Спосіб уловлювання фенолів із газу

Изобретение относится к очистке газов от фенолов и может найти применение во многих отраслях промышленности при очистке отходящих газов. Известен способ улавливания фенолов из газа путем орошения в двух последовательно соединенных барботажных колоннах в противотоке надсмольной воды. (А.с. СССР №144023, НКИ 39 в). Указанный способ отличается повышенной энергоемкостью и недостаточно высокой степенью очистки. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ улавливания фенолов и дифенолов из коксового газа, заключающийся в контактировании горячего газа с водой в скруббере с образованием водного раствора этих веществ, подаче раствора в вакуумную перегонную установку для отгонки фенольной фракции с использованием тепла коксового газа для перегонки, выделения из раствора фракции дифенолов с возвратом раствора в скруббер. (Патент США №3203874, нац.кл. 202-52). В указанном способе расход воды на улавливание фенолов не зависит от концентрации фенолов, в газе, а определяется технической характеристикой абсорбера, это приводит к перерасходу воды, а следовательно и к повышению энергозатрат. Кроме того, не предусмотрено регулирование степени очистки газа от фенолов. Задачей настоящего изобретения является обеспечение заданной степени очистки газа и сокращение энергоемкости процесса очистки. Поставленная задача решается тем, что в способе улавливания фенолов из газа, включающем контактирование газа с водой, удаление из воды сорбированного фенола и возврат очищенной воды на контакте газом, воду подают в количестве, определяемом из соотношения: где Ож - количество воды, подаваемой на орошение; Qг - количество очищаемого газа; Сисх. - исходная концентрация фенолов в газе; Скон. - остаточная концентрация фенолов в газе; К = (1,6-5,8) х 10-5, коэффициент характеризующий влияние температуры воды на процесс улавливания фенола, При этом концентрацию фенолов в циркулирующей воде поддерживают равной 0,1 - 0,5 мг/л. Отличительные признаки предлагаемого способа позволяют регулировать степень очистки газа за счет подачи на улавливание определенного количества воды со строго заданной остаточной концентрацией фенолов, а следовательно, обеспечивают подачу только необходимого количества воды, исключают случаи ее перерасхода и сокращают энергоемкость процесса. Сущность способа заключается в следующем: технологические газы (коксовый, аспирационный воздух и др.), содержащие фенолы в количестве до 200 мг/м3, подвергают орошению циркулирующей водой в массообменном аппарате (абсорбер, скруббер, колонна) очищенный газ выбрасывается в атмосферу или используется для дальнейшей переработки, а вода с сорбированными в ней фенолами поступает на очистку, например биохимическим способом до остаточного содержания в ней фенолов на уровне 0,1 - 0,5 мг/л. После очистки вода до заданной остаточной концентрации фенолов и осветления ее в отстойнике, возвращается в оборотный цикл на орошение. Расход циркулирующей в оборотном цикле воды контролируется расходомером. Для наглядности на фиг. 1 приведена схема осуществления предлагаемого способа. Пример осуществления способа, Способ осуществляли в лабораторных и опытно-промышленных условиях при расходах воздуха, загрязненного фенолом равных 0,02 м3/час и 14500 м3/час соответственно. Состав очищаемого газа был следующий: а) при исследованиях в лабораторных условиях - содержание фенола - 20 мг/м3 б) при исследованиях в опытно-промышленных условиях - содержание фенола - 5 мг/м3 - содержание формальдегида - 4 мг/м3 - содержание метанола - 3 мг/м3 - содержание NH3 - 5 мг/м3. Газ указанного состава в количестве 0,02 м3/час подавали в лабораторный 3х ступенчатый абсорбер. Зная требования к остаточной концентрации фенолов в очищенном газе, экспериментально определяли необходимый расход воды на орошение и подавали ее противотоком в абсорбер, поддерживая концентрацию фенолов в циркуляционной воде 0,1 -0,5 мг/л, Характеристика абсорбера. Лабораторный абсорбер представлял собой стеклянный цилиндр диаметром 80 мм и высотой 400 мм с тремя тарелками, позволяющими осуществлять оросительно-барботажный режим контактирования газовой и водяной фаз. Опытно-промышленный абсорбер представлял собой абсорбционную колонну с подвижной насадкой, в которой размещены три опорно-распределительные массообменные решетки с шаровой насадкой и 3 гидроэффузионные форсунки для распыления воды. Кроме этого абсорбер снабжен центробежным каплеуловителем и жалюзийным сепаратором. Воду после контакта с газом подавали на биохимическую регенерацию, которая осуществлялась с помощью фенолразрушающих культур микроорганизмов. Биорегенерацию циркуляционного раствора до заданной концентрации по фенолам (0,1-0,5 мг/л) проводили по известному способу с добавкой биогенного питания (ортофосфорной кислоты). Из аэротенка 2 циркуляционную воду подавали на осветление в отстойник 3 для разделения активного ила и циркулирующей воды. После осветления через расходомер воду возвращали в абсорбер. Химический состав воды, подаваемой на абсорбер был следующим: - содержание фенола - 0,1 - 0,5 мг/л. Первоначально были проведены эксперименты по обоснованию правомерности выбора диапазона изменения расхода воды, подаваемой для улавливания фенолов из газа. Концентрация фенолов в циркуляционной воде поддерживалась равной 0,1 - 0,5 мг/л, расход очищаемого газа 15000 м3/ч, исходная концентрация фенола в газе 20 мг/м3; К = 1,6 х 10-5 (соответствует t° = 20°С). Полученные данные приведены в таблице 1. Приведенные в таблице 1 данные описываются зависимостью: или ее модифицированным выражением (используемым для масштабирования процесса): Поскольку расход воды прямо пропорционален расходу очищаемого газа, для оценки и масштабирования процесса удобнее пользоваться модифицированным уравнением, в котором отношение Ож/Qг представляет собой удельный расход воды или степень орошения, л/м3. Аналогичные данные, описываемые данным уравнением получены и при других расходах газа и содержанию в нем фенолов (в том числе и на лабораторной установке). При этом расход воды изменялся пропорционально расходу газа, но степень орошения соответствовала степени очистки. Анализ данных таблицы 1 свидетельствует, что заданную степень очистки (или остаточное содержание фенолов в очищаемом газе) можно обеспечить только при том расходе воды, подаваемой на орошение, которая удовлетворяет соотношению: В том случае, когда вода поступает с меньшим расходом степень очистки уменьшается. Если же вода поступает с большим расходом, то несмотря на увеличение степени очистки, возрастают затраты на реализацию процесса. Так, например, если ставится задача очистки 15000 м3/ч воздуха с содержанием фенола 20 мг/м3 до остаточного содержания фенола 0,2 мг/м3 (степень очистки 99%), то для этого необходимо подать на орошение 25,0 м3/час воды (т.е. степень орошения составит 1,65 л/м3). При меньшем расходе воды остаточное содержание будет превышать значение 0,2 мг/м3. Большой расход воды позволит достичь более высокой степени очистки, но экономически это увеличение расхода нецелесообразно. Для определения интервала значений коэффициента, К, характеризующего влияние температуры на процесс улавливания фенола водой провели серию экспериментов, результаты которых представлены в таблице 2. Исследования проводили на лабораторной установке, расход газа составлял 0,02 м3/ч, содержание фенола в газе 20 мг/м3 расход воды на орошение составил в соответствии с заявляемой зависимостью 33 мл/ч (степень орошения 1,65 л/м3), концентрация фенола в воде поступающей на орошение составляла 0,1 мг/л. Анализ данных таблицы 2 свидетельствует, что оптимальные значения коэффициента К соответствуют интервалу 20 - 40°С. Более низкие значения К можно получить при дополнительных затратах энергии на охлаждение циркулирующей воды, что экономически не оправдывает процесс, а значения К, которые соответствуют t° превышающей 40°С приводят к снижению степени очистки. Далее были проведены эксперименты по обоснованию правомерности выбора диапазона изменения остаточной концентрации фенолов в циркулирующей воде. Расход циркуляционной воды, при этом, был равен (Ож = 5,0 м3/ч), Qг = 15000 м3/ч, значение К = 1,6 х 10-5, исходная концентрация фенолов в газе Сисх. = 20 мг/м3. Полученные данные приведены в таблице 3. Анализ данных таблицы 3 свидетельствует, что оптимальный интервал значений содержания фенола в воде подаваемой на орошение составляет 0,1 - 0,5 мг/л. Достичь более низких значений концентраций фенола в воде экономически нецелесообразно, а более высокие значения приводят к снижению степени очистки. Сравнительные данные, характеризующие способы известный по прототипу и предлагаемый приведены в таблице 4. Как видно из таблицы 4 предлагаемый способ позволяет получать заданную степень очистки газа от фенолов при меньших затратах на абсорбент (меньшей энергоемкости процесса).