HU193539B - Process for extraction of organic materials from gases by burning for making harmless connested with adsorbtion and utilization - Google Patents

Description

Számos ipari technológiában képződnek olyan gázáramok, amelyek szerves anyagok gőzeit tartalmazzák. így például rétegező (kasírozó) üzemekben ragasztószalagok, hangszalagok, fotópapírok stb. gyártásánál, műszálak (acetát-, viszkozaszál) gyártásánál, lakkozó üzemekben cellofán, műanyagfóliák, fémfóliák stb. előállításánál, mélynyomó és kenőüzemekben különböző műbörféleségek és impregnált textíliák gyártásánál, bíitorgyártásnál lakkozáskor, gyógyszergyárakban intermedierek és késztermékek előállítása, illetve formázása során, kémiai tisztítás, fémek, bőr és gyapjú zsírtalanítása során.

A felsorolt és más gyártási technológiákban leggyakrabban alkalmazott szerves anyagok: alkoholok, éterek, észterek, ketonok, szénhidrogének, aromások, klór és kéntartalmú szervesanyagok. Ezek az anyagok a hordozó gázárammal (levegővel) együtt rendszerint a környezetbe kerülnek.

A fenti anyagoknak az eltávolítása az ipari gázáramokból (levegőáramból) gazdasági és ökológiai szempontból is kívánatos, esetenként szükséges. Ezek az anyagok értékesek, nagy részük az emberi és az állati szervezetre mérgező, ezért a környezetbe való kibocsátást meg kell akadályozni.

Szerves anyagok emissziójának csökkentése történhet kondenzáltatással, fizikai és kémiai abszorpcióval, adszorpcióval, valamint katalitikus és termikus utóégetéssel. Visszanyerést az első három eljárás tesz lehetővé.

A kondenzáltatás és a fizikai abszorpció a szerves anyagok kis (néhány tizedtől kb. 20 g/m³-ig terjedő) koncentrációja miatt általában nem alkalmazható. A kémiai abszorpció csak olyan speciális esetekben jöhet szóba, amikor a kivonandó szerves anyag az abszorbenssel jól reagál és a folyamat reverzibilis.

Kis koncentrációban jelenlévő szerves anyagoknak (oldószergőzöknek) gáz-(levegő) áramból való kinyerésére leggyakrabban az adszorpciós módszert alkalmazzák. A szerves anyagok megkötését nagy fajlagos felületű adszorbensen, rendszerint aktívszénen végzik (Kohl-Riesenféld: Gas Purification. McGraw-Hill, New York-Toronto-London, 1960. p. 415.). Az adszorpció hatására a szerves anyagoknak igen nagyfokú dúsulása megy végbe az aktívszén felületén.

Az adszorbeálódott szerves anyagokat általában kisnyomású vízgőzzel, 380—400 K hőmérsékleten hajtják le az aktívszénről. A gőzöket kondenzálják, s ekkor az ún. szerves fázist (vízben nem oldódó szerves anyag) és az ún. viZes fázist kapják, melyet a kondenzálódott vízgőz és a vízben oldódó szerves anyagok alkotnak.

A szerves fázist — ha több szerves anyagot tartalmaz — desztillációval egyedi komponensekre választják szét. A vizes fázisból a szerves anyagok kivonását általában de2 sztiilációval végzik. Ez meglehetősen költséges művelet, mivel a vizes fázis szervesanyag-tartalma általában kicsi (10—20 s%) és a szétválasztást azeotrópképződés nehezíti.

Levegőáramban kis koncentrációban jelenlévő szerves anyagok megsemmisítésére és kalorikus hasznosítására a katalitikus és a termikus utóégetést is alkalmazzák. A termikus utóégetést 870—1270 K közötti hőmérsékleten végzik, ennek megfelelően sok segéd-fíítőanyagra (támasztólángra) van szükség, ami költségessé teszi az eljárást. A szerves anyag koncentrációjának növekedésével azonban a fötőanyagszükséglet gyorsan csökken, és javul az eljárás mutatója is (Chjmia, 36, Nr. 2. 87 (1982)).

A katalitikus utóégetést 570—770 K-en végzik, hőigénye tehát kisebb, mint a termikus égetésé, hátránya viszont, hogy a katalizátor sok esetben gyorsan dezaktiválódik.

Az utóbbi években szerves anyagoknak levegőáramból való kivonására és kalorikus hasznosítására az adszorpció és a termikus utóégetés összekapcsolásával az ún. adszorpcic's-oxidációs (AdSOX) eljárást fejlesztették ki.

Ennél az eljárásnál a szerves anyagokat a levegőből adszorpciós berendezésben, aktíxszénnel vonják ki, a lehajtást (deszorbeáltatást) forró (kb. 670 K hőmérsékletű) füstgázzal végzik, a szerves anyagot a füstgázbó‘ pedig termikus égető berendezésben égetik ki (Wasser Luft u. Betrieb, 25(4)? 38 (1981)).

A termikus utóégetéssel szemben az AdSox eljárás előnye, hogy az adszorpció nagy dúsító hatása és a magashőmérsékletű deszorpció következtében lényegesen kisebb mennyiségű gázt kell 870—1270 K-ra felmelegíteni. Hátránya viszont a hagyományos adszorpciós eljárással szemben, hogy a deszorpciót magas (670 K körüli) hőmérsékletű füstgázzal végzi, amely kis koncentrációban oxigént is tartalmaz. A magas hőmérséklet és az oxigén hatására az aktívszén felületén a szerves anyagok egy része bomlik, oxidálódik, és nagy molekulájú, nem illékony vegyületek is képződnek, amelyek az aktívszén gyors dezaktiválódását okozzák. Ennek ellensúlyozására az aktívszenet gyakran (pl. minden 5. ciklus után) reaktiválni kell. Ezt magas (1020 K) hőmérsékletű füstgázzal végzik. A magas hőmérséklet speciális adszorber konstrukciót és szerkezeti anyagot igényel, ami a berendezés és üzemeltetés költségeit növeli.

Az AdSox eljárás fentiekben vázolt hátrá-. nyait kiküszöbölve és az adszorpció igen nagy dúsító hatását kihasználva, új adszorpciós-oxidációs eljárást dolgoztunk ki levegő- és más ipari gázáramokban, kis koncentrációban jelenlévő szerves anyagok kivonására és égetéssel való, ártalmatlanítással egybekötött hasznosítására.

Az eljárás főbb lépéseit az 1. ábra szemlélteti.

Az eljárás lényege, hogy a levegőben vagy más ipari gázokban szennyezésként jelenlévő szerves anyagokat aktívszénnel és/vagy más nagyfelületű adszorbenssel töltött adszorberben megkötjük, az adszorber telítése után a szerves anyagokat az aktívszén felületéről vízgőzzel lehajtjuk, a lehajtáskor kapott szervesanyag tartalmú elegyből pedig a szerves anyagokat vagy azoknak egy részét égetőberendezés (ek) ben elégetve ártalmatlanítjuk és a keletkező hőmennyiséget a lehajtáshozszükséges vízgőz előállítására és/vagy egyéb célra hasznosítjuk.

A szerves anyagokat kis (néhány tizedtől kb. 20 g/m³) koncentrációban tartalmazó levegőt és/vagy más ipari gázáramot a 3 fúvó egyenletes sebességgel az 1 adszorberben lévő aktívszénágyon nyomja át. A szerves anyagok az aktívszénen megkötődnek, a tisztított gáz pedig az adszorber kilépő végén a szabadba távozik. Az adszorber telítődése után a szerves anyagokkal szennyezett levegőt másik, frissen regenerált adszorberbe vezetjük és megkezdjük a telített adszorber regenerálását.

A regenerálást, az adszorpciós berendezéshez kapcsolt 2 égetőben, az égőtér sugárzó hőjének és a forró füstgázok hőtartalmának hasznosítása révén termelt, emelt nyomású és/vagy a kívánt hőmérsékletre túlhevített vízgőzzel, a levegő áramlási frányával ellentétes irányban végezzük. A gőz előállításához szükséges tápvizet az 5 szivattyú adagolja az égetőbe. A regeneráláshoz felhasznált vízgőz nyomását, illetve hőmérsékletét túlhevítéssel olyan értékre állítjuk be és a gőzt olyan mennyiségben vezetjük a telített adszorberbe, hogy a szerves anyagok deszorpciója (lehajtása) 10—80 perc, előnyösen 20—60 perc alatt befejeződjön.

A gőzölés (lehajtás) befejezése után a 370—470 K hőmérsékletű, ezen a hőmérsékleten vízgőzzel telített adszorbert (aktívszénágyat) környezethőmérsékletű vagy felmelegített tiszta levegővel szárítjuk és hűtjük. A szárító-hűtő levegőt a 4 fúvó adagolja egyenletes sebességgel az adszorberbe, ahonnét az a másik adszorber tisztított gázához keveredve a szabadba távozik. A szárítás és hűtés során a levegő áramlási sebessége, a telítésnél (tisztításnál! alkalmazott sebességnek 0,1—0,3-szorosa. A szárítás-hűtés ideje

10—50 perc, előnyösen 25—35 perc.

A tisztítás folyamatossá tételéhez legalább két adszorberre van szükség, amelyek közül az egyik telítés (adszorpció) alatt, a másik pedig regenerálás (gőzölés, szárítás-hűtés) alatt áll.' Fontos követelmény, hogy a regenerálás ideje kisebb vagy egyenlő legyen a telítés idejével. Az égetőberendezés egyenletes működésének biztosítása érdekében célszerű négy vagy több adszorbert egyetlen égetőberendezéshez kapcsolni. Ebben az esetben egy adszorber mindig gőzölés alatt áll, a szervesanyag-tartalmú gőzelegy áram4 lása az égetőberendezésbe tehát folyamatosan történik.

Eljárásunk az ismert AdSox eljáráshoz viszonyítva a következő előnyökkel rendelkezik:

— A szerves anyagok lehajtását az adszorbensről maximálisan 520 K, előnyösen 390—450 K hőmérsékletű vízgőzzel végezzük. Az AdSox eljárásban ezt 670 K körüli hőmérsékletű füstgázzal végzik. A vízgőz nagy előnye a füstgázzal szemben, hogy szennyező égéstermékeket (korom, kátrány, kénvegyületek stb.) és oxigént nem tartalmaz, ezáltal az aktívszénre károsító hatása nincs, és az aktívszénen adszorbeált szerves anyagokkal sem lép reakcióba. A vízgőz a regenerálás hőmérsékletén is kismértékben adszorbeálódik az aktívszénen, ezáltal az ottlévő szerves anyagokra kiszorító hatást fejt ki, ami meggyorsítja és teljesebbé teszi azok deszorpcióját. így a szerves anyagok lehajtása alacsonyabb (470 K alatti) hőmérsékleten is gyorsan megvalósítható, és a szerves anyagok bomlási és polimerizációs reakció nem következnek be.

— Az AdSox eljárásban az adszorberek regenerálásához, az oxigénmentes füstgáz előállítására, külön inért gáz előállító berendezésre (inertgáz generátorra) van szükség, amely a beruházási költségeket növeli.

— Az AdSox eljárásnál az adszorbereket és szerelvényeiket 1020 K hőmérsékletnek ellenálló anyagból kell készíteni, az adszorbert köpeny léghűtővel kell ellátni, ami újabb légfúvót igényel, a forró füstgáz recirkuláltatásához magas hőmérsékleten üzemelő gázfúvóra és költséges hőcserélőre van szükség.

— Az általunk javasolt eljárás ezzel szemben különösebb szerkezeti anyagot nem igényel, a gázfúvók és a tápvizszivattyú környezethőmérsékleten üzemelnek, az égetőben a termelt hő hasznosítása gőztermelésre egyszerű módon és jó hatásfokkal megvalósítható, az összekapcsolt adszorpciós-égető rendszer működése jói összehangolható és könnyen automatizálható.

Eljárásunkban részleges szervesanyag-visszanyerés is megvalósítható, ha a tisztítandó gáz (levegő) vízben nem oldódó szerves anyagokat is tartalmaz. Ennek folyamatát a 2. ábra mutatja.

Az eljárás lényege, hogy az 1 adszorberben megkötött szerves anyagokat az előzőekben leírt módon, közvetlenül az adszorpciós berendezéshez kapcsolódó 7 égetőben vagy attól független kazánban előállított vízgőzzel hajtjuk le (deszorbeáljuk) az aktívszénről, a vízgőzt, a szerves anyag gőzeivel együtt a 2 kondenzátorban kondenzáltatjuk, a 3 hűtőben környezethőmérsékletre hűtjük, majd a 4 elválasztóban ún. szerves fázisra és vizes fázisra választjuk szét. A vízben nem oldódó szerves anyagokat tartalmazó szerves fázist az 5, a vízben oldódó szerves anyagokat tartalmazó vizes fázist pedig a 6 tar3

-3193539 tályban gyűjtjük. A szerves fázis komponensei desztillációs szétválasztás után visszavezethetők a technológiai folyamatba.

A vizes fázist a 10 szivattyúval az égetőbe vagy kazánba adagoljuk, a benne lévő szerves anyagokat elégetve ártalmatlanítjuk, és a termelt hőt az adszorberek regenerálásához szükséges vízgőz előállítására vagy egyéb célra hasznosítjuk.

Ennek az eljárásnak előnye, egyrészt, hogy a szerves anyag egy része újrafelhasználásra alkalmas minőségben visszanyerhető, másrészt, hogy a szerves anyag a vizes fázisban kondenzált állapotban, viszonylag nagy koncentrációban lesz jelen, ami kis térfogatban könnyű tárolást és szállítást tesz lehetővé. Ezáltal a vizes fázis égetéses hasznosítására szolgáló égetőberendezésnek nem kell közvetlenül az adszorpciős berendezéshez kapcsolódnia, a vizes fázis egy, már meglévő kazánban is elégethető.

Az eljárás további részleteit és előnyös voltát három kiviteli példában mutatjuk be. Az első kettő arra az esetre vonatkozik, amikor lehajtáskor az adszorberből kilépő szervesanyag-tartalmú gőzelegyet, kondenzáltatás nélkül, közvetlenül az égető berendezésbe vezetjük, a 3. példa pedig a részleges szerves anyag-visszanyerést szemlélteti.

1. példa

Kétadszorberes adszorpciős berendezésbe, amely egyenként 1000 kg aktívszenet tartalmazott, 5000 m³/h sebességgel 6,12 g/m³, 58%-ban vízben oldhatatlan (toluol), 42%-ban pedig vízben jól oldódó (izopropil-alkohol) szerves anyagot tartalmazó, légköri hőmérsékletű levegőt vezettünk. A telítési (adszorpciős) ciklus 2,65 óráig tartott, ez alatt az idő alatt az aktívszén 81 kg szerves anyagot kötött meg. Ezt követően 2 bar nyomású, 390 K hőmérsékletű vízgőzzel lehajtottuk (deszorbeáltuk) az aktívszénről a szerves anyagokat. A gőzölés (lehajtás) 50 percig tartott, és 324 kg vízgőzt használtunk fel.

Az adszorberből távozó 375 K hőmérsékletű, 1740 kcal/kg fútőértékíí szervesanyag-tartalmú gőzelegyet az adszorberekhez kapcsolt égetőben, támasztóláng alkalmazásával égettük. Az égetéskor 523 K füstgázkilépő hőmérsékletet beállítva és 10% falveszteséget véve 1412 kcal/kg elegy hasznos hőt kaptunk.

Ezzel a hőmennyiséggel 2,19 kg 390 K hőmérsékletű telített vízgőz állítható elő. Ebből az adszorber lehajtásához (a szerves anyag deszorbeálásához) felhasznált 0,8 kg/ /kg elegy fajlagos vízgőzigényt levonva, az egyéb célra hasznosítható vízgőz mennyisége 1,39 kg/kg elegy. Ehhez adódik a támasztóláng által termelt hő felhasználásával előállított gőzmennyiség.

2. példa

Az előző példában leírt berendezésben és módon 81 kg szerves anyagot kötöttünk 4 meg az adszorberben. Ezt követően a szerves anyagokat 1,2 bar nyomású, 450 K hőmérsékletre túlhevített vízgőzzel lehajtottuk (deszorbeáltuk). Ehhez 40 perc alatt 243 kg vízgőzt használtunk fel.

Az adszorberből távozó 435 K hőmérsékletű, 2175 kcal/kg elegy fútőértékíí szervesanyag-tartalmú gőzelegyet az égetőben támasztóláng alkalmazásával égettük. Az égetéskor, 523 K füstgázkilépő hőmérsékletet beállítva és 10% falveszteséget véve 1847 kcal/kg elegy hasznos hőt kaptunk.

Ezzel a hőmennyiséggel 2,78 kg 450 K hőmérsékletű vízgőz állítható elő. Ebből az adszorber lehajtásához (regenerálásához) szükséges 0,75 kg/kg elegy fajlagos gőzigényt levonva, az egyéb célra hasznosítható gőz mennyisége 2,03 kg/kg elegy. Ehhez adódik a támasztóláng által termelt hő felhasználásával előállított gőz mennyisége.

Az 1. és 2. kiviteli példa mutatja, hogy eljárásunkban, a levegőből kivont szerves anyagok égetésével nemcsak a regeneráláshoz szükséges mennyiségű vízgőz állítható elő, hanem annak két-háromszorosa. Az is látható, hogy a regenerálás (gőzölés) hőmérsékletének növelésével a rendszerből kiadható gőz abszolút és viszonylagos mennyisége nő.

Eljárásunk szerves anyagoknak levegőből és más ipari gázokból való kivonásával és elegetésevel fontos környezetvédelmi feladat (ártalmatlanítás) megoldása mellett — a termelt vízgőz formájábar — az egyébként veszendőbe menő szerves anyagok kalorikus hasznosítását is biztosítja.

3. példa

Az 1. példában leírt berendezésben és modor végrehajtott kísérletben 78,7 kg szerves anyagot kötöttünk meg az adszorberben. A megkötött szerves anyag 60%-a vízben jól oldódó, 40%-a vízben oldhatatlan volt. A szerves anyagot az aktívszénről egy óra alatt 338 kg, 390 K hőmérsékletű vízgőzzel hajtottuk le. A gőzelegyet kondenzálva 31,5 kg, 0,1 s% vizet tartalmazó szerves fázist és 385 kg, 12,3 s% szerves anyagot tartalmazó vizes fázist kaptunk. A szerves fázist képező szerves anyag kezelés (szárítás) után visszaadható a technológiába.

A 900 kcal/kg fútőértékíí vizes fázist égetőberendezésbe adagoltuk, és a benne lévő szerves anyagot 22,2 m³/h metán póttüzelőanyag segítségével kiégettük.

A vizes fázis fenti módon végzett égetésével óránként 207 kg vízgőz állítható elő, amely a regenerálás gőzszükségletének kb. 60%-át fedezi.

Ezzel az eljárással a levegőből kivont szerves anyag vízben nem oldódó része újrafelhasználásra alkalmas minőségben kinyerhető, a vízben oldódó része pedig égetéssel ártalmatlanítható, amely fontos környezet-4193539 védelmi feladat megoldását jelenti. Az ártalmatlanítást végző égetés egyúttal a regeneráláshoz szükséges vízgőz jelentős részének előállítását is biztosítja.

Claims (1)

1. SZABADALMI IGÉNYPONT

   Eljárás levegőből és/vagy ipari gázokból szerves anyagok kinyerésére és ártalmatlanítással egybekötött hasznosítására nagyfelületű adszorbenstölteten megvalósított,, egymást követő adszorpciós és regenerálási műveleti lépésekben oly módon, hogy a levegőben és/vagy ipari gázokban szennyezésként jelenlévő szerves anyagokat a regenerált adszorbenstölteten megkötjük, a szerves anyagokat az adszorbenstöltet regenerálásakor vízgőzzel deszorbeáljuk, azzal jellemez8 ve, hogy a szerves anyagok deszorpcióját az adszorbenstöltetről 1,1—2,2 bar, célszerűen 1.2—2 bar nyomású telített vízgőzzel és/vagy 400—520 K, előnyösen 410—450 K

   5 hőmérsékletre túlhevített vízgőzzel végezzük, a deszorpciókor kapott szervesanyag-tartalmú gőzelegyből a szervesanyagot termikusán kiégetjük, a keletkező hőenergiát vízgőz előállítására hasznosítjuk, a vízgőzt deszorbens10 ként részben az adszorbenstöltetre visszavezetjük, a fennmaradó részt pedig külső felhasználásra adjuk, vagy a deszorpciókor kapott szervesanyag-tartalmú gőzelegyet kondenzáltatjuk, a kondenzátumból kiváló

   15 szerveskomponenst elkülönítjük, a visszamaradó, még szervesanyagot is tartalmazó koridenzátumot adott esetben termikus égetéssel ártalmatlanítjuk és a keletkező hőmenynyiséget hasznosítjuk.