Многие технологические процессы в промышленности и на транспорте связаны с использованием органических раствори­телей. Выполнив свою роль, они уносятся с воздухом вен­тиляционной системой, загрязняя окружающую среду, либо сливаются в накопители и заменяются на свежие. Общее ко­личество растворителей, ежегодно расходуемых предприятиями страны, приближается к 0,5 млн. т. Все растворители относятся к легко воспламеняющимся жидкостям (ЛВЖ), являющимся пожаро-, взрывоопасными веществами. Их сброс в накопители, унос паров в атмосферу наносит серьезный ущерб окружающей среде.

Все ЛВЖ по степени опасности делят на три группы (табл. 13.5).

Таблица 13.5

Поэтому отходы растворителей необходимо собирать и под­вергать утилизации. Однако предприятия далеко не всегда утилизируют растворители, так как по экономическим сообра­жениям не заинтересованы в их повторном использовании. Объясняется это тем, что многие методы регенерации раствори­телей в силу различных причин экономически неэффективны.

В основе рекуперации растворителей лежит явление фи­зической адсорбции — поглощения паров вещества пористыми адсорбентами, например углеродными (активированными углями) или минеральными (силикагелем). Иногда в качестве поглотителей используют нелетучие жидкости. Процесс адсорбции наиболее эффективно происходит, когда поры адсорбента в несколько раз превышают размеры поглощаемых молекул. Адсорбция резко уменьшается с повышением температуры из-за более энергичного теплового движения газовых молекул. Эта зависимость ис­пользуется для выделения поглощаемых веществ из адсорбента. Процесс выделения поглощенных адсорбентом веществ назы­вается десорбцией.

Рекуперация растворителей может быть организована в периодическом и непрерывном цикле. При периодической схеме процесса воздух, содержащий пары растворителя, проходит через неподвижный слой адсорбента, из которого после его насыщения извлекается утилизируемый растворитель.

Для организации непрерывной рекуперации с применением адсорберов периодического действия рекуперационная установка должна включать не менее двух таких аппаратов (обычно их количество составляет 3—6).

В непрерывно действующих адсорберах движущийся слой поглотителя последовательно проходит зоны адсорбции и де­сорбции рекуперационной установки. К преимуществам таких установок относят достаточно высокие скорости обрабатываемых потоков, компактность оборудования, высокий коэффициент использования адсорбентов, сокращение энергозатрат на перио­дические нагрев и охлаждение адсорбера, возможность автома­тизации процесса. Для осуществления непрерывного процесса в адсорберах нового поколения используется адсорбирующая угольная ткань, которая движется перпендикулярно газовому потоку.

Поскольку в промышленности широко распространено ис­пользование периодической технологии рекуперации раствори­телей, ниже рассмотрена работа установки такого типа, ис­пользуемой в технологии производства поливинилового спирта.

В производстве поливинилового спирта используются ме­танол, этанол, этилацетат, бензин и другие растворители. Сум­марное содержание их паров в отходящих газах достигает 80— 90 г/м3. Учитывая, что объем отходящих газов составляет 100— 150 м3/мин, общий объем паров растворителей составляет 12— 20 т/сут. Выброс в атмосферу такого количества растворителей опасен для биосферы, не говоря уже о больших экономических потерях.

Поэтому при производстве поливинилового спирта осу­ществляется рекуперация растворителей. Периодический процесс (рис. 13.7) проводится в четыре стадии: адсорбция, десорбция, сушка и охлаждение.

Паровоздушная смесь с помощью газодувки 1 направляется в адсорбер 2, где проходит через неподвижный слой адсорбента толщиной более 0,6 м. Наилучшим адсорбентом для паров и газовых выбросов является активированный уголь. Отечественная промышленность производит несколько марок активированных углей: АР-А, АР-Б, АР-В.

При прохождении адсорбера пары растворителей адсорбиру­ются на поверхности активированного угля, а очищенный воздух выбрасывается в атмосферу. После насыщения адсорбента парами растворителей подача паровоздушной смеси в адсорбер прек­ращается, и начинается вторая стадия процесса, т. е. десорбция. В адсорбер с помощью газодувки 5 в течение 1,5—2 ч подается острый водяной пар с температурой 110—115 °С. Десорбированные пары растворителя вместе с парами воды конденсируются в холо­дильнике 3, куда они попадают, выйдя из адсорбера. Образо­вавшийся конденсат стекает в декантатор 4, где происходит расслоение жидкости — смеси растворителей и воды.

Из декантатора вода сливается в оборотную систему водоснаб­жения, а смесь растворителей подается на ректификацию, где происходит их разделение и выработка индивидуальных продуктов, использующихся повторно в процессе синтеза поливинилового спирта. После завершения десорбции паров растворителей процесс переходит в третью стадию: активированный уголь сушат горячим воздухом с температурой 105—110 °С, подогрев которого осуществляют в калорифере 6. По окончании сушки в адсорбер подается охлажденный воздух с температурой не более 30 °С и наступает четвертая стадия процесса рекуперации — охлаждение адсорбента.

Конечно, процесс рекуперации растворителей экономически оправдан только при большом количестве образующихся отходов, поскольку рекуперационная установка достаточно дорога, а сам процесс длителен и многостадиен. Поэтому он применяется только на крупных предприятиях. На предприятиях, где количество образующихся отходов ЛВЖ невелико, преобладает огневой метод их обезвреживания.

Сжигание отходов растворителей должно проводиться либо в специальной установке на территории предприятия, либо по согласованию с местными органами санитарного и пожарного надзора на специально отведенных полигонах. При уничтожении отходов ЛВЖ удобно использовать передвижную турбобар - ботажную установку “Вихрь”. При этом необходимо тщательно соблюдать нормы техники безопасности, так как многие растворители не только легко воспламеняются, но их пары образуют с воздухом взрывоопасные смеси.

Некоторые виды растворителей и других летучих продуктов можно сжигать только на установках с полной очисткой дымовых газов. К ним относятся соединения, содержащие ртуть, свинец, мышьяк, кремний, марганец, фосфор, галогены (хлор, бром, иод, фтор), нитросоединения, амины, цианиды и др.

Поскольку в промышленности широко используются хлор­содержащие растворители, кратко остановимся на особенностях их утилизации. Наибольшее распространение имеют дихлорэтан, четыреххлористый углерод, трихлорэтилен и дихлорпропилен.

В технологии утилизации отходов этих растворителей так же, как и других хлорорганических продуктов, используются различные схемы сжигания с улавливанием образующегося хлористого водорода и производством товарной соляной кислоты, что объясняется сравнительно невысокой стоимостью процесса и наиболее эффективным обезвреживанием токсичных веществ.

При обычном сжигании хлорсодержащих растворителей образуется хлор, являющийся высокотоксичным газом, улав­ливание которого представляет значительные трудности. Для исключения образования элементарного хлора необходимо сжи­гать пары таких растворителей совместно с природным газом, что позволит увеличить выход хлористого водорода и, сле­довательно, товарной соляной кислоты. Это можно проследить на примере сжигания трихлорэтилена. В первом случае, когда сжигание происходит только в среде воздуха, реакция протекает по уравнению:

СНС1 = СС12 + 20, -> 2СОг + НС1 + С12,

Т. е. в результате реакции образуются и хлористый водород, и чистый хлор.

Во втором случае при сжигании в среде метана из одной молекулы трихлорэтилена образуются три молекулы соляной кислоты, а газообразный хлор не выделяется вовсе:

СНС1 = СС12 + 3,502 + СН4 -> ЗС02 + ЗНС1 + н2о.

Процесс проводят при температуре 1000—1700 °С. Коэффи­циент избытка воздуха не должен превышать 1,1—1,2, так как при большем значении часть газообразного хлора, не превращаясь в НС1, улетает вместе с дымовыми газами. При коэффициенте избытка воздуха более 1,5 образуется чрезвычайно токсичное вещество — фосген (СОС12), относящийся к боевым отравляющим веществам. Опасная для жизни концентрация фосгена составляет 450 мг на 1 м3 воздуха.

Существуют и другие способы утилизации хлорсодержащих растворителей, такие как адсорбция на углях, ректификация, ионный обмен, адсорбция на молекулярных ситах. Но все они сложны, малопроизводительны и вследствие этого дороги.