Приложение Г (справочное). Методы и подходы к регенерации отработанного активированного угля, применяемые в настоящее время в Российской Федерации и за рубежом

Приложение Г
(справочное)

Методы и подходы к регенерации отработанного активированного угля, применяемые в настоящее время в Российской Федерации и за рубежом

Г.1 Выбор печи для регенерации отработанного активированного угля

Г.1.1 Сфера применения:

- объектами выбора являются многоподовые печи, вращающиеся печи прямого нагрева, печи непрямого нагрева (там, где нет контакта поверхности печи с дымовыми газами, образующимися при нагреве печи);

- технологическая линия по регенерации активированного угля с использованием многоподовой печи входит в состав предприятий по водоподготовке (производству питьевой воды) и включает в состав технологической линии бункеры для отработанного и регенерированного активированного угля, систему оборотного водоснабжения с оборудованием для транспортирования угля из бункеров и из печи/в печь. Оборудование также имеет прямое подключение к водопроводу для обработки угля, поступающего с конкретного предприятия. Отработанный и регенерированный активированный уголь доставляется с других предприятий с использованием обычных автоцистерн;

- печи непрямого нагрева, как правило, применяют для регенерации некоторых видов отработанных промышленных углей, предполагающей более жесткие температурные требования к камере дожигания:

- концепция непрямого нагрева печей получает все большее распространение, при этом печи нагреваются за счет использования инфракрасных элементов и непрямого нагрева углерода. В результате удается избежать образования горючего газа, что может привести к снижению объемов воздуха, нуждающегося в очистке.

Г.1.2 Эксплуатационные данные:

- из-за отсутствия открытых металлических поверхностей вращающиеся печи, как правило, способны работать при более высоких температурах, чем многоподовые печи;

- потери, связанные с продуктами сгорания, при использовании вращающихся печей могут составлять до 15 % по массе;

- особое внимание должно быть уделено уплотнению между вращающейся печью и торцевыми пластинами для предотвращения любой утечки газов и твердых частиц. Утечки из этих точек, как правило, предотвращаются работой печи при небольшом отрицательном давлении;

- конструкция печей непрямого нагрева, как правило, предполагает использование металлических трубопроводов, поэтому печи непрямого нагрева не подходят для широкого промышленного применения из-за проблем с коррозией при регенерации некоторых видов отработанного промышленного активированного угля.

Г.1.3 Достигаемые экологические преимущества:

- направление потока продуктов сгорания во вращающихся печах прямого нагрева может быть прямоточным или противоточным по отношению к потоку воздуха для горения. В противоточном режиме работы отходящие газы на выходе из печи имеют более высокую температуру, чем в прямоточном режиме, что дает возможность запроектировать камеру дожигания в соответствии с менее строгими критериями без ущерба для качества уничтожения загрязняющих веществ;

- газообразные продукты сгорания, образовавшиеся при непрямом нагреве печи, направляются к основанию дымовой трубы и объединяются с отходящими из печи газами в целях снижения визуальной видимости дыма, выходящего из трубы.

Г.1.3.1 Преимуществом этого метода является также более высокое парциальное давление газа в печи, которое, вероятно, сокращает образование оксидов азота. Кроме того, при этом более вероятно образование галогенидов, а не галогенов - галогениды легче отделить в последующих системах газоочистки.

Г.1.4 Экономические показатели:

- преимуществом отказа от прямого нагрева печи является устранение необходимости смешивания газообразных продуктов сгорания с технологическими газами. Снижение объема образования газов, требующих нагрева, приводит к экономии энергии и снижению требований к производительности очистного оборудования;

- многоподовая печь имеет значительные преимущества перед другими типами печей с точки зрения эффективности регенерации, так как температура каждого (й) пода (печи) может независимо регулироваться. Направление отходящих газов может быть прямоточным или противоточным по отношению к потоку продуктов сгорания. В некоторых системах камера дожигания может быть частью печи, расположенной на "нулевом" уровне топки;

- многоподовая печь демонстрирует лучшие показатели массопереноса и характеристики регулирования температурного режима, чем вращающаяся печь, а продолжительность сжигания составляет обычно 1-2 ч. Потери с продуктами сгорания могут составлять до 10 % по массе.

Г.2 Очистка дымовых газов при регенерации отработанного активированного угля

Г.2.1 Применяемые методы:

а) использование камеры дожигания для газов, отходящих из печи. Камера дожигания должна функционировать непрерывно, пока углерод присутствует в печи;

б) проектирование регенератора и связанных с ним воздуховодов и оборудования с учетом необходимости работы под пониженным давлением в целях предотвращения выброса образующихся в регенераторе газов в атмосферу;

в) применение рекуперации тепла. Обычно это предполагает применение теплообменников "газ/газ" для подогрева атмосферного воздуха, поступающего в зону горения и дополнительный подогрев дымовых газов. Образующееся тепло может также использоваться для нагрева котла, производящего пар, который применяется при регенерации активированного угля;

г) охлаждение дымовых газов в секции резкого охлаждения или в скруббере Вентури;

д) использование водного или щелочного скруббера. Также можно использовать метод распылительной абсорбции. При этом необходимо будет обеспечить регулирование рН в растворе, подаваемом в скруббер;

е) направление дымовых газов в дымовую трубу через вытяжной вентилятор с частичным дожиганием дымовых газов;

ж) использование мокрых или сухих электростатических фильтров, скрубберов Вентури или тканевых фильтров. Использование только инерционных сепараторов, например, циклонных уловителей, вряд ли позволит достичь низких показателей выбросов.

Г.2.2 Сфера применения: дымовые газы, образующиеся в некоторых многоподовых или вращающихся печах, как правило, подвергаются одинаковому процессу очистки. В случае последовательно нагреваемых вращающихся печей тех же результатов можно достичь без применения камеры дожигания.

Г.2.3 Эксплуатационные данные:

- регенератор включает в себя камеру дожигания, которая оборудована и эксплуатируется таким образом, что дымовые газы, образующиеся в результате регенерации активированного угля, подогреваются (в рамках управляемого и непрерывного процесса с учетом наиболее неблагоприятных условий) до температуры не менее 850 °С (замеряется у внутренней стенки камеры дожигания) после последней подачи воздуха. Температура должна поддерживаться на протяжении не менее 2 с в присутствии осушенного газа с содержанием кислорода не менее 6 % по объему (замеряется на выходе из камеры дожигания). Для активированного угля, использованного в тех технологических процессах, которые, скорее всего, предполагают применение галогенированных или иных термостойких материалов (например, в отработанном активированном угле их содержание превышает небольшой определенный процент), температура, как правило, повышается, по меньшей мере, до 1100 °С;

- необходимо контролировать время пребывания активированного угля в камере дожигания, минимальную температуру и содержание кислорода в отходящих газах;

- способ очистки дымовых газов зависит от того, каким образом использовался активированный уголь и от вида топлива, используемого для подогрева печи и камеры дожигания;

- оборудование, указанное выше, как правило, может использоваться при переработке активированного угля, отработанного при очистке питьевой воды, и в пищевой промышленности;

- для активированного угля, отработанного в промышленности, могут понадобиться более сложные технологии обработки с соблюдением более строгих требований. В подобных случаях может оказаться необходимой дальнейшая химическая очистка для достижения желаемых уровней содержания загрязняющих веществ в выбросах в атмосферу. Для обеспечения полного окисления некоторых тугоплавких соединений после регенерации активированного угля также может оказаться необходимым выдержка его при температуре не менее 1100 °С в течение 2 с в осушенном газе с содержанием кислорода не менее 6 % по объему;

- может использоваться различное оборудование очистки отходящих газов в зависимости от того, как активированный уголь использовался до обработки.

Г.2.4 Комплексные воздействия на окружающую среду - для снижения негативного воздействия технологии на окружающую среду предусмотрено направление дымовых газов в дымовую трубу через вытяжной вентилятор с частичным дожиганием дымовых газов.

Г.2.5 Достигаемые экологические преимущества:

- предусмотрено снижение выбросов образующихся дымовых газов;

- установка тканевых или керамических фильтров после распылительной сушилки обладает дополнительным преимуществом, заключающемся в возможности дальнейших реакций нейтрализации между задержанными фильтрами твердыми остатками и потоком отходящих газов. Это может привести к снижению щелочных требований к распылительной сушилке на 10 %-15 % по сравнению с требованиями к мокрому газоочистителю.

Г.2.6 Стимулы для внедрения метода очистки дымовых газов - эффективность при определенных условиях и в целях предотвращения проблем, связанных с загрязнениями атмосферы.

Г.3 Очистка сточных вод при регенерации отработанного активированного угля

Г.3.1 Применяемые методы:

а) применение двухступенчатого осаждения гидроксидов при различных значениях рН;

б) применение осаждения сульфидов для удаления металлов;

в) использование флокуляции, отстаивания, фильтрации или центрифугирования для отделения взвеси. Может оказаться необходимой стадия предварительной химической или физической обработки для кондиционирования взвешенных твердых частиц и улучшения их отделения;

г) регулирование рН для осаждения конкретных химических веществ и для достижения приемлемого качества стоков;

д) использование природных цеолитов, ионообменных смол, активированного угля и установок обратного осмоса для удаления вредных примесей (например, пестицидов). Допустимо также использование выпаривания для повышения концентрации;

е) применение биологической очистки для удаления БПК, фенолов, цианидов и аммиака.

Г.3.2 Сфера применения:

- при необходимости создания системы очистки жидких стоков, образующихся при очистке дымовых газов в процессах регенерации отработанного активированного угля;

- для сточных вод в системах быстрого охлаждения и в системах очистки газообразных продуктов сгорания.

Г.3.3 Достижимые уровни содержания загрязняющих веществ в сточных водах рассматриваемых процессов приведены в таблице Г.1.

Таблица Г.1 - Достижимые уровни содержания загрязняющих веществ в сточных водах

Вещество	Достижимый уровень1)	Единица измерения
Взвешенные вещества	1-102)	мг/л
Кадмий	53)	мг/л
Ртуть	1-10	мг/л
Другие тяжелые металлы	Менее 0,5	мг/л
Симазин	14)	мг/л
Атразин	14)	мг/л
Примечания 1) Указанные уровни представляют собой среднемесячную концентрацию в стоках. 2) По седиментации или осаждению. При необходимости, в зависимости от получаемых вод и уровня загрязнения другими веществами, применение фильтрации может помочь в достижении более низких концентраций. 3) Осаждением и фильтрацией, использование которых может привести к сокращению загрязняющих веществ на 70 %. Последующая обработка в камере биологической очистки очистного сооружения снизит концентрации загрязняющих веществ до уровня ниже предела обнаружения. 4) В случае сточных вод, образующихся при обработке отработанного активированного угля, следовые количества пестицидов могут быть выщелочены из гранулированного активированного угля в сточные воды перед их сбросом в канализацию. В качестве меры предосторожности на многих технологических линиях по регенерации гранулированного активированного угля на выходе в канализацию устанавливаются небольшие угольные фильтры.

Г.4 Очистка выбросов загрязняющих веществ при регенерации активированного угля

Способы реализации НДТ очистки выбросов загрязняющих веществ при регенерации активированного угля предусматривают следующие мероприятия по борьбе с загрязнениями в форме твердых частиц и кислых газов:

а) первоочередные мероприятия применительно к твердым частицам, включающие обеспечение контроля:

- температуры в печи;

- скорости вращения печи;

- вида подаваемого топлива;

б) дополнительные мероприятия применительно к твердым частицам и кислым газам, включающие использование:

- механических уловителей;

- мокрых скрубберов;

- сухих скрубберов;

- электростатических пылеуловителей;

- тканевых фильтров;

в) первоочередные меры применительно к сокращению выбросов NO_x, предусматривающие:

- снижение температуры в печи и температуры горения;

- сокращение избытка воздуха и, таким образом, понижение концентрации атомарного кислорода в зонах с наибольшей температурой;

- сокращение времени пребывания в зонах с наибольшей температурой;

- управление плотностью объемного тепловыделения печи и устранение температурных пиков;

- обеспечение: рециркуляции топочных газов; ступенчатой подачи атмосферного воздуха; ступенчатого сжигания топлива; теплоизоляции печи; низкого расположения отверстия для поступления вторичного (холодного) воздуха; сниженного соотношения воздух/топливо;

г) дополнительные мероприятия применительно к сокращению выбросов NO_x, предусматривающие использование одной из следующих технологий:

- селективное каталитическое восстановление (СКВ);

- селективное некаталитическое восстановление (СНКВ);

- процесс DESONOX (процесс Degussa SO_x-NO_x);

- процесс SNOX^тм (для удаления SО₂, SO₃, NO_x и твердых частиц из топочных газов);

- технология EDTA-Chelate (клешнеобразные соединения - этилендиаминтетрауксусная кислота, ЭДТК).