати дисертаційної роботи доповідалися на 2-й міській науково-практичній конференції молодих учених м. Харкова у 1998р. і на 54-й науково-технічній конференції ХДТУБА у 1999р.

Публікації.

За темою дисертації опубліковано пять наукових статей і отримано позитивне рішення про видачу патенту.

Обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, 4 розділів, загальних висновків, списку літератури і додатків. Всього 149 сторінок, серед них 119 сторінок машинописного тексту, 18 таблиць, 28 рисунків, 5 додатків; бібліографія вміщує 110 джерел вітчизняної і зарубіжної літератури.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

Вступ. Обгрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету дисертаційного дослідження, наукову новизну, практичну значущість, відзначено особистий внесок автора роботи, наведено відомості про апробацію результатів досліджень та публікації.

Розділ 1. У розділі наведено результати аналізу складу викидів нафтопереробного виробництва та паливно-енергетичної промисловості й показано ступінь розробленості заходів щодо їх зменшення. Проведено огляд способів очистки викидів від ВВК. Виконано детальний аналіз літературних джерел, що описують механізм утворення БП. Значний внесок у дослідження процесів утворення БП і методів його знешкодження зробили українські вчені Бородін В.І., Губар В.Ф., Канило П.М., Ровенський О.І., Шило В.В. та інші. Проаналізовано джерела потрапляння у навколишнє середовище БП, його міграції і вплив на організм людини.

У результаті розгляду теоретичних і практичних основ утворення БП автором було зроблено висновки про такі можливості його подавлення у викидах:

·

· пригнічування за допомогою спеціальних інгібіторів побічних реакцій, у процесі яких утворюється БП;

· руйнування з часом під дією бактерій;

· застосування палива з мінімальним вмістом БП;

· форкамерно-факельне спалювання палива в карбюраторних двигунах автомобілів (при цьому не виділяється сажа, а вміст БП зменшується у 1520 разів);

· термічне знешкоджування БП у присутності каталізатора, що дозволяє знизити вміст БП у вентиляційних викидах.

Було доведено, що спосіб термічного знешкоджування газових викидів відрізняється від абсорбційного і адсорбційного способів більш високим ступенем очистки та відсутністю корозійних середовищ і стічних вод. Цей спосіб є перспективним і завдяки можливості регенерації тепла. Наведено найбільш характерні схеми очистки вентиляційних викидів від ВВК і конструкції реакторів для проведення процесу очистки.

Аналіз літературних джерел показав, що процес термознешкодження багатокомпонентної суміші вуглеводнів і речовин, що містять сірку, у присутності каталізатора є найефективнішим. Основною перевагою цього способу є якісне знешкодження складних газів, а також можливість здійснення процесу очистки при великих об`ємних швидкостях без заміни каталізатора протягом тривалого часу і без зниження ступеня очистки. Однак у випадку складної суміші речовин, що містять сірку і органічні сполуки, потрібне проведення додаткових досліджень, оскільки сполуки сірки у викидах знижують ефективність очистки.

На основі аналізу літературних даних визначено коло нерозв`язаних питань і сформульовано мету й задачі досліджень (розробка способу ефективної очистки вентиляційних викидів від багатокомпонентної вуглеводневої суміші, що містить канцерогени і сполуки сірки).

Розділ 2. Наведено результати вивчення особливостей реакцій термообробки газових викидів і труднощів, що виникають при обробці багатокомпонентних сумішей.

Основною ідеєю і робочою гіпотезою дисертаційної роботи є суміщення процесів термічної обробки і каталітичного окиснення на двошаровому каталізаторі. Це зумовлено тим, що у викидах нафтопереробних, коксохімічних та інших виробництв, а також паливно-енергетичного комплексу присутні граничні і неграничні вуглеводні, ПАВ, серед них і БП, сполуки сірки і меркаптани. Прості вуглеводневі сполуки можна знешкодити термічним способом. Для повного розкладу таких речовин, як БП, потрібна висока температура (до 20000С) і спеціальна конструкція топки. Окиснення важких багатоядерних ПАВ на каталізаторі без попередньої термічної деструкції їх у присутності кисню призводить до утворення на шарі каталізатора піровуглеводневих сполук (сажі), що знижують активність каталізатора. Для забезпечення тривалої роботи каталізатора необхідно захищати його від сполук сірки форконтактом. Ним може бути каталізатор типу руд металів. Практичний інтерес являють паладієвий і мангановорудний каталізатори, особливо при їх пошаровому завантаженні.

У результаті проведеного аналізу лабораторних методів дослідження процесу очистки було вирішено використати так званий проточний метод, що полягає у проведенні ізобарного процесу шляхом пропускания компонентів реакції через каталізатор із наступним аналізом продуктів реакції. Проточний спосіб має ряд переваг порівняно з іншими: простота конструктивного оформлення, безперервність роботи, можливість отримання великої кількості продуктів реакції, легкість контролю сталості активності і використовується у багатьох дослідженнях.

Розділ 3. Наведено методику і техніку експериментальних досліджень, описано лабораторну установку і результати досліджень. Метою експериментальних досліджень була оцінка вибраного способу очистки при окисненні вуглеводневої суміші, що містить канцерогени. Ефективність очистки визначалася за ступенем окиснення вхідних речовин протягом певного часу.

Експерименти проводилися на лабораторній установці проточного типу з хроматографічним аналізом досліджуваних газів.

Були випробувані мангановорудний каталізатор (об`ємом 0,06л), паладієвий каталізатор (об`ємом 0,02 л) і двошаровий каталізатор (об`ємом 0,06л при співвідношенні об’ємів шарів 3:1), їх властивості наведено в табл. 1. Досліди проводилися в інтервалі температур 2506500С.

Таблиця 1

Властивості досліджуваних каталізаторів |

Властивості | Паладієвий каталізатор | Мангановорудний

Форма | гранули сферичної форми 3 6 мм | гранули 3 6 мм

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

Механічна міцність | не менше 5МПа | не менше 15МПа

Припустима робоча температура | 900 0С | 750 0С

Склад | Pd, нанесений на Al2O3 | Mn2O3 і MnO2 , що відносяться як 0,5 1,7

Термін активності | 5 років | 2 роки

Результати дослідження активності мангановорудного і паладієвого каталізаторів у процесі окиснення ВВК засвідчили, що при порівняно низьких температурах активність паладієвого каталізатора вища, ніж мангановорудного. При температурі, близькій до 5500С, активність каталізаторів відрізнялася на 812%.

На мангановорудному каталізаторі спостерігається значне зниження ступеня очистки при зменшені часу контакту від 1,2с до 0,36с (так, при температурі 5400С ступінь очистки знижується приблизно на 18%). На двошаровому каталізаторі цей недолік практично усувався.

Реакція каталітичного окиснення на паладієвому каталізаторі починалася при температурі 1502000С, а на мангановорудному – при 1702400С. На всіх типах каталізаторів при температурі процесу нижче 3000С ступінь очистки не перевищував 55%, тому при подальшому проведенні експерименту особлива увага приділялася діапазону температур 350600 0С.

У процесі досліджень було проведено багатофакторний експеримент, для здійснення якого було обрано ортогональний план другого порядку з такими факторами:

·

· час контакту парів ВВК з каталізатором , у межах від 0, 36 с до 1, 2 с;

· об’єм каталізатора Vкат, у межах від 0, 03 л до 0, 06 л.

Було здійснено перехід від фізичних змінних t, , Vкат до безрозмірних кодованих змінних х1, х2, х3, нормованих так, щоб вони приймали значення “+1” для верхнього рівня і “ 1” для нижнього рівня.

(1)

Для паладієвого каталізатора ,

для мангановорудного каталізатора ,

при пошаровому завантаженні ,

За функцію відгуку Y було прийнято ступінь очистки. Рівняння регресії визначалось незалежно для таких каталізаторів:

-

-

-

Значущість коефіціентів рівняння регресії перевірялася за критерієм Ст’юдента, адекватність за критерієм Фішера. Визначення коефіцієнтів регресії і перевірка адекватності за критерієм Фішера виконувались за допомогою Маthcad-7.0. Отримані такі рівняння регресії:

- для мангановорудного каталізатора

, (2)

- результати експерименту на паладієвому каталізаторі

, (3)

- для двошарового каталізатора

. (4)

Таким чином, у результаті проведення багатофакторного експерименту одержано криві (рис.1), які добре узгоджуються з результатами експериментів при незмінному часі контакту і незмінному об`ємі каталізатора. Квадрат середньоквадратичного відхилення при проведенні дослідів на мангановорудному каталізаторі 7,92%; на паладієвому 7,413%; на двошаровому 7,653%.

Рис.1. Залежності ступеня очистки від температури t при незмінному часі контакту =0,6с і незмінному об’ємі каталізатора: 1 – для мангановорудного каталізатора, 2 – для паладієвого каталізатора, 3 – для двошарового каталізатора.

Представлені на рис. 1 графіки наочно свідчать, що ступеня очистки 99% можна досягти на всіх типах каталізаторів. Однак мангановорудного каталізатора для такої очистки необхідно в 34 рази більше, ніж паладієвого. Ця обставина значно ускладнила б процес очистки з використанням мангановорудного каталізатора через великий гідравлічний опір його шару. При двошаровому завантажуванні відносно невеликий шар мангановорудного каталізатора запобігає пошкодженню паладієвого каталізатора від сполук сірки і збільшує термін його служби в 22,5 рази. Кожен з шарів у цьому випадку виконує свою функцію, а гідравлічний опір такої двошарової системи порівняно малий.

Було проведено дослідження впливу на активність різних каталізаторів таких компонентів газоподібних викидів, як сірководень і діоксид сірки. Виявилось, що паладій отруюється і сірководнем, і діоксидом сірки, активність же мангановорудного каталізатора знижується тільки при великих концентраціях сірководню (більше, ніж 50мг/м3).

Проведені експерименти доводять доцільність використання двошарового каталізатора, де перший шар – мангановорудний каталізатор – забезпечує ефективну роботу паладієвого каталізатора. Це підтверджується дослідженнями з двошаровим каталізатором. При подачі на нього сірководню з концентрацією 9мг/м3 (залишок, що не згорів у топці) і діоксиду сірки 40мг/м3 (що утворився з сіроводню при горінні) ступінь очистки від парів вуглеводнів не знижувався. Було відзначено також, що при температурі 5500С обидва каталізатори працюють ефективно, і отруювальна дія сірчаних речовин мінімальна (рис. 2).

Вивчення кінетики окиснення суміші ВВК проводилось в інтервалі температур 3006000С на мангановорудному і паладієвому каталізаторах, а також на складеному з них двошаровому каталізаторі. Для двошарового каталізатора було досліджено вплив швидкості газового потоку на швидкість окиснення вуглеводневої суміші. При вивченні каталітичного окиснення різних класів вуглеводнів були вибрані такі інтервали концентрацій (у частках об`єму): вуглеводнева суміш – 3,630,010-4 %; С1-С3 – 1,820,010-4 %; С4-С5 – 8,260,010-4 %; С12-С19 – 0,912,710-4 %; ПАВ – 1,311,510-4 %.

Експериментальні дані описували загальновідомим дробовораціональним рівнянням, виведеним із реакцій повного окиснення вуглеводнів:

, (5)

де W – відносна швидкість перетворювання речовини, ;

– відносна концентрація вуглеводневої речовини, %;

– відносна концентрація кисню, %;

n, q – порядок реакції;

K1 – константа швидкості реакції (добуток констант перетворювання речовин у діоксид вуглецю і воду), ;

K2 – рівноважна константа речовин, що потрапляють на каталізатор і залишають його.

Обробка результатів експериментів окиснення вуглеводнів полягала у визначенні параметрів рівняння (5).

Енергії активації при часі контакту 0,36 с для ВВК суміші і значення констант швидкості реакції, розраховані за результатами дослідів, наведено в табл.2.

Таблиця 2

Параметри рівняння для визначення швидкості перетворювання речовини

Тип каталізатора | К1 , |

К2 | Е,

кДж/моль

Температура, 0С

300 | 400 | 500 | 600

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

Паладієвий | 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 експериментальні дані по окисненню ВВК суміші на двошаровому каталізаторі при часі контакту 0,36 с і 1,2с.

Проведено оцінку ступеня впливу сірководню і діоксиду сірки на кінетику окиснення вуглеводнів. У найпростішому випадку отруєння каталізатора хімічноадсорбованим шаром отрути може не впливати на кінетику реакції, призводячи лише до незначного зменшення передекспоненціального множника у виразі константи швидкості. Енергія активації і константа швидкості реакції при температурі 5506000С зменшуються незначно, що підтверджує можливість самововідновлення каталізатора.

Розділ 4. На основі результатів дисертаційних досліджень співробітниками Північно-Східного наукового центру НАН України було змонтовано дослідно-промислову установку термокаталітичної очистки вентиляційних викидів від ВВК. Установка розташована на промивно-пропарювальній станції Кременчуцького вагонного депо, де для очистки залізничних цистерн було змонтовано установку для переробки нафтових відходів і важких нафтопродуктів (УПН-400), розроблену фірмою «ВЕСТА ЛТД». Концентрація парів ВВК у викидах в атмосферу від установки УПН-400 виявилась вищою гранично припустимої концентрації у кілька разів.

Принцип роботи нашої установки такий (рис.4). Забруднене повітря, що утворюється під час миття цистерн, збирається у загальний колектор і подається вентилятором 3 частково у пальник 6, частково – у топку термокаталітичного реактора 1. Викиди від реактора УПН-400 вводяться у термокаталітичний реактор установки окремо від викидів у процесі миття цистерн.

Гази, що відходять під час миття цистерн, подаються на пальник 6 замість повітря для спалювання палива. Коли температура в реакторі та у шарах каталізатора досягає 5506000С, безпосередньо в топку подаються гази від технологічного реактора УПН-400 і гази, що залишилися після очистки цистерн. У топці легкі вуглеводні і оксиди вуглецю згоряють, а ПАВ розкладаються на вуглеводневі радикали; сірководень в основному окиснюється до SO2 і H2O. Далі гази проходять послідовно через два шари каталізатора. Знешкоджені гази після каталізатора розбавляються через дросельний клапан 7 повітрям до температури 2000С і димососом 2 викидаються в атмосферу через димову трубу.

На дослідно-промисловій установці були проведені дослідження, що стверджується актом.

Випробування термокаталітичного реактора підтверджують правильність вибору двохстадійного процесу очистки з використанням двошарового каталізатора. На першій стадії (в топці) спалюється сірководень приблизно на 70% і окиснюються легкі вуглеводні; на другій стадії (на поверхні мангановорудного каталізатора) діоксид сірки, що утворився з сірководню, осаджується у вигляді сульфатів, які не знижують активність каталізатора. На паладієвому каталізаторі відбувається відносно повне окиснення всіх ВВК, проскочивших через перші дві стадії. Ступінь очистки від БП складає 99,95%.

Проведено оцінку екологічної шкоди, що завдається навколишньому середовищу викидами від УПН-400, і виконано розрахунок економічної ефективності впровадження промислової установки термокаталітичної очистки. Очікувана економія за рахунок усунення штрафів підприємства за перевищення лімітних викидів канцерогенних вуглеводнів може сягати 10 млн.грн/рік. Витрати палива у запропонованому способі приблизно у 22,5 рази менші, ніж витрати палива у методі термічної очистки без використання каталізатора.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1.

1.

1.

1.

1.

1.

1.

·

· часі контакту парів ВВК з каталізатором 0,240,36с;

· товщина шару каталізатора: паладієвого - не менша 0,06 м,

мангановорудного - не менша 0,17 м.

8.

1.

1.

Список опублікованих автором праць за темою дисертації

1.

1.

1.

1.

1.

1.

Анотація

Крот О.П. Ефективна очистка вентиляційних багатокомпонентних вуглеводневих газових викидів, що містять бенз()пірен. – Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук з спеціальності 05.23.03. – Вентиляція, освітлення і теплогазопостачання. Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури. Харків, 2000.

Вивчено проблему забруднення навколишнього середовища вуглеводнями, в їх числі й канцерогенними, розроблено і впроваджено ефективний спосіб очистки шкідливих вентиляційних викидів переробки нафтовідходів, що полягає в суміщенні термообробки і каталітичного окиснення (на двошаровому каталізаторі, перший по ходу руху газу – мангановорудний шар, другий – паладієвий, співвідношення об’ємів шарів відповідно 3:1). Проведено лабораторні дослідження ефективності розробленого способу очистки при окисненні вміщуючої канцерогени вуглеводневої суміші, а також за наявності в суміші сірководню і діоксиду сірки. Отримано кінетичні залежності каталітичного окиснення вуглеводнів. Основні результати роботи використано для промислового проектування. Досліди, проведені на дослідно-промисловій установці термокаталітичної обробки газових викидів, підтверджують ефективність розробленого способу очистки.

Ключові слова: канцерогени, вуглеводні, термокаталітичне окиснення, каталізатори, очистка вентиляційних викидів.

Аннотация

Крот О.П. Эффективная очистка вентиляционных многокомпонетных углеводородных газовых выбросов, содержащих бенз()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 канцерогеносодержащей 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 – 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. Загрязненные 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()пирена на 99,95%. Проведенные испытания на опытно-промышленной установке подтвердили эффективность разработанного способа очистки.

Ключевые слова: канцерогены, углеводороды, термокаталитическое окисление, катализаторы, очистка вентиляционных выбросов.

Abstract

Krot О.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 thermocatalytic processing of gas emissions confirm efficiency of the developed purification way.

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

Автор висловлює глибоку подяку співробітникам Північно-Східного наукового центру НАН України к.т.н. Бородіну В.І., к.т.н. Ровенському О.І. за консультації та підтримку, а також співробітникам УкрНДІПБ МВС України за сприяння проведенню експериментальних досліджень.

Підписано до друку 17.02.2000 р. Формат 6084 1/16.

Друк на ризографі. Умовн. друк. арк. 1.5,

Обл.- вид. арк.1.5. Тираж 100 прим. Зам. №___

Видавничий центр Харківського державного

технічного університету будівництва та архітектури

(61002, м. Харків, вул. Сумська, 40)