ПРИСТРІЙ КАТАЛІТИЧНОЇ ОЧИСТКИ ВІДПРАЦЬОВАНИХ ГАЗІВ ЕМАЛЬАГРЕГАТІВ VZ - 6 І HES - 4 ЯК ОСНОВА СИСТЕМИ ГАРАНТОВАНОЇ ЕКОЛОГІЧНОЇ БЕЗПЕКИ ПРИ ВИРОБНИЦТВІ ЕМАЛЬПРОВОДІВ
У виробництві емальпроводу на ВП «Акватон» використовуються емалі із вмістом твердої речовини від 30 % до 40%. Іншу частину складає розчинник, що випаровується під час затвердіння емалі. Як показали практичні дослідження, проведені на нашому підприємстві, найбільш ефективне окислювання й спалювання пару розчинників забезпечується за рахунок застосування для каталітичного очищення суцільнометалевих каталізаторів фірми КАТЕК КАТАЛІЗАТОРЕН (Німеччина) (див. мал. 1). Для повного очищення відпрацьованих газів цілком достатнім є використання на емальагрегаті двох каталізаторів. Саме так обладнані емальагрегати на нашому підприємстві.
Газова суміш, яка відходить від емальагрегатів, являє собою, в основному, суміш повітря з парами розчинників. Спалювання парів, що відходять, розчинників, за допомогою суцільнометалевих каталізаторів, не тільки виключає забруднення навколишньої атмосфери, але й дозволяє позбутися від конденсату у вентиляційній системі печі.
Мал. 1. Суцільнометалеві каталізатори фірми КАТЕК КАТАЛІЗАТОРЕН
Ці каталізатори були спеціально розроблені для розщеплення вуглеводнів в індустріальних газових вихлопах і, в основному, використовуються в кабельно-провідниковій індустрії.
Процес виготовлення суцільнометалевих каталізаторів зображений на малюнках 2, 3, 4, 5. Суцільнометалевий каталізатор складається з каркасного матеріалу й «активної» речовини, яка знаходиться на ньому. Як носій активного шару каталізатора, являється плоский дріт з високожаростійкої хромонікелевої сталі (Ni -60 %, Cr -15 %), а інше являє собою залізо й спеціальні добавки.
Мал. 2. Процес скріплення каталітичних поверхонь
На цей дріт гальванічним методом наноситься платина й паладій як активізуючі компоненти. Дріт з поперечним перерізом 0,5х3 мм можна перетворювати в будь-яку кубічну форму й нерівномірно обвивати один з одним.
Мал. 3. Гальванічне покриття поверхонь
Таким чином, виходить більш активна поверхня каталізатора, схожа на матовий металевий фільтр, що забезпечує гарну обтічність пару розчинників і робить в 5-10 разів менший опір газовому потоку, чим інші каталізатори, а також ці каталізатори більш міцні до механічних впливів. Висока теплопровідність запобігає перегрівам суцільнометалевих каталізаторів в екзотермічних процесах повного окислювання СО та органічних сполук.
Ці каталізатори відрізняються високою термостабільністю (витримують перегріви до 700-750 °С), довговічні й забезпечують глибоке окислювання.
При виробництві емальпроводів пари розчинників при певному температурному рівні (температура спалювання парів розчинників становить 550-700 °С) попадають на активний шар каталізатора, окисляються, тобто під впливом кисню повітря згоряють. Дослідження з підбора каталізаторів, проведені на нашому підприємстві, показали, що для знешкодження газових середовищ найбільш ефективними є суцільнометалеві каталізатори із платино - паладієвими компонентами, що активують, що обумовлено здатністю платини й паладію прискорювати реакції. У присутності платини й паладію проходить окислювання, гідрування, дегідрування й інші перетворення.
Мал. 4. Процес активації поверхонь
Тому ці каталізатори здатні працювати і у відновлених, і в окисних середовищах, що досить суттєво при глибокому окислюванні.
Фірмою КАТЕК КАТАЛІЗАТОРЕН проводилося дослідження глибокого окислювання (85-100%) бензолу, толуолу й ксилолу.
Для дослідження використовувалися каталізатори з активними компонентами трьох типів: благородні метали (1) (платина, паладій), сплави (2) і оксидні системи (3).
Мал. 5. Зборка каталізаторів
На малюнку 6 представлена залежність ступеня перетворення реагентів на поверхні каталізатора від температури реакції.
Т- температура протікання каталітичної реакції;
Ŋ- ступінь перетворення реагентів.
Мал. 6. Залежність ступеня перетворення реагентів Ŋ на поверхні каталізатора від температури реакції Т для каталізаторів типів 1-3.
Як показали результати досліджень, каталізатори з активними компонентами благородних металів забезпечують практично повне перетворення речовини, що окисляє у діоксид вуглецю, воду, азот і виключають утворення оксиду вуглецю й токсичних продуктів неповного окислювання. Процес окислювання йде через утворення поверхневих з'єднань із атомарним киснем з наступним впровадженням у нього кисню й розпадом до СО і Н2О. Наявність активних компонентів знижує температуру взаємодії, і реакція окислювання, наприклад СО, починає протікати при низьких температурах по суцільному механізму за участю радикалів СО2.
Таким чином, при дослідженні й кількісному визначенні вихлопів відпрацьованих газів при виробництві емальпроводу на одному емальагрегаті потужністю 1000 т у рік якісний і кількісний їхній зміст можна прирівняти до вихлопів газів автомобіля.
Як показала світова практика, при виробництві емальпроводу на емальагрегатах фірми МАГ з використанням суцільнометалевих каталізаторів фірми КАТЕК КАТАЛИЗАТОРЕН, у відпрацьованій повітряній суміші не існує хімічних речовин у чистому виді. Для визначення ступеня забруднення відпрацьованої повітряної суміші застосовувалися газові аналізатори, які визначають безпосередньо окремі компоненти відпрацьованих газів.
Контрольований ККД згоряння активного шару суцільнометалевого каталізатора досягає 99% і гарантує, що спалювання газової суміші розчинників становить не менш 95-96%. Це означає те, що, наприклад, якщо зміст розчинників у повітряній суміші перед каталізатором становить 2г/м³, то після каталітичного очищення рівень забруднення вуглеводневими радикалами буде досягати 40мг/м³. Ці каталізатори можуть працювати без заміни кілька тисяч годин. Але термічні, хімічні й механічні впливи зменшують ККД.
Дослідження, проведені на нашому підприємстві за допомогою універсального газоаналізатора ГАНК – 4, показали, що концентрація шкідливих речовин у відпрацьованих газах становить 4х10 -6 (ррм) при роботі нового каталізатора й концентрація шкідливих речовин у відпрацьованих газах досягає 28х10 -6 (ррм) при роботі цього каталізатора через рік (1ррм =0,45х10 -5 мг/м³). Але суцільнометалеві каталізатори можуть бути реактивовані. Реактивація являє собою хімічний процес очищення каталізатора, у результаті якого забруднена поверхня каталізатора здобуває активний первісний стан. Перевірка ефективності роботи каталізатора на нашому підприємстві проводитися не менше одного разу в тиждень, проводимо моніторинг:
Температури відпрацьованого повітря до й після каталізатора.
Відпрацьованих газів після каталізатора на запах, колір (пар, чад).
Втрати тиску через середину каталізатора (U-трубчастий манометр).
Не менш одного разу в півроку проводимо моніторинг відпрацьованої газової суміші. Відомі у світі методи для безпосереднього визначення окремих компонентів газової суміші - це газохроматографія й інфрачервона спектрографія, але ці методи вимагають для кожного окремого виміру і його оцінки багато часу. На сьогоднішній момент існує більше точний і менш трудомісткий метод дослідження відпрацьованої газової суміші, що використовується і на нашому підприємстві, - за допомогою газоаналізатора ГАНК - 4, що дозволяє проводити експрес-аналіз відпрацьованих парів повітря й гарантує точні результати, навіть у зоні концентрації менше 5 мг/м³.
Існує, в разі потреби, резерв збільшення ефективності каталітичного очищення шляхом нанесення як активуючого шару платино-паладієвого сплаву типу 25/75, де 25% платини, 75% паладію, що значно дорожче, але й більше ефективний каталізатор.