Опыт применения технологии каталитической очистки отходящих газов для производств получения каучуков в РФ и мире

На всех производствах бутадиен-стирольных каучуков (БСК) в составе отходящих газов помимо основных компонентов содержатся также жирные кислоты, маслянистые соединения, следовые количества полиароматических соединений, пыль и др. Производства БСК отличаются высокими значениями потоков 50000−250 000 нм³/ч с низкими концентрациями горючих компонентов в газе в среднем от 0,1 до 2 г/нм³. Это означает, что большой объем отходящего газа вынуждено необходимо нагревать без температуры начала каталитической реакции окисления. В этом случае наиболее оптимальным решением является применение регенеративного каталитического окисления. В среднем, замена катализаторов осуществляется раз в 4−6 лет, используются катализаторы на основе переходных металлов меди и марганца, а также благородных металлов, таких как платина, палладий.

В таблице 1 приводим несколько предприятий, где применяется технология каталитического окисления.

Таблица 1. Примеры использования технологии каталитического окисления для очистки отходящих газов с производства каучуков

Страна	Поток	Основные вещества	Концент-рация	В работе с
	[нМ³/ч]		[г/нМ³]
Чехия	100000	Стирол, бутадиен	0,8-1,0	1994
Ю.Корея	120000	Стирол, бутадиен	2	2002
Польша	120000	Стирол	0,1-1,5	1998
Китай	82000	Стирол, бутадиен	0,3-1,75	2011
Китай	69000	Стирол, бутадиен	1	2014
Китай	240000	Стирол 150-900 мг/нм³ Углеводороды, исключая метан 300-1000 мг/нм³ Смола и коллоидные части 0,0815 мг/нм³ Кислород – 20% об. Вода – 4.1 т/ч Углекислый газ – 0.5% об.	2	2018

Детально рассмотрим пример с производства в Чехии

В компании была задача по устранению запаха, соблюдения законодательства в области охраны окружающей среды и достижения уровня выбросов по органическому углероду менее 20 мг/м³. Основной сложностью на производстве было наличие запаха в ближайших окрестностях.
Отходящий газ 60 000 – 100 000 нм³/час при температуре 35-65⁰С, содержащий в среднем 0,8 – 1,0 г/нм³ стирола, пыль и другие органические соединения, поступал от трех сушильных аппаратов синтетического каучука.
Состав отходящих газов, принятый для подбора катализатора представлен ниже:

Таблица 2. Состав отходящего газа производства каучука чешской компании

Компоненты	Концентрации
Стирол	0,8-2,0 г/нм³ (в среднем 0,8-1,0 г/нм³)
Газообразные компоненты: Этилбензол, бензол, диизопропилбензол, С4-С6-углеводороды, α-метилстирола Следы толуола, ксилолов, этилтолуола, н-пропилбензола, С7-С13-углеводороды,С4-С7-алкилбензолы, сероуглерод	0,05 – 0,27 г/нм³
Конденсируемые компоненты: жирные кислоты и эфиры, окисленное нафталиновое минеральное масло, ароматические и полиароматичесике масла, следы силиконового масла, алифатический воск, ароматические эфиры, п-фенилен-диамин	0,035 – 0,100 г/нм³
Вода	20-40 г/нм³
Пыль	< 15 мг/нм³
Входное давление в реактор	50-100 мм.вод.столба
Метод нагрева	Газ до температуры 280 ⁰С

Каталитическая очистка была построена на регенеративной технологии каталитического окисления, схема которой представлена ниже (рис.1).

Рис. 1. Каталитическая очистка с регенеративной технологией. 1 – отходящий газ на очистку, 2 – основная газодувка, 3 – очищенный газ, 4 – теплообменник регенеративного типа, 5 – каталитический реактор, 6 – горелка, 7 – подача природного газа

Каталитическим решением стал сферический катализатор на основе оксидов переходных металлов меди и марганца, способный окислять стирол и другие органические соединения до CO₂ и воды при сравнительно низких температурах (280−300 °С), при этом катализатор устойчив к дезактивации от загрязняющих веществ в отходящем газе от установки получения каучуков. Были достигнуты следующие параметры очистки:

Таблица 3. Степень очистки отходящих газов производства БСК

Содержание органического углерода	< 16 мг/нм³
Содержание бензола	< 5 мг/нм³
Содержание СО	< 35 мг/нм³
Содержание NO_x	< 20 мг/нм³

Также было гарантировано отсутствие образования вторичных загрязнителей, таких как NO_x, CO.
На одном из Российских предприятии также существует проблема очистки отходящих газов от органических примесей и запаха при производстве стирол-бутадиенового синтетического каучука. Газы образуются при сушке маслонаполненного каучука следующих характеристик:

Таблица 4. Состав отходящего газа при производстве стирол-бутадиенового синтетического каучука

Компонент	Концентрации
Аммиак, мг/нм³	1,3−2,0
Диоксид азота, мг/нм³	0,14−0,20
Оксид азота, мг/нм³	<0,1
Оксид углерода, мг/нм³	0,2−3,0
Углеводороды С2-С5, мг/нм³	0,28−0,98
Альфа-метилстирол, мг/нм³	8,5−50
Ацетонитрил, мг/нм³	<0,2
Толуол, мг/нм³	<0,2
Пыль (тальк, смола), мг/нм³	20−100
Смолянистая жидкость,%
Жирные кислоты С12-С18	83%
Смоляные кислоты	17%
Температура газов	50−80 ⁰С
Расход воздуха	170 000 нм³/ч
Цели очистки
Альфа-метилстирол	<0,5 мг/нм³
Запах	Отсутствие

Со смолой, которая попадает на катализатор, происходят два основных процесса: газообразная фаза С12, С14 окисляется до углекислого газа и воды, фаза выше С16 подвергается термодеструкции и образованию сажи и др. компонентов. Сажа медленно отравляет катализатор. Так как подобные случаи попадания смолы на катализатор носят аварийный характер, то решение заключается в проектировании объема катализатора с запасом и выборе катализатора, максимально стойкого к пыли.

Предлагаемое технологического решение строится на сначала на очистке отходящего газа от пыли и затем каталитическому окислению. Ограничивающим фактором по сроку службы катализатора является содержание пыли. При уменьшении данного показателя до уровня 10−15 мг/нм³ можно обеспечивать стабильную работу катализатора на период от 3 до 5 лет. Также одним из решений является применение блочных (сотовых) катализаторов, которые менее чувствительны к процессу механического истирания, чем сферические.

Получить предложение

Будем рады диалогу и сотрудничеству!

Оставьте контактные данные — мы свяжемся с вами в ближайшее время и предложим решение.