Многие технологические процессы в промышленности и на транспорте связаны с использованием органических растворителей, которые, выполнив свою роль, 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 легковоспламеняющим­ся жидкостям (ЛВЖ), являющимся пожаро-, взрывоопасными ве­ществами. Их сброс в накопители, унос паров в атмосферу наносят серьезный ущерб окружающей среде.

По степени опасности ЛВЖ делят на три группы (табл. 16.1).

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 экономически неэффек­тивны.

В основе рекуперации растворителей лежит адсорбция - погло­щение паров вещества пористыми адсорбентами, например угле­родными (активными углями) или минеральными (силикагелем). Иногда в качестве поглотителей используют нелетучие жидкости (такой процесс называется абсорбцией). Процесс адсорбции наибо­лее эффективно происходит, когда размер пор адсорбента в не­сколько раз превышает размер 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.

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

В непрерывно действующих адсорберах движущийся слой по­глотителя последовательно проходит зоны адсорбции и десорбции реку пера ционной 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 этом производ­стве используют метанол, этанол, этилацетат, бензин и другие растворители. Суммарное содержание их паров в отходящих газах достигает 80 - 90 г/м. Учитывая, что объем отходящих газов со­ставляет 100 - 150 м /мин, общий объем паров растворителей 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. 16.2) проводится в четыре стадии: адсорбция, десорбция, сушка и охлаждение.

І

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 активный уголь. Отечественная промышлен­ность производит несколько марок автивных углей: АР-А, АР-Б, АР-В.

При прохождении адсорбера пары растворителей адсорбируют­ся на поверхности активного 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 получение индивидуальных продуктов, использующихся повторно в процессе синтеза поливинилового спирта. После завершения десорбции паров растворителей процесс переходит в третью стадию: активный 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 тех предприятиях, где образуются значительные количества от­работанных разворителей. 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 турбобарботажную 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 хлорсодер - жащие растворители, кратко остановимся на особенностях их ути­лизации. Наибольшее распространение имеют дихлорэтан, четы - реххлористый углерод, трихлорэтилен и дихлорпропилен.

При 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 + 202 - 2С02 + НС1 + С12,

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

Во втором случае при сжигании совместно с метаном из одной молекулы трихлорэтилена образуются три молекулы соляной кис­лоты, а газообразный хлор не выделяется вовсе:

СНС1 = СС12 + 3,50г + СН4 - ЗС02 + ЗНС1 + Н20.

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 (COCI2), относящийся к боевым отравляющим веще­ствам. Опасвдя для жизни концентрация фосгена составляет 450 мг на 1 м воздуха.

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