Урало-Сибирская научно-практическая конференция

Улавливание возгонов

В.Г. Карелин, Л.А. Зайнуллин, Д.А. Артов

ОАО «ВНИИМТ»; 620219 г. Екатеринбург, ул. Студенческая, 16
E-mail: vniimt@vniimt.yek.ru  

На Среднем Урале сосредоточено значительное количество предприятий черной и цветной металлургии. На них применяются высокотемпературные технологии, при использовании которых происходит возгонка большого количества металлов и их соединений. Так, например, с уходящими газами заводов медной промышленности выбрасываются в атмосферу свинец, цинк, медь, селен, кадмий, железо, мышьяк и другие элементы. По мнению ряда авторов, Средний Урал является самым загрязненным атмогеохимическим регионом мира. По данным Красной книги о свинцовом загрязнении Российской Федерации на Среднем Урале выбрасывается в атмосферу около 70 % свинца от его общего количества по всей стране.

О загрязнении Среднего Урала металлами много говорят, пишут, ведут контроль. Но эти мероприятия в подавляющем большинстве случаев являются лишь борьбой со следствиями. Причине же (наличие возгонов) и необходимости бороться именно с причиной (улавливание возгонов) как правило уделяется  малое внимание. На практике обычно главным инструментом технической политики по улавливанию возгонов является использование операции пылеочистки промышленных газов (циклоны, электрофильтры, рукавные фильтры). Однако такой подход к решению проблемы является всего лишь полумерой. На участке газохода от высокотемпературного агрегата до пылеочистки в нерегулируемых и малоконтролируемых условиях при достижении критической температуры конденсации происходит десублимация возгона. При этом большая часть возгона в соответствии с физическими законами конденсируется на наиболее мелких твердых минеральных частицах пыли, крупностью менее 1 мкм, которые современными пылеулавливающими аппаратами не могут быть уловлены, а следовательно, выбрасываются в атмосферу. Кроме того, в условиях отсутствия существенного теплоотвода в газоходе протекает десублимация возгона даже на крупных газовых молекулах (СО₂, Н₂О) с образованием аэрозолей крупностью в долях 1 мкм, которые, естественно, также не могут быть уловлены и выбрасываются в атмосферу.   

Образование аэрозолей существенно увеличивается в условиях незначительного теплоотвода от газов, что обычно имеет место в промышленных газоходах. При этом при конденсации моля возгона на поверхности твердой частицы выделяется значительное количество тепла, за счет которого при низком уровне теплоотвода от твердой частицы к газам температура поверхности частицы возрастает и становится выше критической для десублимации следующего моля возгона (так называемый эффект температурного запрета при десублимации). Поэтому последующие моли возгона вынуждены десублимировать на крупных газовых молекулах с образованием аэрозолей.

В газе, уходящем из металлургического агрегата, содержатся крупные Т₁ и мелкие Т₂ твердые минеральные частицы, а также возгон В (пар). После десублимации возгона часть десублимата осаждается на крупных (Т₁+Д₁), другая часть на мелких (Т₂+Д₂) твердых частицах, а третья часть образует аэрозоль А₃. Крупные твердые частицы (Т₁+Д₁) улавливаются в пылеуловителе, а мелкие твердые частицы (Т₂+Д₂) и аэрозоль А₃ выбрасываются в атмосферу. На практике в ряде случаев до половины возгонов десублимируется на таких тонкодисперных твердых частицах и с образованием таких тонкодисперсных аэрозолей, которые не улавливаются в современных пылеулавливающих аппаратах. Таким образом, простая пылеочистка промышленных газов не может решить проблему улавливания возгонов (см. рисунок).

Для улавливания возгонов из промышленных газов необходимо использование специальных технологий.

В ОАО «ВНИИМТ» разработана наукоемкая технология глубокого улавливания возгонов из промышленных газов с предотвращением образования аэрозолей. В основе такой технологии лежит процесс десублимации возгонов на дополнительных твердых частицах с развитой поверхностью, имеющих относительно пониженную температуру, вводимых в газоход в области температур, превышающих критическую температуру десублимации возгонов. При этом размер дополнительных твердых частиц выбирается таким, чтобы они не уносились потоком газов в газоходе и оседали в нижней части последнего. Разработанная технология запатентована. В целом технология улавливания возгонов является наукоемкой, так как применительно к конкретному виду возгона для выбора оптимальных режимных параметров процесса улавливания возгонов необходимы знания о ряде факторов, а также данные об условиях эксплуатации конкретного газохода. Технология была отработана при улавливании возгонов редких металлов (германий, рений). Такая технология может использоваться и для улавливания возгонов цветных (алюминий, цинк, свинец, кадмий и др.) и черных металлов. Планируется изготовление опытного модуля для испытаний на байпасе промышленного газохода.