Очистка газов дожиганием в пламени

 

Если загрязняющие вещества легко окисляются, как, например, пары углеводородов в отходящих газах цехов растворителей или красок, то их удаление может быть осуществлено путем сжигания газов, причем образуются диоксид углерода и вода при сжигании углеводородов, или диоксид серы и вода - в случае органических сульфидов. Если концентрация этих примесей в газах достаточно велика и входит в область воспламеняемости, после первоначального поджигания будет поддерживаться процесс самоокисления. Самая низкая концентрация паров, при которой происходит этот процесс, является нижним пределом воспламеняемости, а самая высокая - верхним пределом воспламеняемости. В этих пределах может происходить регулируемое сжигание, однако в некоторых условиях возможен взрыв.

Температура, выше которой горение газов или паров поддерживается произвольно, называется температурой самовоспламенения и зависит от углеводорода и количества тепла, выделяющегося в процессе горения (чистая доступная теплота сгорания в расчете на стандартный кубометр газа, Дж/м3 при 21°С). Нижний предел горения составляет приблизительно 1, 9 МДж/м3 при 21°С, поэтому для самоподдерживающегося горения необходимо тепло более этой величины; для пламени с хорошими параметрами горения желательно тепловыделение более, чем 3, 7 МДж/м3 (21°С).

Для поддержания любого процесса горения необходимо соответствующее количество кислорода. При обычном сжигании необходимое количество кислорода на 10 15% больше стехиометрического, тогда как в процессах каталитического сжигания требуется только стехиометрическое количество. Кроме того, чтобы температура в камере сжигания или в пламени была достаточно высокой, необходимо интенсивное турбулентное перемешивание кислорода и сжигаемого газа и обеспечить достаточное время пребывания для полного сжигания. Эти факторы определяются конструкцией горелки и камеры сжигания, а также степенью предварительного смешивания газов.

Факел заранее перемешанной смеси короче, горячее и обычно голубого цвета, тогда как факел неперемешанных газов обычно очень яркий, что объясняется крекингом углеводородов и образованием раскаленных частиц углерода.

Основная химическая реакция окисления любого углеводорода

 

СmНn:

 

Выделяющееся тепло Δ H является энтальпией, или теплотой реакции при постоянном давлении. Второй закон термодинамики связывает ее с энергией Гиббса Δ G уравнением

 

Δ G = Δ H-TΔ S,

 

где Δ S - изменение энтропии, Т - абсолютная температура.

Значения этих функций при 25°С и 101325 Па называются стандартными и обозначаются Δ G, Δ H°, Δ S°. Для отрицательных значений Δ G реакция термодинамически возможна, тогда как для значений Δ G от 0 до 42000 Дж/кмоль вероятность самопроизвольной реакции невелика, однако этот вопрос заслуживает дополнительного исследования. При Δ G> 42000 Дж/кмоль самопроизвольная реакция невозможна.

Константу равновесия реакции (5.1) можно записать

 

где р - парциальные давления веществ.

Некоторые типичные значения Δ H°, Δ G° (в МДж/кмоль) и lgKp для окисления формальдегида (НСНО), пропана (C3H8) и этанола приведены ниже:

 

НСНО	-579, 9	-512, 8
C3Н8	-2044, 9	-2075, 0
С2Н5ОН	-2991, 7	-3020, 6

 

В том случае, когда тепла сгорания углеводородов в отходящих газах достаточно для того, чтобы теплота реакции превышала 1, 9 МДж/м3, и эти углеводороды содержат токсичные газы (например, цианистый водород), такие газы обычно сжигают в факеле.

Некоторые углеводороды, в частности ароматические соединения и др. с низким соотношением углерод/водород, при сжигании обычно дают коптящее пламя. Для предотвращения этого явления, в зону горения добавляют воду в виде пара. При этом происходит реакция водяного пара с углеводородами с образованием водорода и СО.

 

 

Поэтому на практике обычно вокруг форсунок для впрыска газа располагают сопла для подачи пара с высокой скоростью, что иногда приводит к большому шуму факела.

Альтернативой сжиганию газов в открытом факеле является их сжигание в замкнутой камере. Существует ряд конструкционных решений камер сжигания, дающих более или менее равномерное смешение компонентов, высокую степень турбулентности и требуемое время пребывания (0, 2…0, 7 с) в камере сжигания.

Загрязнители, содержащие какие-либо элементы, кроме Н, С и О - серу S, фосфор Р, галогены, металлы и др., нельзя подавать на термоокислительную обработку, так как продукты сгорания будут содержать высокотоксичные соединения. В реальных условиях и при сжигании чисто органических соединений не удается обеспечить абсолютно полное окисление исходных компонентов до практически безвредных углекислого газа СО2 и паров воды Н2O. В дымовых газах всегда присутствуют оксид углерода СО и другие продукты химического недожога (неполного окисления). Кроме того, при повышенных температурах заметно ускоряется реакция окисления азота, который поступает в зону горения с топливом и воздухом.

Некоторые оксиды азота оказывают вредное воздействие на организм человека и окружающую среду. Методы прямого сжигания применяют для обезвреживания газов от легко окисляемых токсичных, а также дурно пахнущих примесей. Их преимуществами являются относительная простота аппаратурного оформления и универсальность использования, т.к. на работу термических нейтрализаторов мало влияет состав обрабатываемых газов.

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться: