Термоокислитель (также известный как тепловой окислитель , или термическое сжигание отходов ) представляет собой процесс , блок для борьбы с загрязнением воздуха контроля во многих химических заводах , что разлагает опасные газы при высокой температуре и выпускают их в атмосферу.
Принцип [ править ]
Термические окислители обычно используются для уничтожения опасных загрязнителей воздуха (HAP) и летучих органических соединений (ЛОС) из промышленных воздушных потоков. Эти загрязнители, как правило, основаны на углеводородах, и при разрушении в результате термического сгорания они химически окисляются с образованием CO 2 и H 2 O.. Три основных фактора при разработке эффективных термических окислителей - это температура, время пребывания и турбулентность. Температура должна быть достаточно высокой для воспламенения отработанного газа. Большинство органических соединений воспламеняются при температуре от 590 ° C (1094 ° F) до 650 ° C (1202 ° F). Чтобы обеспечить практически полное уничтожение опасных газов, большинство основных окислителей работают при гораздо более высоких температурах. При использовании катализатора диапазон рабочих температур может быть ниже. Время пребывания необходимо для того, чтобы обеспечить достаточно времени для возникновения реакции горения. Фактор турбулентности - это смесь воздуха для горения с опасными газами. [1] [2]
Технологии [ править ]
Термоокислитель прямого нагрева - дожигатель [ править ]
Самая простая технология термического окисления - термический окислитель с прямым нагревом. Технологический поток с опасными газами вводится в топочную камеру через горелку или рядом с ней, и обеспечивается достаточное время пребывания, чтобы получить желаемую эффективность уничтожения и удаления (DRE) летучих органических соединений. Большинство термических окислителей прямого сжигания работают при температурах от 980 ° C (1800 ° F) до 1200 ° C (2190 ° F) с расходом воздуха от 0,24 до 24 стандартных кубических метров в секунду . [1]
Также называемые дожигателями в случаях, когда входящие газы поступают из процесса, в котором сгорание является неполным [1], эти системы являются наименее капиталоемкими и могут быть интегрированы с расположенными ниже по потоку котлами и теплообменниками для оптимизации топливной эффективности. Термические окислители лучше всего применять там, где очень высокая концентрация ЛОС, которые действуют в качестве источника топлива (вместо природного газа или масла) для полного сгорания при заданной рабочей температуре . [ необходима цитата ]
Регенеративный термоокислитель (RTO) [ править ]
Одной из наиболее широко распространенных на сегодняшний день технологий борьбы с загрязнением воздуха в промышленности является регенеративный термический окислитель, обычно называемый RTO. В RTO используется керамический слой, который нагревается от предыдущего цикла окисления для предварительного нагрева поступающих газов с целью их частичного окисления. Предварительно нагретые газы поступают в камеру сгорания, которая нагревается от внешнего источника топлива для достижения целевой температуры окисления, которая находится в диапазоне от 760 ° C (1400 ° F) до 820 ° C (1510 ° F). Конечная температура может достигать 1100 ° C (2010 ° F) для приложений, требующих максимального разрушения. Расход воздуха составляет от 2,4 до 240 стандартных кубических метров в секунду. [4]
RTO очень универсальны и чрезвычайно эффективны - тепловой КПД может достигать 95%. Они регулярно используются для удаления паров растворителей, запахов и т. Д. В самых разных отраслях промышленности. Регенеративные термические окислители идеальны в диапазоне от низких до высоких концентраций ЛОС до 10 г / м 3 растворителя. В настоящее время на рынке имеется много типов регенеративных термических окислителей с эффективностью окисления или разрушения летучих органических соединений (ЛОС) 99,5 +%. Керамический теплообменник (и) в градирнях может быть спроектирован для обеспечения теплового КПД до 97 +%.
Термоокислитель метана вентиляционного воздуха (ВАМТОКС) [ править ]
Термические окислители метана в вентиляционном воздухе используются для разрушения метана в отработанном воздухе шахт подземных угольных шахт. Метан является парниковым газом и при окислении в результате термического сгорания химически изменяется с образованием CO 2 и H 2 O. CO 2в 25 раз менее опасен, чем метан, когда он выбрасывается в атмосферу в отношении глобального потепления. Концентрации метана в отработанном воздухе шахтной вентиляции угольных шахт и шахт троны очень малы; обычно ниже 1% и часто ниже 0,5%. Установки VAMTOX имеют систему клапанов и заслонок, которые направляют воздушный поток через один или несколько слоев с керамическим наполнением. При запуске система предварительно нагревается за счет повышения температуры теплообменного керамического материала в слое (ах) до или выше температуры автоокисления метана на 1000 ° C (1830 ° F), при этом система предварительного нагрева нагревается. выключается и вводится отработанный воздух шахты. Затем наполненный метаном воздух достигает предварительно нагретого слоя (ей), выделяя тепло от горения. Затем это тепло передается обратно на кровать (и),тем самым поддерживая температуру на уровне или выше необходимого для поддержания автотермического режима.[ необходима цитата ]
Тепловой рекуперативный окислитель [ править ]
Менее широко используемая технология термического окисления - это окислитель с рекуперацией тепла. Тепловые рекуперативные окислители имеют первичный и / или вторичный теплообменник внутри системы. Первичный теплообменник предварительно нагревает входящий грязный воздух за счет рекуперации тепла выходящего чистого воздуха. Это осуществляется кожухотрубным теплообменником или пластинчатым теплообменником.. Когда входящий воздух проходит по одной стороне металлической трубы или пластины, горячий чистый воздух из камеры сгорания проходит по другой стороне трубы или пластины, и тепло передается входящему воздуху в процессе теплопроводности с использованием металла в качестве Среда теплопередачи. Во вторичном теплообменнике такая же концепция применяется для передачи тепла, но воздух, нагретый исходящим чистым технологическим потоком, возвращается в другую часть установки - возможно, обратно в процесс.
Термоокислитель, работающий на биомассе [ править ]
Биомасса , такая как древесная щепа, может использоваться в качестве топлива для термического окислителя. Затем биомасса газифицируется, и поток с опасными газами смешивается с газом биомассы в камере для сжигания. Достаточная турбулентность, время удерживания, содержание кислорода и температура обеспечат разрушение летучих органических соединений. Такой термоокислитель, работающий на биомассе, был установлен на заводе Warwick Mills, Нью-Гэмпшир . Концентрации на входе составляют 3000–10 000 частей на миллион ЛОС. Концентрация ЛОС на выходе ниже 3 частей на миллион, таким образом, эффективность уничтожения ЛОС составляет 99,8–99,9%. [5]
Беспламенный термоокислитель (FTO) [ править ]
В системе беспламенного термического окисления отработанный газ, окружающий воздух и вспомогательное топливо предварительно смешивают перед пропусканием комбинированной газовой смеси через предварительно нагретый слой инертной керамической среды. За счет передачи тепла от керамической среды к газовой смеси органические соединения в газе окисляются до безвредных побочных продуктов, то есть диоксида углерода (CO 2 ) и водяного пара (H 2 O), одновременно выделяя тепло в слой керамической среды. . [6]
Температура газовой смеси поддерживается ниже нижнего предела воспламеняемости на основе процентного содержания каждого присутствующего органического вещества. Беспламенные термические окислители предназначены для безопасной и надежной работы ниже композитного LFL при поддержании постоянной рабочей температуры. Потоки отработанного газа выдерживают несколько секунд при высоких температурах, что приводит к измеренной эффективности удаления при разрушении, превышающей 99,9999%. [ необходима цитата ] Предварительное смешивание всех газов перед обработкой устраняет локализованные высокие температуры, которые приводят к термическим NOx, обычно ниже 2 ppmV. Технология беспламенного термического окисления была первоначально разработана Министерством энергетики США для более эффективного преобразования энергии в горелках, технологических нагревателях и других тепловых системах.
Каталитический окислитель [ править ]
Каталитический окислитель (также известный как каталитический инсинератор ) - это еще одна категория систем окисления, которая похожа на типичные термические окислители, но в каталитических окислителях используется катализатор для ускорения окисления. Каталитическое окисление происходит в результате химической реакции между молекулами углеводородов ЛОС и слоем катализатора из благородного металла, который находится внутри системы окислителя. Катализатор - это вещество, которое используется для ускорения химической реакции, позволяя реакции протекать в нормальном температурном диапазоне от 340 ° C (644 ° F) до 540 ° C (1004 ° F). [7]
Регенеративный каталитический окислитель (RCO) [ править ]
Катализатор можно использовать в регенеративном термическом окислителе (RTO), чтобы снизить рабочие температуры. Это также называется регенеративным каталитическим окислителем или RCO. [4] Например, температура термического воспламенения окиси углерода обычно составляет 609 ° C (1128 ° F). При использовании подходящего катализатора окисления температура воспламенения может быть снижена примерно до 200 ° C (392 ° F). [8] Это может привести к более низким эксплуатационным расходам, чем RTO. Большинство систем работают в диапазоне температур от 260 ° C (500 ° F) до 1000 ° C (1830 ° F). Некоторые системы предназначены для работы как RCO, так и RTO. Когда используются эти системы, используются особые конструктивные соображения для снижения вероятности перегрева (разбавление входящего газа или рециркуляция), поскольку эти высокие температуры могут дезактивировать катализатор, например, из-за спекания активного материала. [ необходима цитата ]
Рекуперативный каталитический окислитель [ править ]
Каталитические окислители также могут быть в форме рекуперативной рекуперации тепла для снижения потребности в топливе. В этой форме рекуперации тепла горячие выхлопные газы из окислителя проходят через теплообменник для нагрева нового поступающего воздуха в окислитель. [7]
Ссылки [ править ]
- ^ a b c «Термический окислитель» . Информационная служба сети передачи технологий Агентства по охране окружающей среды США для инвентаризаций и факторов выбросов . Агентство по охране окружающей среды США . Проверено 4 апреля 2015 года .
- ^ "Информационный бюллетень технологии контроля загрязнения воздуха EPA-452 / F-03-022" (PDF) . Проверено 4 апреля 2015 года . Цитировать журнал требует
|journal=( помощь ) - ^ «Заявка на получение награды за выдающиеся достижения SWANA 2012« Контроль свалочного газа »Seneca Landfill, Inc» (PDF) . Проверено 5 апреля 2015 года . Цитировать журнал требует
|journal=( помощь ) - ^ a b «Информационный бюллетень по технологии контроля загрязнения воздуха EPA-452 / F-03-021» (PDF) . Проверено 4 апреля 2015 года . Цитировать журнал требует
|journal=( помощь ) - ^ http://www.dallenergy.com/Thermal-oxidizer.70.aspx
- ^ "Беспламенное термическое окисление" (PDF) . Инициатива по предотвращению загрязнения небольшими производителями химической продукции: проект документации по передовой практике предотвращения загрязнения . Государственный университет Уэйна . Проверено 26 апреля 2018 года .
- ^ a b «Каталитический окислитель» . Информационная служба сети передачи технологий Агентства по охране окружающей среды США для инвентаризаций и факторов выбросов . Агентство по охране окружающей среды США . Проверено 4 апреля 2015 года .
- Перейти ↑ Rasmussen, Søren (2006). «Определение характеристик и регенерация Pt-катализаторов, дезактивированных в городских отходах дымовых газов» . Прикладной катализ B: Окружающая среда . 69 : 10–16. DOI : 10.1016 / j.apcatb.2006.05.009 .
