Спосіб видалення нафталіну з газової фази

Реферат: Спосіб видалення нафталіну з газової фази охолодженням в теплообмінниках. Охолодження ведуть до конденсації нафталіну з наступною адсорбцією. UA 82961 U (54) СПОСІБ ВИДАЛЕННЯ НАФТАЛІНУ З ГАЗОВОЇ ФАЗИ UA 82961 U UA 82961 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до процесів хімічної технології і може бути використана для видалення нафталіну та його гомологів з газової фази. Нафталін - C10H8, тверда кристалічна речовина з характерним запахом. У воді не 3 розчиняється, але добре розчинний в органічних розчинниках. Щільність: 1,168 г/см (22 °C, 3 стан речовини - кристали) і 0,9625 г/см (100 °C, стан речовини - рідина); температура плавлення 80 °C; температура кипіння 218 °C; розчинність у воді: 0,003 (20 °C) і 0,00344 (25 °C) г/л, температура спалаху 79-87 °C, температура самозаймання 525 °C, молярна маса 128 г. Тривалий вплив нафталіну може викликати ушкодження або руйнування червоних кров'яних тілець. Нафталін класифікований як можливий канцероген, що викликає рак у людей і тварин. У людському організмі найчастіше концентрується в жировій тканині, де може накопичуватися до тих пір, поки жирова тканина не почне деградувати, що тягне попадання нафталіну в кров, після чого настає повне отруєння організму (кровотечі, виникнення пухлин і т.д.). 3 3 ГДК для нафталіну в повітрі: разова - 3 мг/м , робоча зона - 20 мг/м , середньодобова нульова, тобто просто не можна допускати таких умов роботи, коли постійно його пари знаходяться в повітрі. Гранично допустима концентрація в питній воді - про 0,01 мг/л, в природній воді - 0,004 мг/л. Відомі речовини і способи поглинання токсичних речовин з газової фази. Найбільш часто для поглинання нафталіну використовують процеси абсорбції різними рідинами. Добре відомим способом поглинання нафталіну є його уловлювання органічними розчинниками, найчастіше поглинальним маслом. Процес очищення коксового газу від нафталіну зазвичай в промислових умовах первинного охолодження газу до 30-20 °C ведуть в холодильниках з горизонтальними трубами, а також з наступним промиванням газу в скруберах Вентурі. Промивку здійснюють циркулюючої над смольною водою в одному або двом ступенях при обміні циклу газовим конденсатом, звільненим від смоли (зміст смоли в циркулюючої воді менше 2,5 г/л). Скрубери працюють в практично ізотермічному або незначному випарному режимах [1-2]. Ефективна кінцева концентрація, що досягається за цим методом, становить 0,83 0,4 г/м . Також відомими є способи видалення нафталіну з адсорбцією на активованому вугіллі [3], полімерних носіях [4], металах [5], цеолітах [6] та ін. Відомі способи очищення від вуглеводнів парогазового середовища, що утворюється при зберіганні нафтопродуктів, які включають подачу рідкого середовища в рідинно-газовий апарат і відкачування з ємності з нафтопродуктом парогазового середовища. При стиску в рідинногазовому апараті за рахунок енергії рідкого середовища і подачі утворилися суміші парогазового і рідкого середовищ в сепаратор, де відбувається розділення суміші на газоподібну фазу і рідке середовище з відведенням з сепаратора газоподібної фази і рідкого середовища. При цьому газоподібну фазу направляють в абсорбер, у який як адсорбент подають рідкі вуглеводні. Потім рідкі вуглеводні з розчиненими в них вуглеводнями газоподібної фази виводять з адсорбера, а очищений від вуглеводнів газ викидають в атмосферу [7-9]. Недоліком відомих способів є їх складне апаратурне оформлення, а також неможливість їх застосування для очищення парогазового середовища, що утворюється при зберіганні коксохімічної сировини, яке містить до 40 % і більше нафталіну, що кристалізується вже при 2030 °C. Відомий спосіб виділення нафталіну з прямого коксового газу, що включає охолодження газу з одночасним очищенням газу від нафталіну в кінцевих газових холодильниках. Подальше вилучення з коксового газу бензольних вуглеводнів і нафталіну здійснюють з використанням як абсорбенту кам'яновугільного поглинального або солярового масла в абсорберах насадок, заповнених хордової дерев'яною, металевою спіральної або регулярною плоскопаралельною і Z-подібною металевою насадками [10] - прототип. До недоліків цього способу обробки газу слід віднести: високі капітальні витрати на виготовлення обладнання, високі експлуатаційні витрати, пов'язані з необхідністю регулярного пропарювання обладнання, нестабільність гідравлічних режимів через заростання насадки відкладеннями. Ці способи недоцільно застосовувати і вони не застосовуються при уловлюванні вуглеводнів з парогазової суміші, в яких нафталін знаходиться в низькій концентрації. При використанні всіх перерахованих способів ступінь видалення нафталіну недостатній і їх використання не дозволяє досягати встановлених гранично допустимих концентрацій. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу видалення нафталіну з газової фази, в якому за рахунок нової дії та умов його здійснення досягається збільшення ступеня видалення нафталіну при зниженні витрат на здійснення способу. 1 UA 82961 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Для вирішення поставленої задачі в способі видалення нафталіну з газової фази шляхом охолодження її в теплообміннику, згідно з корисною моделлю, охолодження ведуть до конденсації нафталіну з подальшою його адсорбцією. При цьому, теплообмінник заповнюють насадкою, як таку використовують твердий діоксид вуглецю, активоване вугілля, шаруваті подвійні гідроксиди, кільця Рашига, кільця Паллі, сідла, хордових насадка і пр. Крім цього розмір елементів насадки зменшується в напрямку від входу газового потоку з нафталіном до виходу. Також в запропонованій корисній моделі для збільшення ефективності видалення нафталіну процес проводять у теплообміннику, охолоджуваному рідким азотом. Додатково в пропонованій корисній моделі для збільшення ефективності видалення нафталіну процес проводять у теплообміннику, охолоджуваному в протитоку рідким азотом, що випаровується, або твердим діоксидом вуглецю. Використання таких насадок, як кільця Рашига, активоване вугілля, шаруваті подвійні гідроксиди та ін дозволяє інтенсифікувати процес за рахунок істотного збільшення поверхні адсорбції. Використання як охолоджуючих речовин рідкого азоту або твердого діоксиду вуглецю дозволяє інтенсифікувати процес за рахунок глибокого охолодження та швидкої конденсації. Використання зменшуваного розміру елементів насадки в напрямку від входу газового потоку з нафталіном до виходу дозволяє інтенсифікувати процес за рахунок поліпшення газодинаміки потоку. Використання для охолодження рідкого азоту, що випаровується, або твердого діоксиду вуглецю дозволяє інтенсифікувати процес за рахунок високого ступеня перемішування газових потоків і глибокого охолодження одночасно. Спосіб здійснюється наступним чином. Приклад 1. Через трубчастий реактор прокачували сухе повітря з парами нафталіну. Концентрація нафталіну в повітрі склала 1,0 мкмоль/л. Повітря конденсувалось в U-подібному холодильнику з рідким азотом. Процес тривав 24 години, середньодобова концентрація нафталіну на виході склала 0,2 мкмоль/л. Приклад 2. Через трубчастий реактор, заповнений гранулами шаруватого подвійного гідроксиду 2 3 (масове відношення Mg/(Mg+Аl)=0,647; питома поверхня - 183 м /г, щільність - 0,67 г/см , форма гранул - циліндрична, висота - 4,44 мм; діаметр - 4,79 мм), прокачували сухе повітря з парами нафталіну. Концентрація нафталіну в повітрі склала 0,5 мкмоль/л. Повітря конденсувалось в Uподібному холодильнику з рідким азотом. Процес тривав 24 години, середньодобова концентрація нафталіну на виході склала 0,15 мкмоль/л. Приклад 3. В той же трубчастий реактор були завантажені вугільні гранули діаметром 4 мм, в сорочку подавався охолоджений розчин хлориду кальцію (температура на вході -13 °C, на виході 11 °C). Слідів нафталіну на виході методом газорідинної хроматографії виявити не вдалося. Приклад 4. У вертикальну колону з повітряною сорочкою діаметром 5 см і висотою 60 см були завантажені шматки сухого льоду розміром від 0,5 до 1 см. Продували потік сухого повітря з концентрацією нафталіну 15 мкмоль/л. Продування велося протягом 2-х годин. Слідів нафталіну на виході методом газорідинної хроматографії виявити не вдалося. Приклад 5. У вертикальну колону з повітряної сорочкою діаметром 5 см і висотою 60 см були завантажені скляні кульки діаметром 0,5 см. Знизу вгору продували потік сухого повітря з концентрацією нафталіну 50 мкмоль/л, зверху вниз продували рідкий азот, що природно випаровується. Продування велося протягом 24-х годин. Слідів нафталіну на виході методом газорідинної хроматографії виявити не вдалося. Таким чином, застосування запропонованого способу дозволяє добитися повного поглинання нафталіну з газової фази. Джерела інформації: 1. Назаров В.Г., Вшивцев В.Г., Галашев Р.Г. Очистка коксового газа от нафталина и тумана смолы в низконапорных форсуночных скрубберах Вентури. Кокс и химия, 1986. - № 3. - С. 3335. 2. Зубицкий Б.Д., Дьяков С.Н., Чимаров В.А. Очистка коксового газа от смолы и нафталина. Кокс и химия, 2002. - № 3. - С. 27-30. 2 UA 82961 U 5 10 15 20 3. Шопин В.М, Супонев К.В., Цеханович М.С. Способ и устройство улавливания углеводородов из парогазовой смеси. Патент РФ 2344870 4. Кошкин А.В. Сорбция паров нафталина на полимерных наночастицах с молекулярными отпечатками в оболочках. Российские нанотехнологии, 2012. - Т. 7, № 1-2. - С. 31-36. 5. Романовская Г.И., Оленин А.Ю., Васильева С.Ю. Концентрирование полициклических ароматических углеводородов химически модифицированными наночастицами серебра. Журн. физ. Химии, 2011. - Т. 85, № 2. - С. 327-331. 6. Заиченко Н.В. Моделирование статики и динамики адсорбции на цеолитах. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Уфа, 2008. 7. Цегельский В.Г. Способ очистки от углеводородов парогазовой среды, образующейся при хранении нефтепродукта или при наполнении им емкости, и установка для его осуществления, патент РФ № 2261829 8. Цегельский В.Г. Способ очистки от углеводородов парогазовой среды, образующейся при хранении нефти или при наполнении емкости нефтью, и установка для его осуществления. Патент РФ № 2276054 9. Цегельский В.Г. Способ очистки от углеводородов парогазовой среды, образующейся при хранении нефти или при наполнении емкости нефтью, и установка для его осуществления. Патент РФ № 2261830. 10. Тарасов Н.А., Мельников И.И. Освоение усовершенствованной схемы бензольного отделения цеха улавливания химических продуктов коксования. Кокс и химия, 2001. - № 12. - С. 24-29. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 1. Спосіб видалення нафталіну з газової фази шляхом охолодження в теплообмінниках, який відрізняється тим, що охолодження ведуть до конденсації нафталіну з наступною адсорбцією. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що використовують твердий діоксид вуглецю, активоване вугілля, шаруваті подвійні гідроксиди, кільця Рашига і пр. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що розмір елементів насадки зменшують в напрямку від входу газового потоку з нафталіном до виходу. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що теплообмінник охолоджують рідким азотом. 5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що теплообмінник охолоджують рідким азотом, що випаровується, або твердим діоксидом вуглецю. 6. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що процес проводять в потоці паркого рідкого азоту або твердого діоксиду вуглецю. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3