Введение к работе
Актуальность темы. Проблема охраны окружающей среды от загрязнения промышленными выбросами и твердыми отходами в целлюлозно-бумажном и гидролизном производствах во многом может быть решена путем максимального использования липшнсодержащих отходов (ЛО ), количество которых составляет около 10 млн. т/год.
В настоящее время известно достаточно много способов утилизации ЛО. Однако, в основном, эти способы предусматривают использование ЛО в качестве добавок к различным сырьевым шихтам или композициям. Не уменьшая значимости известных направлений утилизации ЛО, следует отметить, что их реализация в промышленном масштабе позволяет сократить количество ЛО не более чем на 30%. Основная же часть ЛО сжигается как котельное топливо или вывозится в отвал.
С учетом этого, актуальными представляются способы утилизации, ориентированные на применение ЛО в качестве основного сырьевого материала для производства товарных продуктов, пользующихся спросом. Одним из рациональных и эффективных направлений утилизации ЛО является получение на их основе активных углей, используемых для решения различных природоохранных и технологических задач. Спрос на такие материалы в России удовлетворяется только на 69%.
Известные в настоящее время технологии производства активных углей из гидролизного лигнина, лигносульфонатов, шлам-лигнина, опилок, коры не находят широкого распространения. Возможными причинами этого являются, как малый ассортимент получаемых активных углей, которые, в основном, производятся в порошкообразном виде и предназначены для очистки сточных вод, так и отсутствие надежной информации о свойствах углей, проявляемых ими в конкретных условиях их применения.
Одним из возможных направлений расширения ассортимента производимых на основе ЛО активных углей и областей их использования является получение на основе ЛО гранулированных химически активных адсорбентов и применение их для очистки выбросов в атмосферу от загрязняющих веществ, в частности, от оксидов азота, присутствующих в дымовых газах содорегенерационных и энергетических котлоагрегатов, в вентиляционных выбросах ремонтно-механических цехов.
Оксиды азота ( NOx) относятся к типичным загрязняющим веществам второго класса опасности. Основным методом обезвреживания газов от NOx является в настоящее время метод каталитического дожигания, требующий при реализации существенных энергетических затрат. В ряде слу-
чаев, особенно при очистке otNOx низкотемпературных и низкоконцентрированных выбросов, эти затраты могут быть значительно снижены путем замены промышленных катализаторов на химически активные адсорбенты (хемосорбенты) и организации процесса обезвреживания газов от NOx по адсорбционно-каталитическому методу.
Диссертационная работа выполнена на кафедре охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов Санкт-Петербургского государственного технологического университета растительных полимеров в период 1993-1996 г. в соответствии с Государственной научно-технической программой "Комплексное использование и воспроизводство древесного сырья".
Цель и задачи исследования:
Цель работы состояла в получении на основе ЛО окисленных активный углей, изучении их основных характеристик и адсорбционных свойств, а также в разработке способа применения окисленных лигнинных активных углей в системах очистки газовых выбросов от NOx.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить ряд конкретных задач:
1.Получить на основе лигнинсодержащих отходов гранулированные угли парогазовой активации.
-
Определить условия окисления, обеспечивающие использование активных лигнинных углей для очистки газовых выбросов.
-
Исследовать пористую структуру и общие свойства поверхности окисленных лигнинных активных углей.
-
Изучить адсорбционную и каталитическую активности окисленных лигнинных активных углей по отношению к оксидам азота.
-
Разработать способ очистки газовых выбросов от NOx с использованием в качестве адсорбента окисленного лигнинного активного угля.
Научная новизна работы:
определено, что существует экстремальное значение окисленности поверхности активного лигнинного угля, ниже которого адсорбция загрязняющих веществ протекает по физическому, а выше - по хемосорбцион-ному механизмам;
показано, что окисленный лигнинный активный уголь имеет более высокую, по сравнению с промышленными углями, адсорбционную активность по отношению к NOx и может быть предложен для интенсификации адсорбционного метода очистки газов от NOx;
предложены схемы адсорбции N0 активными лигнинными углями в зависимости от величины окисленности поверхности.
Практическая значимость и реализация результатов работы:
Разработан процесс получения на основе ЛО химически активных углеродных сорбентов. В условиях ЛО "Парацельс" (г.Сапкт-Петербург) осуществлена наработка на основе лигнина Сегежского ЦБК опытных партий гранулированного активного и окисленного углей. Разработан способ очистки низкотемпературных и низкоконцентрированных выбросов в атмосферу от NOx, предусматривающий использование активного и окисленного лигнинных углей. Способ апробирован в масштабе опытной установки для очистки вентиляционных выбросов от машин плазменной резки металлов в условиях судостроительного производства (АО "Северная верфь"). На основании результатов испытаний разработаны технологическая схема и конструкторская документация на проектирование опытно-промышленной газоочистной установки.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на Российской научно-технической конференции "Ресурсосберегающие технологии и охрана окружающей среды" (г.С-Петербург, май 1993 г.), на Российской научно-практической конференции "Организация комплексной природоохранной деятельности на предприятиях" (г.С-Петербург, декабрь 1993 г.), на Российской научно-технической конференции "Опыт и перспективы инженерного обеспечения природоохранной деятельности на предприятиях" (г.С-Петербург, июнь 1994 г.), на семинаре "Процессы переноса в химической технологии" Российского химического общества им.Д.И.Менделеева секции "Теоретические основы химических технологий" (С-Петербург, март 1995 г.), на Российской научно-практической конференции "Опыт и перспективы развития ресурсосберегающих технологий и охрана окружающей среды" (г.С-Петербург, апрель 1995 г.).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 10 печатных трудов; подана патентная заявка на изобретение "Способ очистки газов от оксидов азота".
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, выводов, списка использованной литературы и приложения, включающего расчет основного и вспомогательного оборудования при разработке газоочистной установки, акт о наработке опытных партий активного и окисленного лигнинных углей, акт об испытаниях опытной газоочистной установки. Работа изложена на 176 страницах машинописного текста, содержит 25 таблиц, 30 рисунков, список литературы состоит из 194 наименований.