Способ термической очистки отработанного воздуха производства синтетических каучуков от ароматических углеводородов

 

Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано в производстве синтетических каучуков, в нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности. В способе термической очистки отработанного воздуха производства синтетических каучуков от ароматических углеводородов путем сжигания совместно с природным газом в топке парогенераторного котла процесс осуществляют при температуре 1000-1200°С в присутствии линейных или циклических непредельных олигомеров бутадиена с числом олигомеризации 2-4 при массовом соотношении в смешанном потоке отработанного воздуха указанных олигомеров и ароматических углеводородов 1:50-100. Заявляемый способ позволяет сократить необходимое время пребывания отработанного воздуха в зоне горения в 15-30 раз, повысить степень очистки воздуха до 98-99%, снизить остаточное содержание ароматических углеводородов в очищенном воздухе в 2-2,5 раза. 1 табл.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано при очистке отработанного воздуха в производстве синтетических каучуков, в нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности.

В настоящее время для обезвреживания воздушных выбросов в производстве синтетических каучуков, составляющих до 300000 м³ в час с одной технологической линии, используют термокаталитический метод, позволяющий на 90 - 95% удалять из воздуха органические загрязнения, в том числе ароматического типа. Для этих целей используют дорогостоящие платинусодержащие катализаторы или катализаторы, включающие дефицитные окислы марганца или других металлов (В. П. Шаталов, Б. С. Хромых, В.Б. Григорьев, В.И. Еремеев. Каталитическое окисление некоторых органических веществ в воздушных выбросах производства СК. М. , ЦНИИТЭнефтехим, Промышленность СК, 1971, N 8, с. 7-9; а.с. СССР N 915931, B 01 J 8/02, пр. 21.08.80, Б.И. N 12, 1982).

Однако серьезным недостатком известных методов является необходимость предварительной очистки отработанного воздуха от посторонних примесей, таких как пыль, серусодержащих и других веществ, способных необратимо "отравлять" катализаторы, значительно сокращая срок их эксплуатации. Кроме того, известные способы очистки сопровождаются значительными энергетическими затратами, связанными с необходимостью предварительного подогрева очищаемого воздуха до 400 - 500^oC. При этом выделенное тепло как от сжигания природного газа, так и органических загрязнителей практически не утилизируется и выбрасывается с очищенным воздухом в атмосферу. Энергозатраты, связанные с предварительным нагревом очищаемого воздуха, составляют более 2/3 от эксплуатационных расходов, необходимых для осуществления процесса очистки.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ очистки газовых выбросов, содержащих углеводородные примеси, совместно с природным газом в топке парогенераторных котлов или других устройств (А.И. Родионов, В. Н. Клушин, Н.С. Торошечников. Техника защиты окружающей среды. М. : Химия, 1989, с. 180 - 182). Конструкция нейтрализатора при термическом дожиге должна обеспечивать необходимое время пребывания обрабатываемых газов в зоне сжигания и возможность максимальной утилизации выделяемого тепла на выработку пара, горячей воды или другие цели.

Известный способ применяют для обезвреживания газов от легкоокисляемых токсичных, а также дурно пахнущих примесей. При этом степень очистки воздуха от примесей может достигать более высоких значений, чем в термокаталитическом способе, и обеспечивать уровень очистки по отдельным легкоокисляемым компонентам ниже уровня предельно допустимых концентраций (ПДК).

Однако ароматические углеводороды относятся к классу трудно окисляемых и весьма токсичных органических соединений, в связи с чем термический способ очистки воздуха от них до уровня ПДК требует значительного увеличения времени пребывания обрабатываемого воздуха в зоне горения, что снижает производительность установки термического дожига как по объему очищаемого воздуха, так и по выработке пара или горячей воды при утилизации выделяемого тепла. Указанные недостатки известного способа делают его малоэффективным при использовании для очистки отработанного воздуха производства синтетических каучуков, выделяемого, как указывалось выше, в количестве до 300000 м³ в час с одной технологической линии и содержащего до 1500 мг/м³ ароматических углеводородов.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение степени очистки воздуха, содержащего ароматические углеводороды, и сокращение времени пребывания очищаемого воздуха в зоне горения.

Поставленная задача достигается тем, что в способе термической очистки отработанного воздуха производства синтетического каучука от ароматических углеводородов путем сжигания совместно с природным газом в парогенераторных котлах процесс сжигания осуществляют при температуре 1000 - 1200^oC в присутствии линейных или циклических непредельных олигомеров бутадиена с числом олигомеризации 2-4 при массовом соотношении в смешанном потоке воздуха указанных олигомеров бутадиена и ароматических углеводородов 1:50-100 соответственно.

Признаком, отличающим предлагаемое техническое решение от известного, является использование в процессе сжигания отработанного воздуха, содержащего ароматические углеводороды, линейных или циклических непредельных олигомеров бутадиена с числом олигомеризации 2-4 при массовом соотношении в смешанном потоке воздуха указанных олигомеров и ароматических углеводородов 1: 50-100 соответственно, что подтверждает соответствие заявляемого технического решения критерию "новизна".

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от ближайшего аналога, не выявлены при изучении других технических решений в данной области техники, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

Нижний температурный предел - 1000^oC лимитируется необходимостью полного сгорания топлива и органических загрязнений, верхний - 1200^oC - возможностью при дальнейшем повышении температуры образования в топке котла оксидов азота в повышенных концентрациях.

Использование непредельных олигомеров бутадиена в качестве добавок, повышающих степень очистки воздуха от трудноокисляемых ароматических углеводородов, наиболее целесообразно. Это объясняется тем, что димеры, тримеры или тетрамеры бутадиена содержат по крайней мере две двойные связи в составе молекулы, способные легко окисляться с разрывом двойных связей при воздействии высоких температур. Этот процесс проходит с высокой скоростью по радиальному механизму, активизируя и вовлекая в последовательно-параллельные реакции окисления при горении молекулы ароматических соединений вплоть до диоксида углерода и воды.

Выбранная степень олигомеризации бутадиена определяется необходимостью наличия в составе используемых олигомеров не менее двух двойных связей (нижний предел, равный 2) и достаточной их летучестью (верхний предел, равный 4).

Массовое соотношение указанных олигомеров и ароматических углеводородов, выбранное в пределах 1:50-100 соответственно, обеспечивает высокую эффективность очистки обрабатываемого воздуха.

Сущность предлагаемого изобретения подтверждается конкретными примерами.

Пример по заявляемому способу Отработанный газовоздушный поток, содержащий ароматические углеводороды (толуол, этилбензол, ксилол) в количестве 900 - 1500 мг/м³ для толуола и 15 - 20 мг/м³ для этилбензола и ксилола, и природный газ подают в топку парогенераторного котла одновременно с воздухом, содержащим циклические или линейные олигомеры бутадиена (циклододекатриен, циклооктатетраен, винилциклогексен, додекатриен) в соотношении указанных олигомеров и ароматических углеводородов 1:50-100 соответственно. Процесс термического окисления ведут при температуре 1000 - 1200^oC. Время пребывания потоков в зоне реакции 0,3 - 1,1 с.

При таких условиях ведения процесса степень очистки отработанного воздуха от ароматических углеводородов достигает 98 - 99%.

Содержание загрязняющего компонента определяют газохроматографическим методом.

Условия проведения процесса термического окисления и результаты представлены в таблице.

Пример по прототипу Отработанный газовоздушный поток, содержащий 900 мг/м³ толуола, и природный газ подают в топку парогенераторного котла. Процесс термического окисления ведут при температуре 1200^oC. Время пребывания загрязненного воздуха в зоне реакции 5 с.

При таких условиях достигается степень очистки отработанного воздуха 91%. Содержание загрязняющего компонента (толуола) в воздухе после очистки составляет 78 мг/м³, что превышает значение санитарной нормы ПДК в воздухе рабочей зоны, установленной 50 мг/м³.

При увеличении времени пребывания загрязненного воздуха в зоне реакции до 15 секунд удается достичь более высокой степени очистки - 95% при аналогичных условиях (содержание толуола в потоке до очистки 900 мг/м³, температура реакции 1200^oC). Остаточное содержание толуола в очищенном воздухе 47 мг/м³. Однако увеличение времени контакта приводит к снижению производительности установки в 15 - 30 раз.

Данные представлены в таблице.

Из данных, приведенных в примерах и таблице, видно, что применение заявляемого способа позволяет повысить степень очистки загрязненного воздуха до 98 - 99%, снизить остаточное содержание ароматических углеводородов в 2 - 2,5 раза, сократить в 15 - 30 раз время пребывания очищаемого воздуха в топке парогенераторного котла, достичь высокой производительности и экономичности установки термического обезвреживания загрязненного воздуха. Кроме того, предлагаемое техническое решение дает возможность в условиях производства синтетических каучуков или других нефтехимических процессов осуществить одновременно высокоэффективную очистку отработанного воздуха с выработкой на собственные нужды технологического пара и горячей воды, при этом стоимость названных теплоносителей в 1,5 - 2 раза ниже в сравнении с паром и горячей водой, получаемыми от сторонних ТЭЦ, за счет сокращения теплопотерь и утилизации тепла при сгорании углеводородов. Использование олигомеров бутадиена в качестве активных компонентов при очистке воздуха целесообразно еще и по той причине, что они являются побочными продуктами при синтезе каучука и не удорожают процесс очистки.

Формула изобретения

Способ термической очистки отработанного воздуха производства синтетических каучуков от ароматических углеводородов путем сжигания совместно с природным газом в топке парогенераторного котла, отличающийся тем, что процесс сжигания осуществляют при температуре 1000 - 1200^oC в присутствии линейных или циклических непредельных олигомеров бутадиена с числом олигомеризации 2 - 4 при массовом соотношении в смешанном потоке отработанного воздуха указанных олигомеров бутадиена и ароматических углеводородов 1 : 50 - 100 соответственно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

PC4A - Регистрация договора об уступке патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Прежний патентообладатель:Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт синтетического каучука им. Академика С.В. Лебедева" (ФГУП НИИСК)

(73) Патентообладатель:Полуэктов Павел Тимофеевич

(73) Патентообладатель:Филь Вячеслав Гаврилович

(73) Патентообладатель:Сигов Олег Всеволодович

(73) Патентообладатель:Власова Лариса Анатольевна

(73) Патентообладатель:Конюшенко Вячеслав Дмитриевич

(73) Патентообладатель:
Привалов Владимир Алексеевич

(73) Патентообладатель:
Антышев Виктор Макарович

(73) Патентообладатель:
Матыцин Александр Павлович

(73) Патентообладатель:
Колобанов Валерий Владимирович

Договор № РД0053659 зарегистрирован 17.08.2009

Извещение опубликовано: 27.09.2009        БИ: 27/2009

---