catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"10.18412/1816-0387-2016-3-38-48catal-346Research ArticleКАТАЛИЗ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫСATALYSIS AND ENVIRONMENT PROTECTIONУсовершенствованный адсорбционно-каталитический процесс для очистки отходящих газов от примесей летучих органических соединенийImproved Adsorptive-Catalytic Process for VOC Removal from Waste GasesЗажигаловС. В.ZazhigalovS. V.ctls@kalvis.ruМикенинП. Е.MikeninP. E.ctls@kalvis.ruЛопатинС. А.LopatinS. A.ctls@kalvis.ruБарановД. В.BaranovD. V.ctls@kalvis.ruПисаревД. А.PisarevD. A.ctls@kalvis.ruЧумаковаН. А.ChumakovaN. A.ctls@kalvis.ruЗагоруйкоА. Н.ZagoruikoA. N.ctls@kalvis.ruИнститут катализа им. Г.К. Борескова СО РАН (ИК СО РАН), г. Новосибирск; Новосибирский государственный университет (НГУ)РоссияBoreskov Institute of Catalysis, Novosibirsk; Novosibirsk State UniversityRussian FederationИнститут катализа им. Г.К. Борескова СО РАН (ИК СО РАН), г. Новосибирск; Новосибирский государственный университет (НГУ); Новосибирский государственный технический университет (НГТУ)РоссияBoreskov Institute of Catalysis, Novosibirsk; Novosibirsk State University; Novosibirsk State Technical UniversityRussian FederationИнститут катализа им. Г.К. Борескова СО РАН (ИК СО РАН), г. Новосибирск; Новосибирский государственный университет (НГУ); Новосибирский государственный технический университет (НГТУ); Томский политехнический университет (ТПУ)РоссияBoreskov Institute of Catalysis, Novosibirsk; Novosibirsk State University; Novosibirsk State Technical University; Tomsk Polytechnic UniversityRussian Federation2016190520161633848Copyright © LLC "KALVIS", 20162016LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/346

Работа посвящена разработке новых способов осуществления адсорбционно-каталитических процессов для очистки отходящих газов промышленных предприятий от примесей летучих органических соединений (ЛОС). Предложены новые технологические схемы для таких процессов, в частности система с локализованным нагревом части слоя катализатора для инициации горения сорбированных ЛОС и схема с разделением общего адсорбционно-каталитического слоя на параллельные секции с неодновременной их регенерацией. Исследования выполнены при комбинировании экспериментов пилотного масштаба и методов математического моделирования. Показано, что схема с расположением инициирующего нагревателя непосредственно в слое адсорбента-катализатора позволяет весьма существенно (на два порядка и более) уменьшить энергетические затраты на проведение регенерации как в плане удельных затрат энергии на очистку единичного объема отходящих газов, так и в плане требуемой мощности нагревателя. Разделение слоя на несколько секций позволяет в несколько раз снизить максимальные концентрации примесей и температуру газа на выходе из адсорбционно-каталитической системы в ходе ее эксплуатации. Предложенные технологии характеризуются высокой эффективностью очистки газов и низким энергопотреблением и могут найти широкое практическое применение в сфере защиты атмосферного воздуха от выбросов ЛОС.

The paper deals with the development of new methods for arrangement of adsorptive-catalytic processes for removal of volatile organic compounds (VOC) from industrial waste gases. Among the suggested new technologies are, e.g., a system with the localized heating of a part of the catalyst bed to initiate burning of sorbed VOC and a system with the adsorption-catalytic bed separated into parallel sections with their nonsimultaneous regeneration. The studies were accomplished by combining pilot-scale experiments and mathematical modeling. The arrangement of the initiating heater inside the adsorbent-catalyst bed is shown to allow the energy consumption for regeneration, including specific energy consumption for cleaning unit volume of waste gases and the required heater capacity, to be reduced considerably (by more than two orders of magnitude). Separation of the bed into sections makes it possible to decrease several times the maximal concentration of impurities and the outlet gas temperature during operation. The suggested highly effective and energy saving technologies can be widely used for the atmosphere protection against VOC pollution.

адсорбционно-каталитический процесслетучие органические соединениякатализаторматематическое моделированиеэкспериментальные исследованияэнергетические затратыстепень очисткиadsorptive-catalytic processvolatile organic compoundscatalystmathematical modelingexperimental studiesenergy consumptionpurification degreeReferencesМатрос Ю.Ш., Носков А.С., Чумаченко В.А. Каталитическое обезвреживание отходящих промышленных газов. Новосибирск: Наука, 1991.Матрос Ю.Ш., Носков А.С., Чумаченко В.А. Каталитическое обезвреживание отходящих промышленных газов. Новосибирск: Наука, 1991.Zagoruiko A.N. Current Topics in Catalysis. 2012. Vol. 10. Р. 113–129.Zagoruiko A.N. Current Topics in Catalysis. 2012. Vol. 10. Р. 113–129.Загоруйко А.Н. // Успехи химии. 2007. Т. 76. № 7. С. 691–706.Загоруйко А.Н. // Успехи химии. 2007. Т. 76. № 7. С. 691–706.Пат. Великобритании 1582441. 1971.Пат. Великобритании 1582441. 1971.Пат. США 4234549. 1979.Пат. США 4234549. 1979.Заявка на патент Великобритании 2051761. 1979.Заявка на патент Великобритании 2051761. 1979.Orlyk V.M., Tereshenko A.D., Martcenyuk–Kucharuk M.G., Vorobey A.S., Farafonova I.A. In Proc. «№1st World Congress on Environmental Catalysis», Pisa, Italy, 1–5 May 1995, Societa Chimica Italiana, Roma, p. 671, 1995.Orlyk V.M., Tereshenko A.D., Martcenyuk–Kucharuk M.G., Vorobey A.S., Farafonova I.A. In Proc. «№1st World Congress on Environmental Catalysis», Pisa, Italy, 1–5 May 1995, Societa Chimica Italiana, Roma, p. 671, 1995.Рабинович О.С., Гуревич И.Г., Кисаров В.М., Торопкина Г.Н., Калинкина Л.И. Материалы международной конференции по тепломассобмену. Минск: ИТМО, 1988. С. 80.Рабинович О.С., Гуревич И.Г., Кисаров В.М., Торопкина Г.Н., Калинкина Л.И. Материалы международной конференции по тепломассобмену. Минск: ИТМО, 1988. С. 80.Бровцева В.М., Иголкина С.М., Калинкина Л.И., Квашнина Е.М., Лабзова Л.В., Торопкина Г.Н. В сб. тезисов 5-й Всесоюзной конференции «Каталитическая очистка газов». Тбилиси: Мецниереба, 1989. С. 75.Бровцева В.М., Иголкина С.М., Калинкина Л.И., Квашнина Е.М., Лабзова Л.В., Торопкина Г.Н. В сб. тезисов 5-й Всесоюзной конференции «Каталитическая очистка газов». Тбилиси: Мецниереба, 1989. С. 75.Супрунов В.Е. В сб. тезисов 4-й Всесоюзной конференции по механизму каталитических реакций. Ч. 2. Москва, 1986. С. 401..Супрунов В.Е. В сб. тезисов 4-й Всесоюзной конференции по механизму каталитических реакций. Ч. 2. Москва, 1986. С. 401..Супрунов В.Е. В сб. тезисов 3-й конференции «Нестационарные процессы в катализе». Ч. 1. Новосибирск, 1986. С. 170.Супрунов В.Е. В сб. тезисов 3-й конференции «Нестационарные процессы в катализе». Ч. 1. Новосибирск, 1986. С. 170.Kalinkina L.I., Kisarov V.M., Igolkina S.M., Toropkina G.N., Kvashnina E.M., Gurevich I.G., Fateev G.A. Proc. of Int. Conf. on Unsteady–State Processes in Catalysis, Novosibirsk, USSR, 5–8 June 1990, VSP, Utrecht, p. 525.Kalinkina L.I., Kisarov V.M., Igolkina S.M., Toropkina G.N., Kvashnina E.M., Gurevich I.G., Fateev G.A. Proc. of Int. Conf. on Unsteady–State Processes in Catalysis, Novosibirsk, USSR, 5–8 June 1990, VSP, Utrecht, p. 525.А.с. СССР 1674933. 1989.А.с. СССР 1674933. 1989.Мишаков И.В., Ведягин А.А., Володин А.М., Мякишева М.С. // Химия в интересах устойчивого развития. 2011. Т. 19. № 1. С. 97–104.Мишаков И.В., Ведягин А.А., Володин А.М., Мякишева М.С. // Химия в интересах устойчивого развития. 2011. Т. 19. № 1. С. 97–104.Темерев В.Л., Афонасенко Т.Н., Балтахинов В.П., Иост К.Н., Цырульников П.Г. Исследования адсорбционно-десорбционных характеристик образцов на основе ZSM-5 и beta-цеолита, модифицированных Ag, для обезвреживания углеводородов при «холодном старте». Материалы Всероссийской научной молодежной школы-конференции «Химия под знаком Сигма: исследования, инновации, технологии». Омск, 2008. С. 121–123.Темерев В.Л., Афонасенко Т.Н., Балтахинов В.П., Иост К.Н., Цырульников П.Г. Исследования адсорбционно-десорбционных характеристик образцов на основе ZSM-5 и beta-цеолита, модифицированных Ag, для обезвреживания углеводородов при «холодном старте». Материалы Всероссийской научной молодежной школы-конференции «Химия под знаком Сигма: исследования, инновации, технологии». Омск, 2008. С. 121–123.Opitz B., Drochner A., Vogel H., Votsmeier M. // Applied Catalysis B: Environmental. 144, 203–215 (2013).Opitz B., Drochner A., Vogel H., Votsmeier M. // Applied Catalysis B: Environmental. 144, 203–215 (2013).Sarshar Z., Zahedi-Niaki M.H., Huang Q., Eić M., Kaliaguine S. // Applied Catalysis B: Environmental. 87, 37–45 (2009).Sarshar Z., Zahedi-Niaki M.H., Huang Q., Eić M., Kaliaguine S. // Applied Catalysis B: Environmental. 87, 37–45 (2009).Zagoruiko A.N., Kostenko O.V., Noskov A.S. // Chem. Eng. Sci., 51(11), 2989 (1996).Zagoruiko A.N., Kostenko O.V., Noskov A.S. // Chem. Eng. Sci., 51(11), 2989 (1996).Загоруйко А.Н., Костенко О.В., Цырульников П.Г., Томилов В.Н., Сальников В.С., Носков А.С. // Химическая Промышленность. 1997. № 4. С. 278.Загоруйко А.Н., Костенко О.В., Цырульников П.Г., Томилов В.Н., Сальников В.С., Носков А.С. // Химическая Промышленность. 1997. № 4. С. 278.Salden A., Eigenberger G. // Chem. Eng. Sci., 56, 1605 (2001).Salden A., Eigenberger G. // Chem. Eng. Sci., 56, 1605 (2001).Vernikovskaya N.V., Zagoruiko A.N., Chumakova N.A., Noskov A.S. // Chem. Eng. Sci. 54, 4639–4643 (1999).Vernikovskaya N.V., Zagoruiko A.N., Chumakova N.A., Noskov A.S. // Chem. Eng. Sci. 54, 4639–4643 (1999).Пат. США 5487869. 1996.Пат. США 5487869. 1996.Пат. РФ 2102119. 1995.Пат. РФ 2102119. 1995.Пат. РФ 2147457. 1997.Пат. РФ 2147457. 1997.Пат. РФ 2263539. 2004.Пат. РФ 2263539. 2004.Zazhigalov S.V., Chumakova N.A., Zagoruiko A.N. // Chem. Eng. Sci. 76, 81 (2012).Zazhigalov S.V., Chumakova N.A., Zagoruiko A.N. // Chem. Eng. Sci. 76, 81 (2012).Зажигалов С.В., Чумакова Н.А., Загоруйко А.Н. // Известия вузов. Физика. 12/2, 38 (2011).Зажигалов С.В., Чумакова Н.А., Загоруйко А.Н. // Известия вузов. Физика. 12/2, 38 (2011).Зажигалов С.В., Чумакова Н.А., Загоруйко А.Н. // Теор. осн. хим. технол., 47 (2), 224–234 (2013).Зажигалов С.В., Чумакова Н.А., Загоруйко А.Н. // Теор. осн. хим. технол., 47 (2), 224–234 (2013).Аэров М.Э., Тодес О.М., Наринский Д.А. Аппараты со стационарным зернистым слоем. Гидравлические и тепловые основы работы. Л.: Химия, 1979.Аэров М.Э., Тодес О.М., Наринский Д.А. Аппараты со стационарным зернистым слоем. Гидравлические и тепловые основы работы. Л.: Химия, 1979.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.