УСТРОЙСТВО КАТАЛИТИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ОТРАБОТАНЫХ ГАЗОВ ЭМАЛЬАГРЕГАТОВ VZ – 6 И HES – 4 КАК ОСНОВА СИСТЕМЫ ГАРАНТИРОВАННОЙ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЕМАЛЬПРОВОДОВ
В производстве эмальпровода на ПП «Акватон» используются эмали с содержанием твердого вещества от 30 до 40%. Остальную часть составляет растворитель, который испаряется во время затвердевания эмали. Как показали практические исследования, проводимые на нашем предприятии, наиболее эффективное окисление и сжигание паров растворителей обеспечивается за счет применения для каталитической очитки цельнометаллических катализаторов фирмы КАТЕК КАТАЛИЗАТОРЕН (Германия), (см. рис1). Для полной очистки отработанных газов вполне достаточным является использование на эмальагрегате двух катализаторов. Именно так оборудованы эмальагрегаты на нашем предприятии.
Отходящая от эмальагрегатов газовая смесь, представляет собой, в основном, смесь воздуха с парами растворителей. Сжигание отходящих паров растворителей, с помощью цельнометаллических катализаторов, не только исключает загрязнение окружающей атмосферы, но и позволяет избавиться от конденсата в вентиляционной системе печи.
Рис.1. Цельнометаллические катализаторы фирмы КАТЕК КАТАЛИЗАТОРЕН
Эти катализаторы были специально разработаны для расщепления углеводородов в индустриальных газовых выхлопах и, в основном, используются в кабельно-проводниковой индустрии.
Процесс изготовления цельнометаллических катализаторов изображен на рисунках 2, 3, 4, 5. Цельнометаллический катализатор состоит из каркасного материала и находящегося на нем «активного» вещества. В качестве носителя активного слоя катализатора, изготавливается плоская проволока из высокожаропрочной хромо-никелевой стали (Ni –60 %, Cr -15 %), а остальное представляет собой железо и специальные добавки.
Рис.2. Процесс скрепления каталитических поверхностей
На эту проволоку гальваническим методом наносится платина и палладий как активирующие компоненты. Проволоку с поперечным сечением 0,5х3 мм можно превращать в любую кубическую форму и неравномерно обвивать друг с другом.
Рис.3. Гальваническое покрытие поверхностей
Таким образом, получается большая активная поверхность катализатора, похожая на матовый металлический фильтр, которая обеспечивает хорошую обтекаемость паров растворителей и оказывает в 5-10 раз меньшее сопротивление газовому потоку, чем другие катализаторы, а также эти катализаторы более прочны к механическим воздействиям. Высокая теплопроводность предотвращает перегревы цельнометаллических катализаторов в экзотермических процессах полного окисления СО и органических соединений.
Эти катализаторы отличаются высокой термостабильностью (выдерживают перегревы до 700-750 °С), долговечны и обеспечивают глубокое окисление.
При производстве эмальпроводов пары растворителей при определенном температурном уровне (температура сжигания паров растворителей составляет 550-700 °С) попадают на активный слой катализатора, окисляются, т. е. под воздействием кислорода воздуха сгорают. Исследования по подбору катализаторов, проводимые на нашем предприятии, показали, что для обезвреживания газовых сред наиболее эффективными являются цельнометаллические катализаторы с платино-палладиевыми активирующими компонентами, что обусловлено способностью платины и палладия ускорять самые различные реакции. В присутствии платины и палладия протекают окисление, гидрирование, дегидрирование и другие превращения.
Рис.4. Процесс активации поверхностей
Поэтому эти катализаторы способны работать и в восстановительных, и в окислительных средах, что весьма существенно при глубоком окислении.
Фирмой КАТЕК КАТАЛИЗАТОРЕН проводилось исследование глубокого окисления (85-100%) бензола, толуола и ксилола.
Для исследования использовались катализаторы с активными компонентами трех типов: благородные металлы (1) (платина, палладий), сплавы (2) и оксидные системы (3).
Рис.5. Сборка катализаторов
На рисунке 6 представлена зависимость степени превращения реагентов на поверхности катализатора от температуры реакции.
Т- температура протекания каталитической реакции;
Ŋ- степень превращения реагенов.
Рис.6. Зависимость степени превращения реагентов ŋ на поверхности катализатора от температуры реакции Т для катализаторов типов 1-3.
Как показали результаты исследований, катализаторы с активными компонентами благородных металлов обеспечивают практически полное превращение окисляемого вещества в диоксид углерода, воду, азот и исключают образование оксида углерода и токсичных продуктов неполного окисления. Процесс окисления идет через образование поверхностных соединений с атомарным кислородом с последующим внедрением в него кислорода и распадом до СО, и Н2О. Наличие активных компонентов снижает температуру взаимодействия, и реакция окисления, например СО, начинает протекать при низких температурах по слитному механизму с участием радикалов • О2.
Таким образом, при исследовании и количественном определении выхлопов отработанных газов при производстве эмальпровода на одном эмальагрегате мощностью 1000 т в год качественное и количественное их содержание можно приравнять к выхлопам газов автомобиля.
Как показала мировая практика, при производстве эмальпровода на эмальагрегатех фирмы МАГ с использованием цельнометаллических катализаторов фирмы КАТЕК КАТАЛИЗАТОРЕН, в отработанной воздушной смеси не существует химических веществ в чистом виде. Для определения степени загрязнения отработанной воздушной смеси применялись газовые анализаторы, которые определяют непосредственно отдельные компоненты отработанных газов.
Контролируемый КПД сгорания активного слоя цельнометаллического катализатора достигает 99% и гарантирует, что сжигание газовой смеси растворителей составляет не менее 95-96%. Это означает то, что, например, если содержание растворителей в воздушной смеси перед катализатором составляет 2г/м³, то после каталитической очистки уровень загрязнения углеводородными радикалами будет достигать 40мг/м³. Эти катализаторы могут работать без замены несколько тысяч часов. Но термические, химические и механические влияния уменьшают КПД.
Исследования, проводимые на нашем предприятии с помощью универсального газоанализатора ГАНК – 4, показали, что концентрация вредных веществ в отработанных газах составляет 4х10 -6 (ррм) при работе нового катализатора и концентрация вредных веществ в отработанных газах достигает 28х10 -6 (ррм) при работе этого катализатора через год (1ррм =0,45х10 -5 мг/м³). Но цельнометаллические катализаторы могут быть реактивированы. Реактивация представляет собой химический процесс очистки катализатора, в результате которого загрязненная поверхность катализатора приобретает активное первоначальное состояние. Проверка эффективности работы катализатора на нашем предприятии проводиться не менее одного раза в неделю, проводим мониторинг:
Температуры отработанного воздуха до и после катализатора.
Отработанных газов после катализатора на запах, цвет (пар, чад).
Потери давления через середину катализатора (U-трубчатый манометр).
Не менее одного раза в полгода проводим мониторинг отработанной газовой смеси. Известные в мире методы для непосредственного определения отдельных компонентов газовой смеси - это газохроматография и инфракрасная спектрография, но эти методы требуют для каждого отдельного измерения и его оценки много времени. На сегодняшний момент существует более точный и менее трудоемкий метод исследования отработанной газовой смеси, который используется и нашем предприятии, – с помощью газоанализатора ГАНК - 4, который позволяет проводить экспресс-анализ отработанных паров воздуха и гарантирует точные результаты, даже в зоне концентрации менее 5 мг/м³ .
Существует, в случае необходимости, резерв увеличения эффективности каталитической очистки путем нанесения в качестве активирующего слоя платино – палладиевого сплава типа 25/75, где 25% платины, 75% палладия, который значительно дороже, но и более эффективный катализатор.