Пример из практики · Снижение содержания летучих органических соединений
Как специализированное высокотехнологичное предприятие, производящее органофтористые химикаты и полиакрилатные продукты, достигло удаления 97,61 тыс. тонн летучих органических соединений (ЛОС) и содержания неметановых углеводородов (НМУ) на выходе ниже 15 мг/Нм³ при расходе сложных многокомпонентных отходящих газов, содержащих тонкие химические вещества, 20 000 Нм³/ч — используя предварительную обработку щелочью и водой для удаления кислых газов и водорастворимых органических веществ, а затем регенеративный каталитический оксид (РКО) вместо окислительного термообработки (ОТ) на заключительном этапе окисления, что позволило уничтожить более 951 тыс. тонн ЛОС при температуре более 300°C с помощью взрывозащищенной установки, что невозможно при использовании химии открытого пламени ОТ.
RCO Каталитическое окисление
Взрывозащищенная зона
Производство органического фтора
Низкотемпературное окисление при 300°C
01 — Отраслевая информация и решение по вопросу RCO против RTO
Производство высококачественной химической продукции: три конкретные причины, по которым RCO заменяет RTO в этом применении.
Производство тонкой химии — это высокотехнологичный сектор, охватывающий фармацевтику, агрохимию, промежуточные продукты для красителей, пищевые добавки и высокоэффективные материалы. Для производства характерны многоступенчатые методы синтеза, использование разнообразных растворителей и небольшие объемы производства с высокой добавленной стоимостью. Предприятие, рассматриваемое в данном исследовании, — это провинциальное высокотехнологичное предприятие с годовой производственной мощностью 90 000 тонн органофтористых химических продуктов и 250 000 тонн полиакрилатных полимерных продуктов, имеющее развитую базу по производству органофтористых продуктов, базу по производству полимеризованных акрилатов и базу по производству материалов для литиевых батарей. Его органофтористые продукты (включая органофтористые сельскохозяйственные химикаты, фармацевтические промежуточные продукты и фторированные мономеры) и полиакрилатные продукты (дисперсионные клеи, эмульсионные полимеры) обслуживают рынки специализированных материалов со значительным ростом, обусловленным нормативными требованиями.
Решающим фактором при выборе технологии в этом проекте является предпочтение регенеративного каталитического окислителя (RCO) перед регенеративным термическим окислителем (RTO). В сводке опыта четко указаны три причины:
Почему RCO лучше, чем RTO: три документально подтвержденные причины
- 1
Производственная зона классифицируется как взрывозащищенная — установка РТО запрещена. Производственные цеха по выпуску фторорганических соединений и резервуарные парки работают в зонах, классифицированных как взрывозащищенные зоны ATEX (из-за наличия легковоспламеняющихся паров растворителей в окружающем воздухе). Технология RTO использует сжигание с открытым пламенем (горелка с температурой ≥760°C) для окисления летучих органических соединений. Установка оборудования для сжигания с открытым пламенем во взрывозащищенной зоне или рядом с ней нарушает требования классификации зон как директивы ATEX 2014/34/EU, так и стандарта IEC 60079. Технология RCO использует каталитическое окисление при температуре >300°C без открытого пламени; каталитическая реакция протекает без пламени, что делает установку RCO во взрывозащищенных зонах или рядом с ними соответствующей требованиям классификации зон. - 2
Концентрация газа умеренная с некоторыми колебаниями — RCO работает при более низкой температуре, что позволяет экономить энергию по сравнению с RTO. При концентрации неметановых углеводородов 500 мг/Нм³ отходящие химические газы в этой установке находятся ниже автотермического порога для RTO (≈2500–3000 мг/Нм³). Для прямого RTO потребовалась бы постоянная подача дополнительного природного газа для поддержания температуры 760°C, что привело бы к значительным текущим затратам на топливо. Для RCO требуется лишь приблизительно 300°C температуры катализатора, достижимая с помощью электрического нагревателя (установленная мощность 400 кВт) и каталитического экзотермического тепла при умеренной концентрации летучих органических соединений. Энергетические затраты на достижение и поддержание 300°C значительно ниже, чем на поддержание 760°C, особенно когда концентрация летучих органических соединений недостаточна для работы RTO в автотермическом режиме. - 3
Технология RCO повышает эффективность аккумулирования высокотемпературного тепла, снижая энергопотребление объекта. Регенеративные теплоаккумулирующие слои в системе RCO позволяют рекуперировать ≥951 TP3T каталитического тепла реакции (что, хотя и ниже по абсолютной температуре, чем в системе RTO, все же является значительным показателем). Рекуперируя это тепло для предварительного нагрева поступающего сырого газа, система RCO снижает потребление энергии электрическим нагревателем, необходимой для поддержания рабочей температуры катализатора в стационарном режиме производства. Это повышение эффективности рекуперации тепла, применяемое в системе RCO с более низкой температурой, обеспечивает лучшую общую энергетическую эффективность, чем система RTO при данном уровне концентрации летучих органических соединений.
02 — Профиль загрязнения
Многокомпонентные отходящие газы при обработке тонких химических веществ: содержание неметановых углеводородов 500 мг/Нм³, кислые газы, различные виды растворителей и взрывозащищенная зона.
Отходящие газы образуются одновременно из нескольких источников: выхлопные газы вакуумных насосов из цехов реакторов с органофторидами, отходящие газы реактора, выбросы от дыхания в резервуарной зоне, отходящие газы из цехов и резервуарных зон, а также отходящие газы очистных сооружений. Все потоки объединяются в общем коллекторе и обрабатываются как комбинированный газовый поток. Стандартный объем газа: 20 000 Нм³/ч; технологический объем: 22 196 Нм³/ч при 30°C. Мощность вентилятора: 55 кВт; давление вентилятора: 5000 Па; диаметр воздуховода: φ700 мм. Содержание O₂: 211 TP3T фактическое/базовое. Влажность: 401 TP3T.
Профиль летучих органических соединений (ЛОС) отражает разнообразие методов тонкого химического синтеза: циклогексан, ацетон, сложные эфиры, полиолы и множество других растворителей. В исходном газе не указаны ароматические соединения бензольного ряда (бензол, толуол, ксилол) в качестве основных компонентов, хотя предельные значения на выходе указывают на наличие бензола, толуола и ксилола, что предполагает присутствие следовых количеств в результате побочных реакций технологической химии. Общее содержание неметановых углеводородов составляет 500 мг/Нм³ — умеренная концентрация, ниже автотермического порога RTO, но подходит для каталитического окисления RCO. Компонент отходящих газов очистных сооружений содержит хлориды сульфидов и другие кислые соединения, которые требуют предварительной обработки щелочью перед RCO.
Классификация взрывозащищенных зон Критически важным ограничением является следующее: зона производства органофторидов и связанный с ней резервуарный парк классифицируются как взрывозащищенные зоны в соответствии с директивой ЕС ATEX 2014/34/EU. Эта классификация запрещает использование оборудования для сжигания с открытым пламенем (включая горелки RTO на природном газе, работающие при температуре ≥760 °C с запальной горелкой) в этих зонах или в непосредственно прилегающих местах без специальной проверки техники безопасности. Беспламенный каталитический механизм окисления RCO (электрический нагреватель доводит катализатор до температуры >300 °C; окисление происходит каталитически без пламени) совместим с близостью к взрывозащищенной зоне, что делает его единственной жизнеспособной технологией термического окисления для данной установки.
| Параметр | Начальная концентрация | Реальный магазин | Ограничение ЕС на самодельные взрывные устройства / NER |
|---|---|---|---|
| НМГК (общее количество ЛОС) | 500 мг/Нм³ | 12 мг/Нм³ (<15 онлайн) | СВУ ≤40 мг/Нм³ |
| Бензол | Следовые количества (технологическая химия) | 0,5 мг/Нм³ | СВУ ≤2 мг/Нм³ |
| Толуол | След | 3 мг/Нм³ | СВУ ≤5 мг/Нм³ |
| Ксилен | След | 4 мг/Нм³ | СВУ ≤8 мг/Нм³ |
| Кислотные газы (из отходящих газов сточных вод) | Присутствуют хлориды сульфидов. | Удаляется щелочной промывкой | — |
| Стандартный объем газа | 20 000 Нм³/ч | — | — |
| объем технологического газа | 22 196 Нм³/ч при 30 °C | — | — |
| Классификация зон участка | Взрывозащищенная зона (ATEX) | — | ATEX 2014/34/EU |
| Ежегодное снижение содержания летучих органических соединений | ~345 т/год | Подтверждено | — |
03 — Объяснение технологии RCO
Как регенеративное каталитическое окисление (РКО) обеспечивает уничтожение >95% летучих органических соединений при температуре >300°C без открытого огня
Регенеративное каталитическое окисление (РКО) использует катализатор для снижения энергии активации реакции окисления органических соединений, что позволяет полностью разрушить их при температурах 260–400 °C, а не 760–850 °C, необходимых для термического (некаталитического) окисления. Химия окисления аналогична той, что используется в РТО:
Катализатор обеспечивает альтернативный путь реакции с более низкой энергией активации, позволяя реакции протекать при 300 °C, а не при 760 °C. Структура системы RCO повторяет компоновку трехслойной системы RTO, используя тот же принцип регенерации керамического теплоаккумулирующего устройства для рекуперации ≥951 TP3T теплоты реакции и предварительного нагрева поступающего сырого газа. Разница заключается в том, что камера сгорания RTO заменена слоем катализатора в системе RCO, а температура сгорания заменена температурой активации катализатора.
Поток газа через RCO происходит следующим образом: газ проходит через предварительно нагретый керамический регенеративный теплоаккумулятор, поднимаясь от температуры окружающей среды до приблизительно 300 °C; предварительно нагретый газ контактирует с катализатором, где на поверхности катализатора каталитически протекает реакция окисления летучих органических соединений (ЛОС); горячие продукты окисления (CO₂, H₂O, тепло) выходят из каталитического слоя и проходят через второй керамический теплоаккумулятор, передавая свое тепло для предварительного нагрева следующего цикла поступающего газа. Электрический нагреватель (400 кВт установленной мощности; 150 кВт при запуске; 420 кВт при холодном пуске) обеспечивает начальный нагрев для доведения системы до рабочей температуры катализатора, после чего экзотермическая каталитическая реакция поддерживает температуру без внешнего подвода энергии (при достаточной концентрации ЛОС).
Краткий обзор сравнения RCO и RTO.
| Особенность | РТО | РКО (Этот проект) |
|---|---|---|
| Механизм окисления | Термический (открытое пламя) | Каталитический (беспламенный) |
| Рабочая температура | 760–850°C | >300°C |
| пригодность для взрывозащищенной зоны | Не подходит (для открытого огня) | Подходит (без пламени) |
| Энергетическая ценность при низкой концентрации летучих органических соединений | Высокая температура (необходимо нагреть до 760°C) | Более низкая температура (всего 300°C) |
| эффективность рекуперации тепла | ≥95% | ≥95% |
| эффективность удаления летучих органических соединений | ≥99% | ≥95% |
| Срок службы / стоимость катализатора | Н/Д (без катализатора) | Стоимость замены катализатора за 3–5 лет |
| Устойчивость к галогенированным летучим органическим соединениям | Устойчивость (при использовании теплообменника/скруббера) | Чувствительный (отравляет катализатор) |
| Автотермический порог | ≈2500–3000 мг/Нм³ | Более низкий (≈800–1200 мг/Нм³) |
04 — Раствор для лечения
Щелочная промывка + промывка водой + RCO: предварительная обработка защищает катализатор; RCO обеспечивает беспламенное взрывобезопасное окисление.
Трехступенчатая технологическая цепочка повторяет принцип предварительной обработки в фармацевтической промышленности (вариант 22), но на заключительном этапе окисления RCO заменяет RTO. Этапы предварительной обработки защищают катализатор RCO от кислых газов и водорастворимых органических веществ, которые могут повредить или деактивировать поверхность катализатора. Затем RCO обеспечивает уничтожение >95% ЛОС при температуре >300°C без открытого пламени, что запрещено классификацией взрывозащищенной зоны.
Этап 1: Щелочная промывка (удаление кислых газов)
Газ из всех источников сбора поступает на стадию щелочной промывки. Отходящие газы очистных сооружений содержат хлориды сульфидов и кислые соединения, образующиеся в результате биологической очистки. Эти кислые газовые компоненты, достигнув катализатора RCO, отравят его поверхность, заняв активные участки соединениями серы или хлора. Щелочная промывка удаляет эти компоненты путем абсорбции в растворе NaOH, защищая катализатор. Щелочная промывка также является первичной предварительной обработкой любых кислых газов, образующихся в процессах производства органофтористых соединений.
Этап 2: Промывка водой (удаление водорастворимых органических веществ и контроль влажности)
Газ после щелочной промывки поступает на стадию промывки водой для дальнейшего удаления водорастворимых органических соединений и регулирования влажности. Высокая влажность в комбинированном газе (40%) может снизить активность катализатора RCO, конкурируя с адсорбцией летучих органических соединений на активных центрах катализатора и способствуя реакциям гидролиза, которые ухудшают химический состав поверхности катализатора. Промывка водой в сочетании с регулированием температуры перед подачей RCO (требование к температуре на входе ≤40 °C) обеспечивает поступление газа в каталитический слой при правильной температуре и влажности.
Смешанный газ из всех источников (вентилятор, резервуарный отсек, цех, сточные воды) собирается через коллектор, объединяющий газ из вентилятора и вентиляционного помещения, газ из резервуарного отсека и отходящие газы здания в общий газосборный коллектор. Поскольку отходящие газы сточных вод содержат кислотные группы (хлориды сульфидов), они проходят предварительную обработку щелочной и водной промывкой. Под действием вентилятора газ быстро заполняет входной контур, затем отводится снизу вверх в зону скруббера. На поверхности насадки газообразные компоненты отделяются от жидкого NaOH, кислый газ адсорбируется щелочной промывочной жидкостью и стекает вниз в резервуар с жидкостью. На распылительной секции над насадкой газ равномерно поднимается и попадает в один слой распыляемого материала. На распылительной секции газ и жидкость равномерно распределяются и тесно контактируют друг с другом в процессе распыления; абсорбер обрабатывает остаточные распыляемые туманы. Газ поднимается в верхнюю распылительную секцию, затем поступает в туманоуловитель. Под действием туманоуловителя и силы тяжести туман, образующийся в секции распыления, удаляется, а отделенная вода стекает вниз вдоль внутренней стенки абсорбера в резервуар для хранения пульпы. Газ поступает из второго охлаждающего туманоуловителя с различной плотностью распыления. Давление распыления в двух секциях различно, концентрация распыляемого вещества охватывает весь диапазон распыления, и таким образом поддерживается стабильность жидкого абсорбирующего газа. Благодаря контролируемому потоку воздуха и времени заполнения в этом процессе газ удаляется и отстаивается, после чего возвращается в систему сжигания RCO для нагрева. Концентрация обработанного газа после промывки водой относительно стабильна, и газ может достигать уровня выбросов.
Этап 3: Регенеративный каталитический окислитель (РКО, >300°C)
Предварительно очищенный газ поступает в установку RCO. Электрический нагреватель доводит систему до рабочей температуры катализатора (>300°C) во время запуска. В режиме стационарного производства при 500 мг/Нм³ NMHC экзотермическое каталитическое окисление обеспечивает подвод тепла для поддержания температуры катализатора, снижая или исключая нагрузку на электрический нагреватель. Ключевые параметры установки RCO: расход 20 000 м³/ч; температура на входе ≤40°C; эффективность обработки >95%; термическая эффективность >95%; температура катализатора >300°C; объем катализатора 3,1 м³; мощность камеры сгорания 2 100 000 ккал/ч; мощность электрического нагревателя 400 кВт; энергия запуска 150 кВт·ч; энергия холодного запуска 420 кВт·ч; перепад давления в системе <3000 Па; вес оборудования 80 т; габариты 30×7 м.
Вакуум + Резервуар
Отходящие газы WW
H₂S + Кислота
Удаление газа
растворимый в H₂O
Влажность ↓
>300°C
Без пламени
12 мг ЛОС
97.6%
⭐ RCO использует беспламенное каталитическое окисление — подходит для взрывозащищенных зон, где запрещено использование RTO с открытым пламенем.
Технические характеристики оборудования
| Элемент | Спецификация |
|---|---|
| Технологический процесс RCO | 20 000 м³/ч; температура на входе ≤40°C; температура катализатора >300°C; площадь основания 30×7 м; 80 т |
| Технологическая/тепловая эффективность | >95% / ≥95% |
| объем катализатора | 3,1 м³ (двухъярусная конфигурация) |
| рейтинг камеры сгорания | 2 100 000 ккал/ч |
| Электрический обогреватель | Установленная мощность 400 кВт; пусковая мощность 150 кВт; холодный пуск 420 кВт. |
| Фанат RCO | 45 кВт |
| Суммарная электрическая мощность | Установленная мощность 445 кВт (380 В, 50 Гц, 3 фазы) |
| Сжатый воздух | 25 м³/ч (P: 0,6–0,8 МПа) |
| Годовые затраты на электроэнергию | Потребление 36 кВт·ч/ч; 29 юаней/ч; 8000 ч/год = приблизительно 232 000 юаней/год |
| Ежегодные затраты на сжатый воздух | 60 м³/ч; 12 юаней/ч; 8000 ч = приблизительно 96 000 юаней/год |
| Общие годовые операционные расходы | 328 000 юаней/год (328 000 юаней/год) |
05 — Основные преимущества
Пять причин, почему RCO — правильный выбор для применения в зонах взрывозащищенного хранения мелкодисперсных химических веществ, содержащих летучие органические соединения.
- ✓
Беспламенное каталитическое окисление — единственный жизнеспособный метод термической обработки в открытой системе для взрывозащищенных зон: Директива ATEX 2014/34/EU требует, чтобы все оборудование во взрывозащищенных зонах было спроектировано и сертифицировано таким образом, чтобы предотвращать воспламенение взрывоопасных атмосфер. Горелки RTO, работающие при температуре ≥760°C с непрерывным запальным пламенем, по своей природе не соответствуют требованиям сертификации оборудования ATEX для взрывоопасных зон 1 или 2. Электрический нагреватель RCO (который может быть выполнен в соответствии с классификацией ATEX Ex-d или Ex-e) и каталитический слой (не имеющий внутренних источников воспламенения) могут быть спроектированы в соответствии с требованиями ATEX для установки в зоне 2. Для любого предприятия по производству тонкой химии, где система обработки летучих органических соединений должна располагаться внутри или рядом с классифицированными взрывоопасными зонами, RCO является единственным вариантом технологии регенеративного термического окисления. - ✓
Более низкая рабочая температура (300°C против 760°C) значительно снижает энергию запуска и тепловые потери в установившемся режиме: Электрический нагреватель RCO требует нагрева керамических слоев и катализатора всего до 300 °C во время запуска, в отличие от температуры камеры сгорания RTO, составляющей 760 °C. При 300 °C теплопотери из системы в окружающую среду значительно ниже, чем при 760 °C (теплопотери зависят от разницы температур по отношению к окружающей среде), что снижает потребность в энергии для компенсации этих потерь в стационарном режиме. Это делает RCO особенно экономичным в периоды частичной нагрузки, когда концентрация летучих органических соединений недостаточна для полного поддержания температуры катализатора только за счет экзотермической реакции. - ✓
Предварительные этапы щелочной и водной промывки перед RCO защищают катализатор от отравления и обеспечивают длительный срок его службы: Катализатор RCO (обычно драгоценный металл или оксид металла, нанесенный на керамический носитель) чувствителен к дезактивации соединениями серы, хлоридными соединениями и высококипящими органическими примесями, которые осаждаются на поверхности катализатора и блокируют активные центры. Щелочная промывка удаляет сульфиды и кислые хлоридные газы из отходящих газов очистных сооружений до того, как они достигнут катализатора; промывка водой удаляет водорастворимые органические вещества. В совокупности эти этапы предварительной обработки обеспечивают относительно чистую и сухую среду, поступающую в катализатор RCO, продлевая срок службы катализатора с 1–2 лет, как правило, без предварительной обработки, до 3–5 лет при надлежащей предварительной обработке. - ✓
При удельной теплоемкости 500 мг/Нм³ автотермический порог RCO достигается при температуре 300°C — при нормальной производственной нагрузке внешнее топливо не требуется: Автотермический порог для RCO (минимальная концентрация ЛОС, при которой каталитическое экзотермическое выделение тепла достаточно для поддержания температуры катализатора без внешнего электрического нагревателя) составляет приблизительно 800–1200 мг/Нм³ для типичных смесей тонких химических растворителей при 300°C. При входной концентрации 500 мг/Нм³ в данной установке система работает вблизи или на автотермической границе: электрический нагреватель обеспечивает некоторое дополнительное питание для поддержания температуры катализатора. Фактическое потребление электроэнергии составляет 36 кВт·ч/ч — значительно меньше, чем мощность нагревателя при полной нагрузке 400 кВт, что подтверждает существенный вклад каталитической экзотермической реакции в поддержание температуры. По сравнению с RTO, требующим постоянного дополнительного топлива при этой концентрации ЛОС, энергоэкономика RCO значительно лучше. - ✓
97.6% Удаление летучих органических соединений из сложных многокомпонентных отходящих газов тонкого химического производства демонстрирует эффективность RCO при различных профилях растворителей: Входная производительность 500 мг/Нм³ и выходная производительность 12 мг/Нм³ (удаление 97,61 TP3T) включает в себя очень разнообразную смесь летучих органических соединений (ЛОС): циклогексан, ацетон, сложные эфиры, полиолы и множество других соединений, полученных различными путями синтеза на одном и том же производственном предприятии. Каждое из этих соединений имеет различную кинетику каталитического окисления и различное адсорбционное поведение на поверхности катализатора. Достижение общей эффективности удаления >951 TP3T по всей этой смеси при 300 °C подтверждает, что состав катализатора выбран соответствующим образом для специфического профиля ЛОС в данном применении тонкой химии.
06 — Результаты оперативной деятельности
Подтвержденные показатели эффективности: содержание неметановых углеводородов <15 мг/Нм³ в режиме онлайн, статус предприятия класса B, снижение выбросов летучих органических соединений на 345 т/год.
После ввода в эксплуатацию данные онлайн-мониторинга ЛОС стабильно показывают значения ниже 15 мг/м³, что соответствует требованиям местного разрешения в 60 мг/м³. Предприятие получило классификацию выбросов предприятия класса B. Годовые эксплуатационные расходы при 8000 часах работы: электроэнергия 29 юаней/ч (36 кВт·ч/ч при 0,8 юаней/кВт·ч) = приблизительно 232 000 юаней; сжатый воздух 12 юаней/ч (60 м³/ч при 0,2 юаней/м³) = приблизительно 96 000 юаней; итого приблизительно 328 000 юаней/год (328 000 юаней).
07 — Меры предосторожности при внедрении
Важные инженерные и оперативные уроки для применения RCO в тонкой химии
- 🚫
Отравление катализатора необратимо — этапы предварительной обработки щелочной и водной промывкой должны постоянно поддерживаться в надлежащем состоянии: Если сульфидные или хлоридные соединения из отходящих газов сточных вод в значительных количествах достигают катализатора RCO, они навсегда занимают активные центры, снижая активность катализатора таким образом, что это снижение необратимо путем регенерации. После отравления катализатор необходимо заменить — что сопряжено со значительными затратами и длительным простоем. Этапы предварительной промывки должны поддерживаться как критически важное оборудование для безопасности катализатора RCO, а не просто как этапы снижения выбросов. Необходимо постоянно контролировать pH на выходе щелочного раствора и еженедельно проверять концентрацию NaOH. Любое прерывание подачи NaOH, позволяющее неочищенным отходящим газам сточных вод достигать катализатора, представляет собой прямой риск отравления катализатора. - ⚠️
Галогенированные растворители, вводимые в газовый поток при новых производственных процессах, отравляют катализатор RCO — никогда не принимайте новые методы синтеза с использованием хлорированных или фторированных растворителей без инженерной экспертизы: Катализатор RCO в данной установке разработан для текущего газового профиля (циклогексан, ацетон, сложные эфиры, полиолы — без галогенированных растворителей). Если в производственный график будет добавлен новый синтетический маршрут с использованием хлорированных растворителей (ДХМ, хлороформ) или фторированных растворителей (ГХФУ, ГФУ), галогенированные растворители достигнут катализатора (обходя щелочную промывку, которая удаляет H₂S и кислые газы, но не нейтральные галогенированные растворители) и необратимо деактивируют катализатор. Процедура управления изменениями должна предусматривать инженерную проверку любого нового вида растворителя до его введения в систему сбора газа. - ⚠️
Активность катализатора RCO необходимо периодически контролировать, а замену катализатора следует производить заблаговременно, до того, как его активность упадет ниже порогового значения эффективности: В отличие от керамического теплоаккумулирующего слоя RTO (который не деактивируется химически), катализатор RCO постепенно теряет активность по мере того, как его активные центры со временем заполняются продуктами реакции и следовыми примесями. Это нормальный механизм деградации, а не отказ системы. Срок службы катализатора обычно составляет 3–5 лет при надлежащей предварительной обработке. Контролировать каталитическую активность следует косвенно, отслеживая зависимость между потреблением электрического нагревателя (показатель вклада катализатора в поддержание температуры) и концентрацией летучих органических соединений (ЛОС) на выходе с течением времени. Когда потребление нагревателя возрастает при заданной концентрации ЛОС на входе (что указывает на то, что катализатор выделяет меньше экзотермического тепла) и/или когда начинает расти концентрация неметановых углеводородов (НМУ) на выходе, следует планировать замену катализатора до того, как концентрация на выходе приблизится к предельно допустимой концентрации. - ⚠️
Перед внесением каких-либо изменений в систему RCO или в расположенные рядом производственные объекты необходимо проверить классификацию зон ATEX: Классификация зоны ATEX, обосновавшая выбор технологии RCO, была установлена на этапе первоначального проектирования системы. Если последующие модификации производственного объекта (новое хранилище растворителей, новые вентиляционные отверстия реактора, изменения в конструкции вентиляции) изменяют классификацию зоны или границы зоны, необходимо пересмотреть соответствие установки RCO требованиям ATEX. При модификации электрического нагревателя RCO, двигателей вентиляторов или контрольно-измерительных приборов необходимо использовать сертифицированные по ATEX компоненты, если система находится в классифицированной зоне, а не стандартные промышленные компоненты.
08 — Основные выводы из инженерной практики
Четыре урока, извлеченные из этого проекта по восстановлению и переработке тонкой химии.
- !
Классификация зон ATEX является жестким ограничением, определяющим выбор технологии до того, как станет возможным какое-либо экономическое сравнение или сравнение эффективности — установка RTO в взрывозащищенных зонах невозможна без фундаментальной переработки классификации зоны или системы сгорания. В этом проекте решение о выборе технологии начиналось не со сравнения эффективности или стоимости RCO и RTO, а с ограничения, связанного с тем, что место установки является взрывозащищенной зоной. Это ограничение исключает RTO из рассмотрения еще до оценки каких-либо других факторов. Инженеры, начинающие проектирование систем снижения выбросов летучих органических соединений для производства тонкой химии, нефтехимической продукции или растворителей, должны в качестве первого инженерного шага определить классификацию зоны ATEX предполагаемого места установки, прежде чем выбирать какую-либо технологию очистки. - 2
RCO экономически предпочтительнее RTO для потоков летучих органических соединений средней концентрации (200–1500 мг/Нм³), не содержащих галогенов, даже за пределами взрывозащищенных зон, поскольку более низкая рабочая температура снижает энергозатраты. Преимущество RCO перед RTO в плане энергообеспечения возрастает по мере снижения концентрации ЛОС: при очень низких концентрациях (ниже 200 мг/Нм³) ни RTO, ни RCO не работают эффективно без внешнего нагрева; при умеренных концентрациях (200–1500 мг/Нм³) RCO при 300°C требует значительно меньше дополнительной энергии, чем RTO при 760°C; при высоких концентрациях (выше 3000 мг/Нм³) RTO может работать в автотермическом режиме, в то время как RCO уже близок к автотермическому режиму. Точка перехода, при которой RTO становится экономически предпочтительнее RCO, составляет приблизительно 3000–5000 мг/Нм³ — выше которой более высокая эффективность разложения RTO (≥99% против ≥95%) и более простая конструкция без катализатора оправдывают более высокую рабочую температуру. - 3
Риск отравления катализатора галогенированными и сульфидными соединениями является основным техническим ограничением, определяющим применимость RCO — оцените этот риск, прежде чем указывать RCO в качестве материала для производства тонких химических продуктов. RCO подходит для данного применения, поскольку: (а) кислые газы (хлориды сульфидов) удаляются щелочной промывкой перед катализатором; (б) основные летучие органические соединения (циклогексан, ацетон, сложные эфиры, полиолы) не образуют продуктов сгорания, отравляющих катализатор; (в) в текущем графике производства отсутствуют галогенированные растворители. Если какое-либо из этих трех условий изменится, срок службы катализатора RCO окажется под угрозой. Эта оценка должна быть проведена до выбора RCO в качестве основного катализатора, и процедура управления изменениями должна поддерживать эти условия на протяжении всего срока службы системы. - 4
Общая стоимость в 328 000 юаней в год при производительности 20 000 Нм³/ч и КПД 97,6% демонстрирует, что RCO может обеспечивать высокую эффективность при умеренных затратах даже при средней концентрации ЛОС, без экстремально низких затрат, характерных для автотермического режима работы при высокой концентрации. Стоимость в 328 000 юаней в год (приблизительно 4,1 юаня за тысячу обработанных м³ в час) выше, чем в битумной промышленности (случай 26: 0,6 юаня/тысячу м³/ч при высокой концентрации ЛОС), но значительно ниже, чем в фармацевтической промышленности (случай 22: приблизительно 10 юаней/тысячу м³/ч со сложной цепочкой очистки). Стоимость RCO при умеренной концентрации ЛОС представляет собой разумный компромисс между простыми автотермическими случаями с высокой концентрацией и сложными случаями с низкой концентрацией, требующими предварительной концентрации цеолитом.
09 — Часто задаваемые вопросы
Снижение содержания летучих органических соединений методом тонкого химического обеззараживания с помощью RCO: ответы на десять вопросов.
Вопросы от специалистов по экологическому лицензированию, инженеров-технологов и групп по охране труда и окружающей среды на предприятиях, занимающихся производством тонкой химии, металлоорганических соединений и специальных химикатов, планирующих внедрение систем снижения выбросов летучих органических соединений (ЛОС) с использованием RCO или RTO в соответствии с требованиями директив ЕС IED / ATEX / Постановления Нидерландов о деятельности.
Необходимо провести работы по снижению содержания летучих органических соединений во взрывоопасной зоне?
Изучите решения RCO и RTO для снижения содержания летучих органических соединений в тонкой и специальной химической промышленности.
От беспламенного RCO для применения в тонком химическом производстве во взрывозащищенных зонах до трехсекционные системы РТО Для снижения концентрации летучих органических соединений в высоких концентрациях наша инженерная команда подбирает подходящую технологию с учетом химического состава вашего газа, классификации зон и экономических показателей эксплуатации.
