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

Экологические болезни на примере воздействия ртути на животных и человека
На рубеже XXI века человечество в полной мере ощутило глобальные экологический кризис, который однозначно указывает на антропогенную токсификацию нашей планеты. К наиболее опасным загрязните ...

Разработка плана управления Опукского заповедника
Опукский природный заповедник является природоохранной и научно-исследовательской организацией Министерства охраны окружающей природной среды Украины. Опукский природный заповедник — оди ...

Проект нормативов образования отходов и лимитов на их размещение ООО Электром г. Чебоксары
Основанием для разработки проекта нормативов образования отходов и лимитов на их размещение является Федеральный закон РФ от 24 июня 1998 г. № 89-ФЗ «Об отходах производства и потребления», Ф ...