Применение катализа для защиты окружающей среды

Универсальность каталитических методов позволяет решать самые сложные проблемы обезвреживания и утилизации антропогенных выбросов промышленных предприятий. Это касается как обезвреживания газовых выбросов, так и очистки сточных вод.

Как разнообразна деятельность человека, так и широк спектр токсичных газов, выбрасываемых при этом в атмосферу, (табл. 1).

Прежде всего, это оксиды азота, которые выбрасываются в атмосферу тепловыми электростанциями, автотранспортом, предприятиями химической промышленности. Аммиак появляется в атмосфере при производстве минеральных удобрений и работе холодильной техники, сероводород — за счет газодобычи и нефтепереработки. Весьма разнообразны источники выбросов органических веществ — нефтехимия, мебельная и лакокрасочная промышленность, машиностроение и многое другое.

Особое внимание сейчас уделяется озонразрушающим газам — диоксиду углерода, закиси азота, метану и фторуглеводородам. Выбросы этих газов ограничены в соответствии с Киотским протоколом. В табл. 2 приведены источники выбросов этих газов и их относительная опасность. В настоящее время стоимость 1 т С02 при международной торговле выбросами составляет около 10 евро, стоимость 1 т N0 превышает 3 тыс. евро. Счетом этого очистка газовых выбросов от метана и закиси азота становится экономически перспективной.

Каталитическая очистка токсичных соединений основана на протекании ряда химических реакций.

Наибольшее промышленное распространение для очистки газов от оксидов азота в присутствии в отходящих газах кислорода имеет процесс их селективного восстановления аммиаком (см. рис. 1, реакция 1).

Проблема очистки газов от сероводорода решается путем применения катализатора, позволяющего селективно окислять H2S до элементарной серы (см. 2) — товарного продукта. Очистку газов от аммиака проводят с помощью катализаторов, на которых образуется только молекулярный азот и не появляются оксиды азота (см. 3). Наиболее разнообразными являются органические загрязнители. Их очистка основана на глубоком окислении загрязнителей до углекислого газа и паров воды (см. 4). Очистка газов от N20 осуществляется путем разложения закиси азота на азот и кислород (см. 5) на цеолитных катализаторах. Наконец, для удаления метана предлагается окислять его до С02 и Н20 (см. 6). Учитывая соотношение цен на выбросы метана и углекислого газа (см. табл. 2), это экономически вполне оправданно.

Для очистки газов от органических веществ и оксидов азота широко применяют реверс-процесс [1], который основан на периодических изменениях направлений фильтрации очищаемых газов в слое твердого катализатора. Теплоемкость твердого катализатора в тысячу раз больше теплоемкости газа. Поэтому тепловая волна в слое катализатора движется медленно, а газ движется быстро. Тепло, выделяемое при реакции обезвреживания, сохраняется в слое твердого катализатора. После изменения направления фильтрации газа накопленное тепло служит для разогрева очищаемого газа. Переключение осуществляют через каждые 15-30 мин. Температура на входе в слой катализатора равна температуре очищаемого газа. На выходе температура равна входной плюс величина разогрева за счет реакции. В центре каталитического слоя температура составляет 300-700°С в зависимости от концентрации обезвреживаемых веществ и режима переключения. Таким способом можно обеспечить очистку газов от самых разных веществ. Основное преимущество реверс-процесса — это снижение энергозатрат в 3-5 раз по сравнению с традиционными каталитическими методами. В настоящее время для очистки газов от органических загрязнителей (фенол, метанол, формальдегид, стирол, бутанол, ацетон, синильная кислота, нитрил акриловой кислоты, бензол и др.) на основе реверс-процесса создано и эксплуатируется в России и США более 60 установок производительностью от 0,5 до 30 тыс. м3/ ч. В качестве базовых для этих установок используют российские катализаторы: медно-хромовый ИКТ-12-8 и марганцевый ИКТ-12-40.

Другие статьи по экологии

Сернисто-щелочные стоки (II система канализации)
Сернисто-щелочные стоки образуются за счет дренажа отработанной щелочи с узлов защелачивания светлых нефтепродуктов установок завода. ...

Биоиндикация загрязнения воздуха по состоянию сосны обыкновенной
Считается, что для условий лесной полосы Беларуси наиболее чувствительны к загрязнению воздуха сосновые леса. Это обуславливает выбор сосны как важнейшего индикатора антропогенного влияния, ...

Здоровье и проблемы рационального и безопасного питания
Безопасность пищевых продуктов: приоритет общественного здравоохранения. Болезни пищевого происхождения ложатся тяжелым бременем на здоровье. В результате употребления небезопасных пищевых ...