Термический окислитель

Предварительно собранная технологическая установка для контроля загрязнения воздуха , т.е. термоокислитель, устанавливается на рабочем месте.

Термический окислитель (также известный как термический окислитель или термический мусоросжигатель ) — это технологическая установка для контроля загрязнения воздуха на многих химических заводах, которая разлагает опасные газы при высокой температуре и выбрасывает их в атмосферу.

Принцип

Термические окислители обычно используются для уничтожения опасных загрязнителей воздуха (HAP) и летучих органических соединений (ЛОС) из промышленных воздушных потоков. Эти загрязнители обычно имеют углеводородную основу и при разрушении посредством термического сгорания химически окисляются с образованием CO ₂ и H ₂ O . Тремя основными факторами при разработке эффективных термических окислителей являются температура, время пребывания и турбулентность. Температура должна быть достаточно высокой, чтобы воспламенить отходящий газ. Большинство органических соединений воспламеняются при температуре от 590 °C (1094 °F) до 650 °C (1202 °F). Чтобы обеспечить почти полное уничтожение опасных газов, большинство основных окислителей работают при гораздо более высоких уровнях температуры. При использовании катализатора диапазон рабочих температур может быть ниже. Время пребывания необходимо для того, чтобы было достаточно времени для того, чтобы произошла реакция горения. Фактор турбулентности представляет собой смесь воздуха для горения с опасными газами. ^[1]^[2]

Технологии

Термический окислитель прямого нагрева – камера дожигания

Центр управления с программируемым логическим контроллером РТО.

Простейшей технологией термического оксидирования является термический окислитель прямого нагрева. Технологический поток с опасными газами вводится в камеру обжига через горелку или рядом с ней, и обеспечивается достаточное время пребывания для достижения желаемой эффективности удаления летучих органических соединений (DRE). Большинство термоокислителей прямого нагрева работают при температурах от 980 ° C (1800 ° F) до 1200 ° C (2190 ° F) со скоростью потока воздуха от 0,24 до 24 стандартных кубических метров в секунду . ^[1]

Также называются камерами дожигания в тех случаях, когда входные газы поступают в результате процесса неполного сгорания. ^[1] эти системы являются наименее капиталоемкими и могут быть интегрированы с последующими котлами и теплообменниками для оптимизации топливной эффективности . Термические окислители лучше всего применять там, где имеется очень высокая концентрация летучих органических соединений, в качестве источника топлива (вместо природного газа или нефти) для полного сгорания при заданной рабочей температуре . ^{[ нужна ссылка ]}

Регенеративный термический окислитель (РТО)

Одной из наиболее широко распространенных на сегодняшний день технологий контроля загрязнения воздуха в промышленности является регенеративный термический окислитель, обычно называемый RTO. В RTO используется керамический слой, который нагревается от предыдущего цикла окисления для предварительного нагрева входящих газов и их частичного окисления. Предварительно нагретые газы поступают в камеру сгорания, которая нагревается внешним источником 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 применений, 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 устранения паров растворителей, запахов и т. д. в самых разных отраслях промышленности. Регенеративные термические окислители идеальны в диапазоне концентраций летучих органических соединений от низких до высоких, до 10 г/м. ³ растворитель. В настоящее время на рынке представлено множество типов регенеративных термических окислителей с эффективностью окисления или разрушения летучих органических соединений (ЛОС) более 99,5%. Керамический теплообменник(и) в градирнях может быть рассчитан на тепловой КПД до 97+%.

Термический окислитель метана вентиляционного воздуха (VAMTOX)

Термические окислители метана вентиляционного воздуха предназначены для разрушения метана в отработанном воздухе подземных шахт угольных шахт. Метан является парниковым газом и при окислении в результате термического сгорания химически изменяется с образованием CO ₂ и H ₂ O. CO ₂ в 25 раз менее эффективен, чем метан, при выбросе в атмосферу в отношении глобального потепления. Концентрация метана в выхлопном воздухе шахтной вентиляции угольных и тронных шахт очень разбавлена; обычно ниже 1%, а часто и ниже 0,5%. Установки VAMTOX оснащены системой клапанов и заслонок, которые направляют поток воздуха через один или несколько слоев с керамическим наполнением. При запуске система предварительно нагревается за счет повышения температуры теплообменного керамического материала в слое(ях) до температуры автоокисления метана 1000 °C (1830 °F) или выше, после чего система предварительного нагрева отключается. выключается и вводится отработанный воздух шахты. Затем воздух, наполненный метаном, достигает предварительно нагретого слоя(ов), выделяя тепло от сгорания. Затем это тепло передается обратно к слою(ям), тем самым поддерживая температуру на уровне или выше того, что необходимо для поддержания автотермической работы. ^{[ нужна ссылка ]}

Термический рекуперативный окислитель

Менее широко используемой технологией термического окислителя является термический рекуперативный окислитель. Термические рекуперативные окислители имеют в системе первичный и/или вторичный теплообменник. Первичный теплообменник предварительно нагревает входящий грязный воздух, рекуперируя тепло выходящего чистого воздуха. Это осуществляется с помощью кожухотрубного теплообменника или пластинчатого теплообменника . Когда входящий воздух проходит по одной стороне металлической трубки или пластины, горячий чистый воздух из камеры сгорания проходит по другой стороне трубки или пластины, и тепло передается входящему воздуху в процессе проводимости с использованием металла в качестве теплопроводности. средство теплопередачи. Во вторичном теплообменнике применяется та же концепция теплопередачи, но воздух, нагретый выходящим чистым технологическим потоком, возвращается в другую часть установки – возможно, обратно в процесс.

Термический окислитель, работающий на биомассе

Биомасса , например древесная щепа, может использоваться в качестве топлива для термического окислителя. Затем биомасса газифицируется , и поток опасных газов смешивается с газом биомассы в топочной камере. Достаточная турбулентность, время удерживания, содержание кислорода и температура обеспечат разрушение ЛОС. 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, что обеспечивает эффективность уничтожения ЛОС 99,8–99,9%. ^[5]

Беспламенный термический окислитель (БТО)

В системе беспламенного термического окислителя отходящие газы, окружающий воздух и вспомогательное топливо предварительно смешиваются перед прохождением объединенной 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, т.е. 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, определяемого процентным содержанием каждого присутствующего органического вещества. Беспламенные термические окислители предназначены для безопасной и надежной работы ниже нижнего предела воспламенения композита при поддержании постоянной рабочей температуры. Потоки отходящих газов подвергаются воздействию высоких температур в течение нескольких секунд, что приводит к измеренной эффективности удаления деструкции, превышающей 99,9999%. ^{[ нужна ссылка ]} Предварительное смешивание всех газов перед обработкой устраняет локальные высокие температуры, которые приводят к термическому NOx, обычно ниже 2 частей на миллион по объему . Технология беспламенного термического окислителя была первоначально разработана в Министерстве энергетики США для более эффективного преобразования энергии в горелках, технологических нагревателях и других тепловых системах.

Концентратор кипящего слоя (FBC)

В концентраторе с псевдоожиженным слоем (FBC) — слой гранул активированного угля для адсорбции летучих органических соединений (ЛОС) из выхлопных газов. Созданная на основе предыдущих концентраторов с неподвижным слоем и угольным ротором, система FBC пропускает воздух, содержащий летучие органические соединения, через несколько перфорированных стальных лотков, увеличивая скорость воздуха и позволяя субмиллиметровым углеродным шарикам псевдоожижаться или вести себя так, как будто они подвешены в жидкость. Это увеличивает площадь поверхности взаимодействия углерод-газ, что делает его более эффективным при улавливании летучих органических соединений.

Каталитический окислитель

Каталитический окислитель (также известный как каталитический мусоросжигатель ) — это еще одна категория систем окисления, которая похожа на типичные термические окислители, но каталитические окислители используют катализатор для ускорения окисления. Каталитическое окисление происходит в результате химической реакции между молекулами углеводородов ЛОС и слоем катализатора из драгоценного металла, который находится внутри системы окислителя. Катализатор — это вещество, которое используется для ускорения скорости химической реакции, позволяя реакции протекать в нормальном температурном диапазоне от 340 °C (644 °F) до 540 °C (1004 °F). ^[7]

Регенеративный каталитический окислитель (RCO)

Катализатор можно использовать в регенеративном термическом окислителе (RTO), чтобы обеспечить более низкие рабочие температуры. Его также называют регенеративным каталитическим окислителем или RCO. ^[4] Например, температура термического воспламенения угарного газа обычно составляет 609 ° C (1128 ° F). Используя подходящий катализатор окисления, температуру воспламенения можно снизить примерно до 200 °C (392 °F). ^[8] Это может привести к снижению эксплуатационных расходов по сравнению с RTO. Большинство систем работают в диапазоне температур от 260 °C (500 °F) до 1000 °C (1830 °F). Некоторые системы предназначены для работы как в качестве RCO, так и в качестве RTO. При использовании этих систем учитываются специальные конструктивные соображения для снижения вероятности перегрева (разбавления входящего газа или рециркуляции), поскольку эти высокие температуры могут дезактивировать катализатор, например, за счет спекания активного материала. ^{[ нужна ссылка ]}

Рекуперативный каталитический окислитель

Каталитические окислители также могут использоваться в форме рекуперативной рекуперации тепла для снижения потребности в топливе. При этой форме рекуперации тепла горячие выхлопные газы окислителя проходят через теплообменник для нагрева нового воздуха, поступающего в окислитель. ^[7]

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с «Термический окислитель» . Информационный центр сети передачи технологий Агентства по охране окружающей среды США для инвентаризации и коэффициентов выбросов . Агентство по охране окружающей среды США. Архивировано из оригинала 3 июня 2013 года . Проверено 4 апреля 2015 г.
^ «Информационный бюллетень о технологии контроля загрязнения воздуха EPA-452/F-03-022» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 10 апреля 2015 года . Проверено 4 апреля 2015 г.
^ «Заявка на получение награды SWANA за выдающиеся достижения в 2012 году «Контроль свалочного газа» Seneca Landfill, Inc» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 16 марта 2015 года . Проверено 5 апреля 2015 г.
^ Jump up to: ^а ^б «Информационный бюллетень о технологии контроля загрязнения воздуха EPA-452/F-03-021» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 10 апреля 2015 года . Проверено 4 апреля 2015 г.
^ «Термический окислитель» . Архивировано из оригинала 23 сентября 2015 г. Проверено 21 августа 2015 г.
^ «Беспламенное термическое оксидирование» (PDF) . Инициатива по предотвращению загрязнения малых химических предприятий: Проект документации по передовой практике предотвращения загрязнения . Государственный университет Уэйна. Архивировано (PDF) из оригинала 27 апреля 2018 года . Проверено 26 апреля 2018 г.
^ Jump up to: ^а ^б «Каталитический окислитель» . Информационный центр сети передачи технологий Агентства по охране окружающей среды США для инвентаризации и коэффициентов выбросов . Агентство по охране окружающей среды США. Архивировано из оригинала 10 апреля 2015 года . Проверено 4 апреля 2015 г.
^ Расмуссен, Сорен (2006). «Характеристика и регенерация Pt-катализаторов, дезактивированных в дымовых газах бытовых отходов» . Прикладной катализ Б: Экология . 69 (1–2): 10–16. дои : 10.1016/j.apcatb.2006.05.009 .

[basic-1] Jump up to: ^а ^б ^с «Термический окислитель» . Информационный центр сети передачи технологий Агентства по охране окружающей среды США для инвентаризации и коэффициентов выбросов . Агентство по охране окружающей среды США. Архивировано из оригинала 3 июня 2013 года . Проверено 4 апреля 2015 г.

[2] «Информационный бюллетень о технологии контроля загрязнения воздуха EPA-452/F-03-022» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 10 апреля 2015 года . Проверено 4 апреля 2015 г.

[3] «Заявка на получение награды SWANA за выдающиеся достижения в 2012 году «Контроль свалочного газа» Seneca Landfill, Inc» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 16 марта 2015 года . Проверено 5 апреля 2015 г.

[rto-4] Jump up to: ^а ^б «Информационный бюллетень о технологии контроля загрязнения воздуха EPA-452/F-03-021» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 10 апреля 2015 года . Проверено 4 апреля 2015 г.

[5] «Термический окислитель» . Архивировано из оригинала 23 сентября 2015 г. Проверено 21 августа 2015 г.

[Wayne-6] «Беспламенное термическое оксидирование» (PDF) . Инициатива по предотвращению загрязнения малых химических предприятий: Проект документации по передовой практике предотвращения загрязнения . Государственный университет Уэйна. Архивировано (PDF) из оригинала 27 апреля 2018 года . Проверено 26 апреля 2018 г.

[catalytic-7] Jump up to: ^а ^б «Каталитический окислитель» . Информационный центр сети передачи технологий Агентства по охране окружающей среды США для инвентаризации и коэффициентов выбросов . Агентство по охране окружающей среды США. Архивировано из оригинала 10 апреля 2015 года . Проверено 4 апреля 2015 г.

[8] Расмуссен, Сорен (2006). «Характеристика и регенерация Pt-катализаторов, дезактивированных в дымовых газах бытовых отходов» . Прикладной катализ Б: Экология . 69 (1–2): 10–16. дои : 10.1016/j.apcatb.2006.05.009 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]