Тема влияние биотехнологического производства на состояние окружающей среды – час


Методы защиты атмосферного воздуха от загрязнения



страница21/48
Дата26.05.2018
Размер0.56 Mb.
1   ...   17   18   19   20   21   22   23   24   ...   48
2 Методы защиты атмосферного воздуха от загрязнения
2.1 Меры по снижению выбросов ЛОС в атмосферу
Меры по предотвращению и сведению к минимуму выбросов растворителей и ЛОС включают следующее:

  • снижение объема или замещение использования растворителей и других материалов с высоким содержанием ЛОС, замена их продуктами с более низкой летучестью и переход к использованию оболочек и очистительных растворов на водной основе;

  • осуществление программ предотвращения и контроля утечки ЛОС из работающего оборудования;

  • осуществление программ предотвращения и контроля потери ЛОС из открытых ванн и в процессе смешения, включая установку технологических конденсаторов ниже производственного оборудования по технологической линии для обеспечения перехода продукта из газообразного в жидкое состояние и восстановления растворителей. К технологическим конденсаторам относятся дистилляционные и оросительные конденсаторы, конденсаторы, устанавливаемые перед источниками вакуума, а также конденсаторы, используемые в операциях отгонки и испарения;

  • снижение, по возможности, температуры рабочих процессов;

  • для операций сушки – использование закрытых контуров с азотной средой;

  • использование водо- и газоулавливающего оборудования замкнутого цикла для чистки реакторов и другого оборудования.

ЛОС должны улавливаться вытяжными колпаками местной вентиляции для последующего контроля точечных и неконтролируемых выбросов. Экстракция и контроль выбросов ЛОС, особенно при процессах ферментации, может также сокращать неприятные запахи.

Рекомендуемые меры по контролю выбросов ЛОС включают следующее:



  • удаление выбросов из стерилизационных камер в контрольные устройства, такие как конвертеры угольной адсорбции или каталитические преобразователи;

  • конденсацию и дистилляцию растворителей, которые выделяются из реакторов или дистилляционных установок. Возможна установка криогенных конденсаторов для уменьшения температуры газового потока ниже точки росы с целью повышения эффективности восстановления ЛОС3;

  • установку мокрых скрубберов (или газопоглотителей), способных удалять, как ЛОС, так и другие газообразные загрязнители из газового потока, а также добавление в скруббер гипохлорита для снижения выделения неприятных запахов;

  • установку контрольных агрегатов на активированном угле или с сухой перегонкой, таких как агрегаты термического окисления/сжигания, каталитические сжигатели, закрытые окисливающие факельные.

Криогенные конденсаторы позволяют добиться более высокой эффективности извлечения (до 99%), чем традиционные конденсаторы, однако к ним предъявляются более высокие требования с точки зрения энергопотребления.

Скрубберы могут представлять собой насадочные башни, плитные или тарельчатые башни, скрубберы с трубами Вентури и оросительные башни.

Указанные варианты применимы прежде всего в отношении ЛОС, хорошо растворимых в воде (например, спиртов). Водные, щелочные или кислотные скрубберы широко используются для обезвреживания органических и неорганических газовых выбросов. Выбросы кислотных газов контролируются с помощью водных и щелочных скрубберных систем (зачастую несколько скрубберов в линии). Скрубберы создают поток сточных вод, требующий дальнейшей очистки.

Чтобы эффективно уменьшить выбросы летучих органических соединений, важно учитывать уменьшение выброса дымовых газов наряду с неорганизованными выбросами. Выбросы дымовых газов обозначают выбросы, у которых четко можно определить источник и направление потока газа. Они поступают в атмосферу через дымовые трубы или вентиляционные каналы, рассчитанные на то, чтобы направлять и контролировать их поток.

Источники неорганизованных выбросов четко не определены. Они поступают в атмосферу, не проходя через дымовые трубы или вентиляционные каналы, рассчитанные на то, чтобы направлять или контролировать выбросы. К ним относятся неулавливаемые выбросы в окружающую среду через окна, двери, вентиляционные и иные подобные отверстия.

В промышленных установках неорганизованные выбросы имеют диффузный характер, поскольку могут поступать из многих пространственно разнесенных источников. Варианты/технологии уменьшения выбросов характеризуются следующим:



  • коэффициенты выбросов, выраженные в пересчете на массу выброшенных веществ (летучие органические соединения), или массу общего органического углерода на уровень активности в секторе (например, г/м2 автомобильного покрытия);

  • или коэффициенты выбросов, выраженные в пересчете на массу выброшенных веществ (летучие органические соединения) или массу общего органического углерода на массу вводимого растворителя (закупленный растворитель + восстановленный и повторно использованный растворитель) в пределах сектора (например, % растворителя, используемого в органической химии);

  • или концентрация в пересчете на массу выброшенных веществ (летучие органические соединения) или массу общего органического углерода на единицу объема отработанных газов;

  • или эффективность уменьшения выбросов (%).

Для неорганизованных выбросов летучих органических соединений проводятся также следующие мероприятия:

  • определение источника выбросов летучих органических соединений для определения основных источников в каждом конкретном случае;

  • выполнение программы обнаружения утечек и ремонта (ПОУР) или ее эквивалента;

  • использование системы очистки при техническом обслуживании;

  • выбор и использование герметичных клапанов, таких как клапаны с графитовым уплотнением или их аналоги для линий, содержащих продукты с высоким давлением пара;

  • использование герметичных насосов (например, без уплотнения, с двойным уплотнением, с газонепроницаемым уплотнением или хорошим механическим уплотнением) для линий, содержащих продукты с высоким давлением пара;

  • сквозные вентиляционные и сливные клапаны с индикатором рабочего положения, заглушками или крышками,

  • разгрузочные клапаны на трассе с высоким потенциалом выбросов летучих органических соединений на факел;

  • компрессорные клапаны с высоким потенциалом выбросов летучих органических соединений обратно в процесс, и, если это невозможно, на факел для сжигания;

  • использование полностью замкнутого контура во всех стандартных установках сбора проб, которые могут стать источниками выбросов летучих органических соединений;

  • сведение к минимуму факельного сжигания.

Для того чтобы свести к минимуму выбросы летучих органических соединений и разработать план уменьшения выбросов, необходимо наличие отличных знаний о выбросах. Эти знания получают на основании мониторинга выбросов летучих органических соединений через дымовые трубы, определяя неорганизованные выбросы с использованием нескольких соответствующих технологий.

План обращения с растворителями является ключевой технологией для понимания расхода, использования и выбросов растворителей, в особенности, неорганизованных выбросов.

План обращения с растворителями заключается в оценке количества растворителя на входе и на выходе. Баланс массы растворителя является инструментом оценки выбросов летучих органических соединений.

Определение количества растворителя на входе и выходе следует рассматривать следующим образом:

Количество органического растворителя на входе (I):



  • I1 Количество органических растворителей или их количество в закупленных препаратах, используемое на входе процесса в течение периода времени, когда рассчитывается баланс массы;

  • I2 Количество органических растворителей или их количество в восстановленных и повторно используемых препаратах на входе процесса. (Повторно используемым растворитель считается каждый раз, когда он используется в ходе осуществления какой-либо операции).

Количество органического растворителя на выходе (O):

  • O1 Выбросы отработанных газов;

  • O2 Органические растворители, разошедшиеся в воде, если применимо, учитывая очистку сточных вод при расчете O5;

  • О3 Количество органических растворителей, остающееся в качестве загрязнителя или остатка в продукции на выходе процесса;

  • O4 Неуловленные выбросы органических растворителей в атмосферу. Сюда входит общая вентиляция комнат, где воздух в окружающую среду попадает через окна, двери, вентиляционные и подобные отверстия;

  • O5 Органические растворители и/или органические соединения, потерянные в результате химических или физических реакций (включая, например, расщепленные, например, при сжигании или иной обработке отработанного газа или воды, или уловленные, например, адсорбцией, если они не входят в категории О6, O7 или O8);

  • O6 Органические растворители, содержащиеся в собранных отходах;

  • O7 Органические растворители, или органические растворители, содержащиеся в препаратах, которые продаются или планируются для продажи в качестве рентабельного продукта;

  • O8 Органические растворители, содержащиеся в восстановленных для повторного использования препаратах, но не на входе процесса, если они не входят в категорию O7;

  • O9 Органические растворители, выброс которых осуществляется другими способами.

Определение расхода растворителя и выбросов летучих органических соединений неметанового ряда можно выполнять в соответствии с формулами, представленными далее:

Расход можно рассчитать с применением следующей формулы:

С = I1 - O8.

Общие выбросы летучих органических соединений неметанового ряда определяют следующим образом:

E = F + O1,

где F - это неорганизованные выбросы, рассчитываемые следующим образом:

F = I1-O1-O5-O6-O7-O8 или F = O2 + ОЗ + O4 + O9.
Указанное количество можно определить непосредственным измерением. И наоборот, эквивалентный расчет можно выполнить и за счет других средств, например, использования эффективности захвата, характерной для рассматриваемого процесса.

Величину поступления загрязняющих веществ в атмосферу вне системы дымовых труб, наряду с общей величиной выбросов, можно выразить в виде входной пропорции, которую рассчитывают с применением следующего уравнения:

I = I1+I2

План обращения с растворителями можно выполнять на регулярной основе, например, ежегодно, для контроля осуществляемого прогресса, принятия соответствующих мер при наличии каких-либо отклонений, он должен быть пригоден для оценки соответствия установки нормам предельных значений выбросов.


В общем случае, разграничивают первичные, вторичные меры (технологии доочистки и природоохранные технологии в конце производственного цикла), а также мероприятия по структурированию.

Уменьшение выбросов летучих органических соединений за пределами стационарных источников сконцентрировано на ограничении содержания летучих органических соединений в продукции.

Следующий список дает общее представление о имеющихся в наличии мерах уменьшения выбросов летучих органических соединений, которые также можно сочетать с вторичными мерами:


  • более эффективные технологии регулирования выбросов летучих органических соединений в части эффективного технического обслуживания оборудования, лучшего захвата отработанного газа и общих оптимизированных условий эксплуатации;

  • замена летучих органических соединений, например, использование растворителя с малым содержанием органических компонентов, или материалов и процессов без органических растворителей, таких как водные краски, обезжириватели на водной основе, и т.д. и/или технологические модификации;

  • уменьшение выбросов за счет применения оптимальных практик регулирования, таких как надлежащие программы эксплуатации, контроля и технического обслуживания, за счет изменений в процессах, таких как установки замкнутого цикла, повышение герметичности резервуаров для хранения, или за счет структурных изменений, таких как перенос осуществляемых операций на места, где достигается более эффективное уменьшение выбросов летучих органических соединений, например, за счет предварительного нанесения покрытия на отдельные виды продуктов;

  • повторное использование и/или восстановление летучих органических соединений за счет использования технологий регулирования, таких как конденсация, адсорбция, абсорбция и мембранные процессы (этап предварительной обработки). Еще одним вариантом является использование тепла (регенерация энергии) от летучих органических соединений. Предпочтительно, органические соединения следует повторно использовать на месте; этого можно добиться за счет использования только нескольких органических соединений вместо сложных смесей. Обработку сложных смесей следует выполнять за пределами предприятия; тем не менее, выбросы могут возникать при распределении, обращении, транспортировке и хранении;

  • разрушение летучих органических соединений за счет применения технологий регулирования выбросов, например, термическое или каталитическое окисление, или биологическая обработка. При сжигании рекомендуется использовать вторичное тепло для уменьшения эксплуатационных расходов и потребления ресурсов. Другой стандартной процедурой разрушения негалогенизированных летучих органических соединений является использование потоков газа с летучими органическими соединениями в качестве вторичного воздуха или топлива в существующих устройствах преобразования энергии.

Первичные меры. Возможные первичные меры для регулирования выбросов при промышленном использовании органических растворителей: предупредительные меры (использование материалов и процессов с низким содержанием органических растворителей или их отсутствием), правильная эксплуатация, технологические и структурные мероприятия.

Таким образом, могут использоваться два подхода:



  • подход с ориентацией на продукт, который, например, приводит к изменению состава продукта (краски, красители, обезжириватели, и т.д.);

  • изменения в рамках подхода с ориентацией на процесс (увеличение эффективности переноса, использование систем с герметичной камерой для обезжиривания...).

Следует предпочесть подход с ориентацией на продукт, по причине его сопутствующих положительных воздействий на выбросы промышленности по обработке органических растворителей.

Воздействие выбросов на окружающую среду можно уменьшить за счет изменения состава продукта, заменяя растворители менее вредными вариантами.

Использование систем замкнутого цикла может также привести к крайне низкому содержанию в выбросах органических растворителей.

Вторичные меры. Если первичных мер недостаточно для достижения значительного уменьшения выбросов летучих органических соединений, или они неприменимы с технической точки зрения, можно использовать технологии доочистки, по отдельности или в сочетании друг с другом. Рассматриваемые технологии используют для уменьшения выбросов летучих органических соединений при реализации процессов и применении растворителей.

Различают следующие технологии:



  • технологии, основанные на разрушении летучих органических соединений, имеющихся в отработанных газах: рекуперативное или регенеративное термическое окисление, рекуперативное или регенеративное каталитическое окисление, биологическая деструкция.

  • технологии, позволяющие осуществить восстановление летучих органических соединений для повторного использования в процессе после специальной обработки, проводимой на месте или внешними компаниями: - Адсорбция активированным углем или цеолитовым субстратом, абсорбция в переработанных очистительных жидкостях (вода, тяжелое топливо), конденсация и низкотемпературная конденсация, мембранная сепарация, связанная с другими процессами, такими как низкотемпературная конденсация и адсорбция.

Процессы с использованием термического окисления могут обеспечить валоризацию энергоемкости летучих органических соединений. Тем не менее, в большинстве случаев валоризация затруднена вследствие наблюдаемой низкой концентрации летучих органических соединений. Необходима первичная регенерация тепловой энергии (например, для подогрева свежего заряда газа), но вторичная регенерация тепловой энергии часто является более сложной для внедрения на существующих установках. Концентрации летучих органических соединений должны быть достаточными для работы установки окисления без дополнительного потребления топлива и, следовательно, должны находиться в автотермальных условиях. При более низких концентрациях необходимо дополнительное потребление топлива, которое может быстро стать чрезмерно высоким.

Рекуперативное или регенеративное термическое окисление. При рекуперативном или регенеративном окислении происходит разрушение летучих органических соединений при высокой температуре. Температура окисления зависит от типа используемой системы регенерации энергии. В рекуперативной установке окисления используется теплообменник с подогревом для нагрева свежего заряда газов. Использование вторичного тепла находится в пределах от 60 до 70 %. Температура находится в диапазоне от 650 до 750°C.

Регенеративная установка термического окисления состоит из двух или трех керамических теплообменников. Отработанные газы, содержащие летучие органические соединения, проходят через первый керамический теплообменник. Там происходит их подогрев. Затем они поступают в камеру сгорания, где с помощью горелок температура поддерживается в пределах примерно от 800 до 900°C. Перед выбросом в атмосферу они выходят из установки окисления через другой керамический обменник, передавая свою тепловую энергию для повторного использования при предварительном нагреве в следующем цикле. Функция теплообменника, нагрев или охлаждение, периодически меняется. При этом можно получить эффективность использования тепла до 95%.



Рекуперативное или регенеративное каталитическое окисление. При рекуперативном или регенеративном каталитическом окислении использование катализатора позволяет разрушить летучие органические соединения при более низкой температуре, чем необходимая для термического окисления. В список используемых катализаторов входят либо благородные металлы (платина, палладий или родий), либо оксиды металлов (Cr, Fe, Mo, Mn, Co, Cu, Ni).

Принцип теплообмена аналогичен принципу, используемому при термическом окислении. Температуры окисления находятся в диапазоне от 200 до 500°C в зависимости от типа используемого катализатора и теплообменника. Срок годности катализаторов ограничен.

Срок годности катализаторов на базе оксидов металлов составляет примерно 12000 ч. Срок годности катализаторов на базе благородных металлов - ориентировочно от 15000 до 25000 ч. Катализаторы чувствительны к ядам, при воздействии некоторых из них может произойти необратимая деактивация катализаторов.

Можно получить выходную концентрацию летучих органических соединений меньше 20 мг/Нм. В концентрациях на выходе в значительном количестве присутствует метан.



Биологическая деструкция. Процесс биологической деструкции можно выполнить в биофильтрах и биоскрубберах. Микроорганизмы могут разрушать биоразлагаемые летучие органические соединения во влажной среде и при низкой температуре. Необходимо обеспечить охлаждение теплых отработанных газов (> 35°C). В биофильтрах микроорганизмы собирают на поверхности влажного органического субстрата, в качестве которого может использоваться торф, вереск или компост. В биоскрубберах выполняется очистка влажного газа и биохимическое разложение. Микроорганизмы взвешены в воде для очистки. В биофильтрах время нахождения должно быть достаточным для обеспечения биологических реакций.

Приемлемые концентрации летучих органических соединений являются достаточно низкими. Биологическое окисление, прежде всего, используется при низких концентрациях. При этом можно получить выходную концентрацию летучих органических соединений от 100 до 150 мг/Нм3 . Тем не менее, гораздо сложнее добиться более низких концентраций.



Адсорбция с использованием активированного угля или цеолитов. В процессе адсорбции летучие органические соединения физически привязаны к поверхности среды, в качестве которой может использоваться активированный уголь или цеолиты. Адсорбционная способность активированного угля или цеолитов ограничена, и, следовательно, их необходимо реактивировать для восстановления их первоначальной способности адсорбировать и восстанавливать летучие органические соединения.

Существуют некоторые конфигурации, но в большинстве случаев, адсорбционные устройства с неподвижным слоем используют с 2 или 3 слоями. Один слой находится в фазе адсорбции, а второй - десорбции. Десорбция проходит при высокой температуре с применением пара или инертного газа. Температура адсорбции должна быть менее 40°C, поскольку эффективность адсорбции увеличивается при низкой температуре. Свежий заряд газа следует впоследствии довести до кондиционного состояния.

Летучие органические соединения восстанавливают после специальной обработки, предусматривающей конденсацию, сепарацию и дистилляцию при наличии нескольких летучих органических соединений.

Эффективность снижения выбросов летучих органических соединений зависит от многих параметров, таких как температура адсорбции, тип и количество извлекаемых летучих органических соединений, уставка периодичности десорбции. При этом можно получить выходную концентрацию летучих органических соединений от 50 до 100 мг/Нм3. Достигаемая эффективность зависит от многочисленных факторов, например, правильного выбора размеров установки, периодичности и порогового значения десорбции...



Конденсация и низкотемпературная конденсация. При конденсации летучие органические соединения охлаждают ниже температуры конденсации. Конденсация летучих органических соединений выполняется посредством охлаждения и/или создания давления. В качестве хладагента может использоваться холодная и охлажденная вода, охладители и жидкий азот. Можно применять различное оборудование для теплообмена. Конденсацию холодной, охлажденной водой или охладителями часто используют в качестве метода предварительной обработки, но подобные действия недостаточны для обеспечения эффективного уменьшения выбросов. При этом можно получить выходную концентрацию летучих органических соединений от 100 до 150 мг/Нм3. Достигаемая эффективность зависит от многочисленных факторов, например, правильного выбора размеров установки, периодичности и порогового значения десорбции.

Жидкий азот используется при низкотемпературной конденсации (температура менее -160°C). Низкотемпературная конденсация представляет собой многосторонний процесс, нехарактерный для летучих органических соединений. Как правило, конденсация происходит при использовании жидкого азота в качестве охладителя при прямом процессе теплообмена.

Конденсат летучих органических соединений в межтрубной зоне теплообменника затем направляется в сборный резервуар, из которого его можно повторно использовать, извлекать, восстанавливать для повторного использования или для утилизации.

При конденсации наличие водных паров или летучих органических соединений с высокой температурой плавления может привести к появлению инея на внешней поверхности труб внутри низкотемпературного конденсатора. Предусмотрена особая конфигурация, позволяющая избежать указанной проблемы, и, в частности, использование группы конденсаторов с различными температурными уставками.

Низкотемпературную конденсацию наиболее целесообразно использовать при малом расходе отработанного газа и/или высокой концентрации летучих органических соединений. При этом можно получить выходную концентрацию летучих органических соединений от 50 до 100 мг/Нм3. Достигаемая эффективность зависит от многочисленных факторов, например, правильного выбора размеров установки, летучести растворителей.

Мембранная сепарация. Концентрирования летучих органических соединений можно добиться за счет использования органических (ЛОС-проницаемых) избирательных мембран. Воздух и летучие органические соединения проникают через мембрану со скоростью, определяемой их относительной проницаемостью и разностью давлений на мембране. Мембраны, как правило, от 10 до 100 раз более проницаемы для летучих органических соединений, по сравнению с воздухом, в зависимости от конкретных характеристик летучих органических соединений.

В зависимости от конструкции системы концентрацию летучих органических соединений на выходе мембраны можно увеличить от пяти до пятидесяти раз по сравнению с концентрацией потока на входе мембраны. Затем потоки концентрированного газа могут сжиматься и конденсироваться с использованием обычной технологии конденсации.

Мембранную сепарацию нельзя использовать отдельно. После нее необходимо использование устройства очистки газа. Выбор технологии регулирования зависит от различных параметров, таких как концентрация летучих органических соединений в неочищенном газе, объем газа, тип и состав летучих органических соединений, и т.д.

Тем не менее, возможно пересечение областей применения. В данном случае наиболее подходящие технологии следует выбирать в зависимости от конкретной ситуации.

Общая эффективность вторичных мер в секторах, где используются растворители, по большей мере зависит от эффективности захвата для потоков отработанного газа с содержанием летучих органических соединений. Для неорганизованных выбросов захват является наиболее существенным фактором, влияющим на общий КПД системы.

Побочные воздействия. Побочные воздействия технологий/вариантов уменьшения выбросов могут быть положительными или отрицательными, и их необходимо учитывать. Побочные воздействия, в большинстве случаев, можно ограничить за счет правильного проектирования и эксплуатации оборудования.

Побочные воздействия включают в себя следующее:



  • воздействие на энергопотребление и, следовательно, выбросы газов, создающих парниковый эффект;

  • воздействие на другие атмосферные загрязнители;

  • воздействие на использование природных ресурсов;

  • воздействия на другие среды, например, отходы или воду.




Технология уменьшения выбросов

Положительные побочные воздействия

Отрицательные побочные воздействия

Окисление

Возможное сопутствующее устранение запахов.

Энергопотребление и выбросы газов, создающих парниковый эффект, при условиях, отличных от автотермальных.

Адсорбция

Возможное сопутствующее устранение запахов.

Возможное увеличение энергопотребления при выработке пара.

Низкотемпературная конденсация

Возможное сопутствующее устранение запахов.

Потребление энергии для производства жидкого азота.




Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   17   18   19   20   21   22   23   24   ...   48


База данных защищена авторским правом ©zodorov.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница