Технологические аспекты применения катализаторов

Для поддержания необходимой температуры газа иногда к нему подмешивают (особенно в пусковой период) продукты сгорания от вспомогательной горелки, работающей на каком-либо высококалорийном топливе. На рис. 1 представлен каталитический реактор, предназначенный для окисления толуола, содержащегося в газовоздушных выбросах цехов окраски. Воздух, содержащий примеси толуола, подогревается в межтрубном пространстве теплообменника - рекуператора 1, откуда по переходным каналам он поступает в подогреватель 4. Продукты сгорания природного газа, сжигаемого в горелках 5, смешиваются с воздухом, повышая его температуру до 250-350°С, т. е. до уровня, обеспечивающего оптимальную скорость окисления толуола на поверхности катализатора. Процесс химического превращения происходит на поверхности катализатора 3, размещенного в контактном устройстве 2. В качестве катализатора применена природная марганцевая руда (пиромзит) в виде гранул размером 2-5 мм, промотированных азотнокислым палладием. В результате окисления толуола образуются нетоксичные продукты: оксид углерода и водяные пары (С7Н8+9О2->7СО2+4Н2О). Смесь воздуха и продуктов реакции при температуре 350-450°С направляется в рекуператор 1, где отдает тепло газовоздушному потоку, идущему на очистку, и затем через выходной патрубок выводится в атмосферу. Эффективность очистки такого реактора составляет 95-98% при расходе вспомогательного топлива (природного газа) 3,5-4,0 м3 на 1000 м3 очищаемого воздуха. Гидравлическое сопротивление реактора при номинальной нагрузке (800-900 м3/ч) не превышает 150-180 Па. Скорость процесса находится в пределах от 8000 до 10000 объемов на объем катализаторной массы в 1 ч.

Рис. 1. Каталитический реактор

В последние годы каталитические методы очистки нашли применение для нейтрализации выхлопных газов автомобилей. Для комплексной очистки выхлопных газов - окисления продуктов неполного сгорания и восстановления оксида азота -применяют двухступенчатый каталитический нейтрализатор (рис. 2). Установка состоит из последовательно соединенных восстановительного 2 и окислительного 4 катализаторов. Отработавшие газы через патрубок 1 поступают к восстановительному катализатору 2, на котором происходит нейтрализация оксидов азота по следующим реакциям:

ТЩ+СО-Ю1.2Т2+СЩ2ж ТЩ+Н2-Ю1.2Т2+Н2О

В качестве восстановительного катализатора применяют монельметалл (медноникелевый сплав) или катализатор из благородных металлов (например, платина на глиноземе). При объемной скорости порядка 100000 ч-1эффективность очистки по NO достигает 90% и выше.

Рис. 2 Двухступенчатый каталитический нейтрализатор

После восстановительного катализатора к отработавшим газам для создания окислительной среды через патрубок 3 подводится вторичный воздух. На окислительном катализаторе происходит нейтрализация продуктов неполного сгорания - оксида углерода и углеводородов:

СО+1.2Щ2-ЮСЩ2ж СчРн+(ч+н.4)Щ2-ЮчСЩ2+1.2Р2Щб

Для окислительных процессов применяют катализатор из благородных металлов или оксидов переходных металлов (медь, никель, хром и др.). Содержание оксида углерода в выхлопных газах автомобиля с нейтрализатором снижается почти в 10 раз, а углеводородов - ~ в 8 раз. Широкому применению каталитических нейтрализаторов препятствуют использование этилированного бензина, который содержит определенное количество свинца. Свинец дезактивирует катализаторы в течение 100-200 ч.

Для расчета каталитического реактора необходимы следующие параметры: объемный расход очищаемого газа Qг, м3/с; состав и концентрация примесей Св, мг/м3; тип катализатора; скорость обезвреживания газа ωк, 1/ч, и рекомендуемая температура перед слоем катализатора ТК. Минимальный объем Vк, м3, катализаторной массы определяют исходя из максимальной скорости обезвреживания газа Vк = Qг/ωк. Толщина слоя катализатора h, м, необходимая для достижения заданной степени очистки η, определяется по формуле

р=Т0ωр.(Ыэфβ)б

где Т0 =дт 1.1-η – число единиц переноса;

ωp=ω0-Tp/T0 1/Пк - скорость газа при рабочих условиях, м/с;

Другие статьи по экологии

Ослабление условий Хотеллинга в теории невозобновляемых природных ресурсов
Как известно, по запасам основных видов сырья Россия занимает первое или одно из первых мест в мире. Но возможности природной среды не безграничны. Добывая полезные ископаемые сегодня, челов ...

Характеристика поступающих стоков
На участок механической очистки поступают три вида промышленных стоков ...

Природоохранная деятельность предприятия
Состояние планетарных экологических систем вызывает все большую озабоченность мирового сообщества. Эрозия почв, необратимое нарушение водного баланса и антропогенное загрязнение атмосферы с ...