Очистка газовых выбросов от бенз(а)пирена

Авторы: А.А. Макаров, канд. техн. наук, Д.В. Фотин, канд. хим. наук, ЗАО «ЭКАТ»

Большой процент выбросов бенз(а)пиренов приходится на промышленные предприятия — коксохимические и металлургические, предприятия переработки медицинских отходов, мусороперерабатывающие заводы. Сегодня уровень содержания бенз(а)пирена в газовых выбросах снижается путем оптимизации технологических процессов, в которых это загрязняющее вещество образуется. В частности, речь идет о горении в кипящем слое, регулировании сырья и температуры, а также оптимизации конструкции реакторов.

Разложение уже образовавшихся загрязнений — задача, которая требует комплексного, целостного подхода, поскольку является особо важной задачей в решении вопросов экологии. Среди прочих химических веществ, загрязняющих атмосферу, особо стоит отметить бенз(а)пирен, поскольку он представляет собой вещество первого класса опасности. Бенз(а)пирен относят к химическим канцерогенам окружающей среды и он является опасным для человека химическим соединением даже при малой концентрации. В этой связи вопрос его разложения в газовых выбросах промышленных предприятий стоит особенно остро.

Когда речь идет о разложении бенз(а)пирена, ситуация осложняется высокими температурами, при которых это вещество образуется и разлагается, поэтому плазмокаталитическая очистка, несмотря на неоспоримые достоинства (сравнительно низкие затраты на эксплуатацию), не подходит для обезвреживания бензпиренов. Данный вид очистки не приемлем при высоких температурах выбросов. Одним из наиболее эффективных на сегодняшний день методов разложения газовых выбросов является термокаталитический метод.

Стоит отметить, что рынок катализаторов очистки газовых выбросов в основном сформирован. От продукции конкурентов продукт отличается принципиальной новизной решения: использование пенометалла в качестве носителя; технология нанесения каталитического слоя на пенометалл (синтез достижений порошковой металлургии, материаловедения и гетерогенного катализа).

Для выбора катализаторов необходимо не забывать о ряде ограничивающих факторах:

1. Необходимость обеспечить высокую технологичность предложенного решения, а именно высокая проницаемость, механическая прочность, устойчивость к резким перепадам температур. Катализатор на основе пенометалла производства ЗАО «ЭКАТ» обладает на порядок более низким уровнем гидравлического сопротивления, на порядок большей теплопроводностью носителя, устойчивостью к термоциклированию, улучшенными условиями тепло- и массообмена на поверхности катализатора, высокоразвитой удельной поверхностью.
2. Цена предложенного решения, определяемая составом каталитического покрытия (использованием платиновых металлов всегда приводит к удорожанию) и удельной нагрузкой на катализатор.

Для реализации поставленной задачи — разложения бенз (а) пирена в газовых выбросах промышленных предприятий — компанией «ЭКАТ» изготовлен уникальный по своим свойствам катализатор на основе пеноникеля, содержащий вторичный носитель из оксида алюминия, с нанесенным сложнооксидным катализатором состава La-Ag-Mn-O с содержанием 16% масс.

Стоит подчеркнуть, что катализаторы на основе пеноматериалов обладают рядом преимуществ по сравнению с известными ранее катализаторами. Так одним из главных преимуществ является уникальная сетчато-ячеистая структура пеноматериалов, которая способствует интенсивному массо- и теплообмену по всему объему катализатора. Более того, такая структура влияет на продолжительность взаимодействия газа с рабочей поверхностью, увеличивая время протекания реакции; а также повышает уровень равномерной газодинамической и тепловой нагрузки за счет малого гидравлического сопротивления и турбулизации потока газа. К числу главных особенностей пеноматериалов относится и отсутствие сквозных каналов, что в значительной степени снижает вероятность проскока реагентов при высоких удельных нагрузках. За счет этого содержание драгоценных металлов в катализаторах существенно уменьшается по срав-нению с аналогичными катализаторами на основе сотовой керамики.

Для проведения испытаний катализатора на основе пеноникеля использовалось следующее аппаратное оформление (см. рис. 1). Сжатый воздух из компрессора (1) поступал в термостатируемую при 100оС колбу (2) со скоростью 3 л/мин. Скорость подачи регулировалась поплавковым ротаметром. В колбу (2) была помещена разбитая ампула ГСО бенз(а)пирена. Подаваемый кислород воздуха служил окислителем бенз (а) пирена и его «переносчиком» в зону термокаталитической реакции. После колбы смесь бенз(а)пирен/воздух с температурой 35–40оС попадала в проточный каталитический реактор (4), который был термостатирован при 450оС в муфельной печи (3). Температура реакции внутри реактора составляла 450оС. Далее поток поступал на фильтр (5), который адсорбировал возможные остатки бенз (а) пирена. Аспиратор (6) был необходим для фиксированного забора воздуха из реактора со скоростью 3 л/мин.

Рисунок 1. Аппаратурное оформление лабораторной установки для испытания активности катализаторов

Измерение содержания количества бенз(а)пирена проводили методом высокоэффективной жидкостной хроматографии по сертифицированной методике № 24.02.11.024/2005. Отбор и анализ проб проводил отдел аналитического контроля «ЦЛАТИ по Пермской области». Определение эффективности катализатора определяли соотношением количества бенз(а)пирена на «входе» и на «выходе» из реактора.

Таким образом, проведенные испытания показали высокую активность катализаторов на основе пенометаллов с нанесенным сложнооксидным катализатором в процессах глубокого окисления бенз(а)пиренов. Эффективность окисления составила не менее 97%.

Удачный опыт лабораторных испытаний говорит о возможности внедрения термокаталитических установок на основе этих катализаторов на промышленных предприятиях с целью обезвреживания бензпиренов. Данные установки позволяют поддерживать необходимую температуру (380–4000С) в каталитическом реакторе для достижения 95% и более степеней очистки. Катализаторы же сами по себе также могут быть внедрены в существующие системы очистки, если температуры выбросов данных производств будут иметь достаточно высокую температуру (4000С).

Пример термокаталитической установки и ее конструктивное исполнение вы можете увидеть на рисунке 2.

Рисунок 2. 3D-модель термокаталитической установки производства ЗАО «ЭКАТ» на 1000 м3/ч.

Источник:

"Экология производства" (вып. №5), 2011г.