Эффект интенсивного окисления сероводорода дымовых газов содорегенерационного котла при производстве целлюлозы. С. 188–202

УДК

66.021.3.001.57:532.529

DOI:

10.37482/0536-1036-2024-5-188-202

Аннотация

Несмотря на переход к шведской технологии регенерации черного щелока предприятий по производству целлюлозы, даже в тех регионах России, где достигнуты нормативные среднесуточные показатели по содержанию в воздухе населенных мест сероводорода и метилмеркаптана, остается ряд проблем с выбросами восстановленной серы. Во многих городах разовые концентрации восстановленной серы, особенно в ночное время суток, могут превышать допустимые. Кроме выбросов дымовых газов содорегенерационных котлов, существуют другие, менее интенсивные источники вредных выбросов в варочном, выпарном и лесохимическом цехах, в цехах каустизации и регенерации извести, есть выбросы из неорганизованных источников, с открытой поверхности сооружений очистки сточных вод. Население, живущее рядом с такими предприятиями, ощущает неприятный запах метилмеркаптана. Данное исследование направлено на разработку новой, применимой для разных источников технологии снижения газовых выбросов восстановленной серы в окружающую среду. Представлены результаты испытания промышленной установки очистки газовых выбросов содорегенерационного котла в скруббере с форсуночным орошением. На основании измерений технологических параметров режима работы газоочистной установки и определения состава орошающего раствора выполнен анализ полученных результатов. Во время испытаний был получен эффект высокой степени улавливания сероводорода при низком рН. Установлено, что улавливание сероводорода происходило в результате его окисления до попадания в орошающий раствор в мелких каплях конденсата, образующегося на микронных пылинках сульфата и карбоната натрия. Проведено сравнение результатов настоящей работы с результатами исследований Стенфордского университета и института океанологии им. П.П. Ширшова РАН. Проанализирована возможность образования пероксида водорода в условиях наших испытаний в поверхностном слое мелких капель, которые образуются в процессе конденсации паров воды на частицах пыли. Определена предполагаемая причина полученного эффекта, которая заключается в термомеханической деформации поверхностного слоя капель.

Сведения об авторах

С.В. Анискин*, д-р техн. наук, проф.; ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8819-381X
В.С. Куров, д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: V-7289-2017, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7168-9613
Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна, ул. Ивана Черных, д. 4, Санкт-Петербург, Россия, 198095; asv-47@mail.ru*, vskurov18@mail.ru

Ключевые слова

эжекторный скруббер Вентури, дымовые газы, сульфатная пыль, сероводород, самообразование пероксида водорода, конденсация, мелкие капли, окисление

Для цитирования

Анискин С.В., Куров В.С. Эффект интенсивного окисления сероводорода дымовых газов содорегенерационного котла при производстве целлюлозы // Изв. вузов. Лесн. журн. 2024. № 5. С. 188–202. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2024-5-188-202

Литература

1. Анискин С.В. Конденсация сульфатной пыли дымовых газов содорегенерационных котлов в струйном газопромывателе // Вестн. СПГУТД. Сер. 1: Естеств. и техн. науки. 2018. No 3. С. 81–83. 

2. Анискин С.В., Куров В.С. Полидисперсная модель эжекции газа в прямоточных распылительных аппаратах вытеснения целлюлозного производства // Вестн. СПГУТД. Сер. 4: Пром. технологии. 2021. No 4. C. 91–102. https://doi.org/10.46418/2619-0729_2021_4_11

3. Анискин С.В., Яковлев В.А., Телюкин Г.В. Реконструкция установки для очистки дымовых газов // Бум. пром-сть. 1989. No 6. С. 12–13.

4. Вилесов Н.Г. О некоторых особенностях взаимодействия сернистого ангидрида с сероводородом во влажных газах // Журн. приклад. химии. 1980. Т. 53, No 1. С. 2401–2403.

5. Дело No А78-4663/2020 о выбросах Селенгинского целлюлозно-бумажного комбината. Режим доступа: http://www.chita.arbitr.ru (дата обращения: 25.09.24).

6. Домрачев Г.А., Селивановский Д.А. Роль звука и жидкой воды как динамически нестабильной полимерной системы в небиогенном происхождении кислорода и возникновении жизни на Земле. Препринт No 1. Горький: ИМХ АН СССР. 1990. 17 с. 

7. Косиченко Ю.М., Сильченко В.Ф. Технологии удаления сероводорода в процессе обработки подземных вод // Экология и вод. хоз-во. 2020. No 1 (04). С. 43–59. https://doi.org/10.31774/2658-7890-2020-1-43-59

8. Латынина С. Группа «Илим» приговорила Братск к вечному запаху метилмеркаптана // МК-Байкал. 16.12.2014. Режим доступа: https://baikal.mk.ru/articles/2014/12/16/gruppa-ilim-prigovorila-bratsk-k-vechnomu-zapakhu-metilmerkaptana.html (дата обращения: 19.09.24).

9. Марьяш С.А., Дрововозова Т.И. Очистка подземных вод, содержащих сероводород, пероксидом водорода // Инженер. вестн. Дона. 2017. No 4 (47). Ст. No 176. Режим доступа: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2017/4444 (дата обращения: 19.09.24). 

10. Мошкова Н. Больше не «горячая точка»! Производство, которое заботится об экологии // АиФ Архангельск. 04.03.2020. Режим доступа: https://arh.aif.ru/money/bolshe_ne_goryachaya_tochka_proizvodstvo_kotoroe_zabotitsya_ob_ekologii (дата обращения: 19.09.24).

11. Наилучшие существующие технологии в целлюлозно-бумажной промышленности: сб. Ч. 1, 2. СПб.: Экология и бизнес, 2004. 

12. Обнародованы результаты эко-экспертизы, проведенной по требованиям жителей Сегежи // КарелИнформ. 10.09.2020.

13. Стунжас П.А. Механохимическая нестабильность воды // Физика водных растворов: сб. тр. Второй всерос. конф. М., 2019. С. 28–30. 

14. Фесенко Л.H., Бабаев А.А., Игнатенко С.И., Черкесов А.Ю. Каталитическая очистка воды от сероводорода кислородом методом сухой фильтрации на антрацитовой загрузке // Водоснабжение и водоотведение: качество и эффективность: сб. тр. ХI Междунар. науч.-практ. конф. Кемерово: ЭКСПО-Сибирь, 2008. С. 55–60.

15. Широков Ю.А. Экологическая безопасность на предприятии. 3-е изд., стер. СПб.: Лань, 2022. 360 с.

16. Яковлев В.А., Григорьева Н.В., Макаренко В.А., Верх Е.А., Полторацкий Г.М. Изучение равновесий, имеющих место при абсорбции серосодержащих соедине ний из газовых выбросов ЦБП // Изв. вузов. Лесн. журн. 1991. No 2. С. 91–93.

17. Dulay M.T., Huerta-Aguilar C.A., Chamberlayne C.F., Zare R.N., Davidse A., Vukovic S. Effect of Relative Humidity on Hydrogen Peroxide Production in Water Droplets. QRB Discovery, 2021, vol. 2, art. no. e8. https://doi.org/10.1017/qrd.2021.6

18. Katsuhiko K., Takayuki F. Gas Purification Method. Patent Japan no. 3-109, 1991.

19. Lee J.K., Han H.S., Chaikasetsin S., Marron D.P., Waymouth R.M., Prinz F.B., Zare R.N. Condensing Water Vapor to Droplets Generates Hydrogen Peroxide. PNAS, 2020, vol. 117 (49), pp. 30934–30941. https://doi.org/10.1073/pnas.2020158117

20. Lee J.K., Samanta D., Nam H.G., Zare R.N. Micrometer-Sized Water Droplets Induce Spontaneous Reduction. Journal of the American Chemical Society, 2019, vol. 141, iss. 27, pp. 10585–10589. https://doi.org/10.1021/jacs.9b03227

21. Lee J.K., Samanta D., Nam H.G., Zare R.N. Spontaneous Formation of Gold Nano-Structures in Aqueous Microdroplets. Nature Communications, 2018, vol. 9, art. no. 1562. https://doi.org/10.1038/s41467-018-04023-z

22. Lee J.K., Walker K.L., Han H.S., Kang J., Prinz F.B., Waymouth R.B., Nam H.G., Zare R.N. Spontaneous Generation of Hydrogen Peroxide from Aqueous Micro-droplets. PNAS, 2019, vol. 116 (39), pp. 19294–19298. https://doi.org/10.1073/pnas.1911883116

23. Mondal S., Acharya S., Biswas R., Bagchi B., Zare R.N. Enhancement of Reaction Rate in Small-Sized Droplets: A Combined Analytical and Simulation Study. The Journal of Chemical Physics, 2018, vol. 148, iss. 24, art. no. 244704. https://doi.org/10.1063/1.5030114

24. Rafson H.J. Method for Removing Volatile Organic Compounds from Air Streams. Patent US no. 4844874, 1990.

25. Rafson H.J., Vries de E. Apparatus for Neutralizing Odors. Patent US no. 4308040, 1981.

26. Study Reveals Benefits of Atomized Mist Scrubbing at Waste Water Plants. Water and Sewage International, 1991, no. 13, art. no. 12.

27. Veselov Yu.S. Effect of Hydrogen Peroxide Accumulation at Reverse-Osmosis Freshening of Seawater Desalination. Khimiya i Tekhnologiya Vody, 1991, vol. 13, no. 8, pp. 741–745.

28. Vries de E. Condensation. Patent US no. 4308241, 1981.

29. Vries de E. Method and Means of Operating Mist Scrubber. Patent US no. 4844874, 1989.

30. Vries de E. Removal of Odors from Gas Streams. Patent US no. 4238461, 1980.

31. Vries de E. Two-Stage Odor Control System. Patent US no. 4416861, 1983.

32. Wei Z., Li Y., Cooks G., Yan X. Accelerated Reaction Kinetics in Microdroplets: Overview and Recent Developments. Annual Review of Physical Chemistry, 2020, vol. 71, pp. 31–51. https://doi.org/10.1146/annurev-physchem-121319-110654

33. Xiong H., Lee J.K., Zare R.N., Min W. Strong Electric Field Observed at the Interface of Aqueous Microdroplets. The Journal of Physical Chemistry Letters, 2020, vol. 11, iss. 17, pp. 7423–7428. https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.0c02061