Delist.ru

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ И ПРИНЦИПЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ И АППАРАТОВ ДЛЯ ОЧИСТКИ ПАРОВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ ОТ ОРГАНИЧЕСКИХ РАСТВОРИТЕЛЕЙ (09.01.2008)

Автор: Колганов Иван Михайлович

впервые предложен высокоэффективный селективный абсорбент (топливо дизельное А – 0,2(0,4) ГОСТ 305–82, модифицированное бутилбензолом) для поглощения различных органических растворителей из газо- и паровоздушных выбросов, отличающийся тем, что практически не поглощает паров воды, чем существенно упрощает процесс регенерации насыщенного абсорбента и последующее разделение уловленных компонентов на индивидуальные вещества;

впервые установлены закономерности и разработаны способы интенсификации процессов массообмена для насадок, состоящих из пакета ситчатых тарелок и пакетной гофрированной регулярной насадки, использующих концевой эффект барботажа;

впервые в предложенных контактных устройствах взаимодействие газа с жидкостью организовано с использованием концевого эффекта барботажа, что значительно повышает интенсивность массообменных процессов;

экспериментально исследовано влияние геометрических параметров разработанных насадок, скорости газа и плотности орошения жидкости на эффективность массообмена в процессах абсорбции;

разработана математическая модель, устанавливающая взаимосвязь гидродинамических и массообменных характеристик с геометрическими параметрами предложенных контактных устройств, позволяющая определять рациональное сочетание технологических характеристик потоков и конструктивных особенностей контактных устройств с целью интенсификации абсорбционных процессов;

обоснованы и экспериментально подтверждены пути интенсификации процесса регенерации насыщенного органическими растворителями абсорбента за счет совмещения тепло- и массообмена в одном аппарате; впервые получены гидродинамические, массо- и теплообменные характеристики массообменных устройств для совмещенных процессов тепло- и массобмена в процессе регенерации абсорбента ;

разработаны основы расчета прямоточных распылительных десорберов;

впервые изучено влияние на процесс выделения третичных амиленов из углеводородных смесей водными растворами муравьиной кислоты различных факторов: температуры, мольного соотношения реагентов, времени контакта, концентрации муравьиной кислоты, а также добавок фосфорной кислоты и ингибиторов полимеризации третичных амиленов; выделены и идентифицированы продукты реакции;

впервые исследована кинетика реакций взаимодействия третичных амиленов с безводной и водной муравьиной кислотой, рассчитаны константы скоростей реакций, изучено влияние кислотности среды на скорость химических реакций, приведен предположительный механизм реакций, исследована кинетика реакций, протекающих на стадии термической десорбции третичных амиленов, предложены аналитический и графический методы расчета высоты реакторов, исходя из данных кинетики реакций и фазовых равновесий, предложена принципиальная технологическая схема процесса выделения третичных амиленов из углеводородов С5-фракций муравьиной кислотой с целью получения сырья для изопрена, исследована кинетика;

созданы научные основы для разработки циклических технологических схем по выделению из паровоздушных смесей органических растворителей.

Практическое значимость работы:

созданы методики расчета гидродинамических и массообменных характеристик абсорбционных колонн, в которых в качестве контактного устройства используются регулярные пакетные насадки;

разработана методика расчета для определения геометрических параметров пакетных насадок различной конструкции;

разработанные пакеты регулярных насадок позволяют улучшить эффективность газоочистки, не прибегая к внедрению новых дорогостоящих систем. Использование разработанных методик расчетов массообменных, гидродинамических и геометрических характеристик насадок, решают практические задачи по внедрению регулярных пакетных насадок в различных технологических процессах, использующих абсорбционные системы для очистки вентиляционных и технологических выбросов;

разработан инженерный метод расчета прямоточных распылительных десорберов, которые внедрены на ряде предприятий энергетики;

разработаны и внедрены циклические технологические схемы по выделению органических растворителей из вентиляционных и технологических выбросов;

разработано и испытано аппаратурно-технологическое оформление процесса извлечения третичных амиленов из смесей, получаемых при очистке выбросов, содержащих компоненты бензина, показано, что получаемые третичные амилены имеют наиболее низкую себестоимость по сравнению с изоамиленами, полученные диспропорционированием бутиленов и дегидрированием изопентана;

рекомендовано использовать результаты работы в преподавании учебных дисциплин: «Общая химическая технология», «Техника защиты окружающей среды», «Экология» студентам вузов химико-технологического профиля.

основные научно-практические результаты работы были частично внедрены и переданы для использования при очистке газовых выбросов от органических веществ и разделения смесей органических веществ на Стерлитамакский завод СК, Новоярославский НПЗ, вагонное депо Ярославского отделения Северной железной дороги – филиала ОАО «РЖД», ОАО НИИ «Техуглерод», внедрены на предприятиях «Брянскэнерго», «Ярэнерго», «Дагэнерго», НИПИМ – НХИМТЕХ (г. Тула), ЗАО «Солид Системс» (Тульская обл.), ОАО «Тулагипрохим» (г. Тула), ООО «Полихим проект», г. Тула.

Достоверность результатов подтверждается результатами экспериментальных исследований; обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций базируется на корректном использовании статистических методов обработки результатов, подтверждающихся воспроизводимостью и согласованностью лабораторных, экспериментальных данных и результатов, полученных в ходе проведенных научных исследований и опытно-промышленных испытаний.

Личный вклад автора. Вклад автора заключается в определении целей и задач работы, постановке исследований, проведении теоретических и экспериментальных работ, разработке прикладной части и оценке эколого-экономической экономической эффективности работы.

Апробация работы. Научные положения и практические рекомендации диссертационной работы в целом, и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на 3-м Всесоюзном совещании по проблеме «Абсорбция газов» (г. Таллинн, 1987 г.), на Всесоюзном семинаре «Водоподготовка и водный режим на тепловых станциях» (г. Москва, 1988 г.), на научно-технических конференциях Ярославского государственного технического университета в 1990-2000 гг., на 8-й и 9-й Международных научно-технических конференциях «Высокие технологии в экологии» (г. Воронеж, 2005 и 2006 гг.), на Первой Всероссийской научно-технической интернет-конференции «Экология и безопасность» (г. Тула, 2005 г.), на Национальной конференции по теплоэнергетике НКТЭ-2006 (г. Казань, 2006 г.).

Публикации. Основное содержание работы изложено в 46 научных работах, в том числе двух авторских свидетельствах СССР, патенте РФ и одной монографии.

Объем и структура работы. Диссертационная работа содержит 390 страниц, 86 рисунков, 81 таблицу и состоит из введения, шести глав, выводов, библиографического списка использованной литературы (367 наименований) и четырех приложений (общим объемом 50 страниц), в которых приведены акты о внедрении результатов научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ, результаты испытаний работ, программное обеспечение и другие материалы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, изложены цель и основные задачи исследования, научная новизна, практическая ценность и основные положения, выносимые на защиту.

Аналитический обзор и постановка задач исследований

Проведен анализ известных способов очистки газовых выбросов от органических растворителей. Отмечается, что в настоящее время одним из основных методов очистки газовых выбросов от органических примесей является их термическое разложение. Основной недостаток данного способа заключается в том, что безвозвратно теряются ценные продукты, которые могли бы вновь использоваться в различных технологических процессах. Использование других способов очистки газовых выбросов (адсорбционный, конденсационный) требуют значительного расхода энергоносителей.

Показано, что в настоящее время для очистки газовых выбросов от органических примесей все большее применение находят циклические абсорбционные процессы. Данные процессы отличаются простотой аппаратурного оформления, экономичны, позволяют вновь возвратить уловленные компоненты в технологический цикл.

Как следует из рассмотренного материала, основными причинами отсутствия в промышленной практике циклических процессов выделения и последующей утилизации и рекуперации органических растворителей из газовых, в том числе вентиляционных, потоков являются:

низкая массообменная эффективность абсорбционной аппаратуры и, как следствие, высокая ее стоимость;

значительное гидравлическое сопротивление абсорбционной аппаратуры, обусловливающее необходимость дополнительного компремирования подлежащего очистке газа и, как следствие, дополнительных капитальных и эксплутационных затрат;

недостаточная эффективность применяемых абсорбентов, затрудняющих абсорбцию и последующее выделение поглощенных компонентов в циклических процессах;

высокие энергозатраты на стадии регенерации абсорбента.

Проведенный анализ литературных источников показал, что добиться интенсификации процесса извлечения органических примесей из газовых выбросов можно в абсорберах, в которых в качестве контактного устройства используется регулярная насадка.

Одним из способов увеличения интенсивности газожидкостных массообменных процессов, и в первую очередь процесса массоотдачи в жидкой фазе, является расширение и использование в контактных устройствах зон с нестабилизированным режимом движения потоков, характеризующихся повышенной турбулизацией взаимодействующих фаз, что приводит к существенному повышению локальных коэффициентов массоотдачи. Такая интенсификация процесса массоотдачи, имеющая место на входных и выходных участках контактных устройств получила название концевого эффекта массообменного устройства.

Энергозатраты при регенерации насыщенного абсорбента существенно уменьшаются при совмещении процессов тепло- и массопереноса в одном аппарате, поэтому представляют интерес теплообменники, встроенные в барботажный слой ступени контакта.

Проведен анализ известных процессов выделения третичных амиленов из углеводородных смесей. Отмечается, что для выделения третичных амиленов из фракций нефтепереработки целесообразно использовать их повышенную реакционную способность. В литературе достаточно подробно освещены вопросы гидратации олефинов и дегидратации спиртов в присутствии минеральных кислот и ионообменных смол, однако, в присутствии карбоновых кислот данные процессы описаны мало, что касается кинетики гидратации третичных олефинов и дегидратации третичных спиртов, то здесь кинетические данные в основном относятся к изобутилену и трет-бутиловому спирту.

На основании анализа литературных данных были поставлены следующие задачи:

создание циклической схемы очистки газовых выбросов от органических растворителей, при которой реализуется принцип рационального использования природных ресурсов за счет возвращения уловленных компонентов в технологический процесс с подбором эффективного абсорбента;

загрузка...