Способы каталитического восстановления

Способы каталитического восстановления подразделяют на высокотемпературные и низкотем­пературные.

Высокотемпературные способы без утилизации теп­ла горячих отходящих газов крайне дороги.

Низкотемпературные на­ходят применение даже без утилизации тепла.
В таблице 1.7 представлены данные работы установок каталити­ческой газоочистки на химических заводах США. Анализ данных показывает, что действующие установки каталитической очистки га­зов от оксидов азота гарантированно обеспечивают современные са­нитарные нормы газоочистки. «Пионерами» каталитической очистки газов от оксидов азота в нашей стране были ученые ГИАП. Ими была разработана схема производства HNO3 под давлением с каталитиче­ской очисткой газовых выбросов и утилизацией энергии горячих от­ходящих газов на турбине. Достигнутая ими концентрация оксидов азота в газовом выбросе составляла менее 0,01 % об. Как уже отмеча­лось, авторы этой установки были награждены Государственной пре­мией СССР.
В качестве катализаторов для высокотемпературных способов из­вестно применение следующих металлов: платины, кобальта, никеля, палладия и родия, двухслойных металлических ката­лизаторов, например, верхний по ходу газа - палладиевый, нижний - никелевый и др. Хотя катализатор можно периодически регенериро­вать восстановлением в условиях избытка топлива или при использо­вании аммиака в качестве газа-восстановителя, потери катализа­тора очень велики, а срок службы их составляет около одного года.
Например, потери палладия составляют 0,05 на 1 т кислоты. Стои­мость 1кг палладиевого катализатора составляет примерно 400 руб.(в ценах 1980г.). Изучению восстановления оксидов азота без дорогих катализаторов посвящен ряд работ, в которых эксперимен­тально показана практическая возможность полного восстановления оксидов азота углеродом. Этот способ связан с большим расходом то­плива. Применение в качестве катализатора дешевых сплавов, содер­жащих никель, хром, медь, цинк, оксиды некоторых металлов [14], работающих при температуре 550 - 600°С, показывает худшие резуль­таты по сравнению с платиной и металлами, перечисленными в рабо­тах. В качестве носителей катализаторов используют: оксид алюминия (А12О3), керамику, гофрированные металлические хро-моникелевые ленты . Содержание оксидов азота в очищенном газе зависит не только от вида катализатора, но и от вида применяемого топливного газа. В качестве топливного газа используют: водород, окись углерода, метан, природный газ, коксовый газ, пары керосина и др. В очищенных газах по этой причине содержатся водород, метан, водяные пары, углекислота, азот, небольшое количе­ство аммиака, оксид углерода, диоксид углерода. Некоторый избыток горячего газа, который обычно требуется в реальных условиях, при­водит к повышению содержания оксида углерода в очищенных газах. Однако при использовании в качестве горючего метаносодержащего газа (при соотношении СН4/О2 до 1,7 в зависимости от вида катализа­тора) концентрация оксида углерода в очищенном газе не превышает 0,3% об., что при высоте трубы 100м в 5 раз меньше допустимой нор­мы.

Недостатком высокотемпературных способов каталитической очи­стки является то, что они дороги и чувствительны к малейшему по­вышению концентрации кислорода в отходящих газах. Удельные ка­питальные затраты на каталитическую газоочистку составляют 30-40% от затрат основного производства азотной кислоты. При увели­чении содержания кислорода в выбросном газе, поступающем на ка­талитическую газоочистку, резко повышается температура газов в ре­акторе. Так, при сжигании метана температура повышается на 130-140°С на каждый 1% дополнительного кислорода, а при сжигании во­дорода - соответственно на 150-160°С. В связи с этим, если содержа­ние кислорода в газах велико, процесс необходимо вести в несколько стадий очистки и охлаждения газа [1].
Следует отметить, что состав отходящих газов в процессе этерифи-кации целлюлозы существенно отличается от условий производства азотной кислоты. Так, концентрация кислорода в газах в несколько раз больше и достигает 20%, а давление практически равно атмосферно­му. В этих условиях применение высокотемпературных каталитиче­ских способов практически невозможно, ибо допустимое содержание кислорода, например, для сжигания метана составляет всего 3,2% об.[15]. Неизвестно можно ли применять каталитическую газоочистку от оксидов азота в условиях залповых газовых выбросов, когда концен­трация оксидов азота увеличивается в десятки раз и в отходящих газах резко повышается концентрация смеси паров и тумана азотной кисло­ты.
Трудность рекуперации тепла, высокая концентрация кислорода в отходящих газах и значительные расходы дорогих катализаторов де­лают высокотемпературную каталитическую очистку газов неэконо­мичной в условиях абсорбционных систем, работающих при атмо­сферном давлении, и тем более неэкономичной в условиях очистки отходящих газов в процессе этерификации целлюлозы.
В этой связи в процессе этерификации целлюлозы из каталитиче­ских способов газоочистки перспективными являются лишь низко­температурные способы, одним из которых является восстановление оксидов азота в присутствии аммиака на катализаторе АВК-10. Расход аммиака в каталитических процессах газоочистки обычно пре­вышает стехиометрическое значение на 30 - 40%. Кроме АВК-10 в химической промышленности известно применение других катализа­торов: алюмопалладиевые, алюмованадиевые , на основе ок­сидов металлов и др.
Из заводов отрасли впервые применили каталитическую очистку газов на Дзержинском ФГУП им. Я.М. Свердлова. При этом очистке подвергались отходящие газы процесса денитрации отработанных ки­слот при расходе газов 5 тыс.м3/ч. Для внедрения современного спо­соба газоочистки на других заводах отрасли организацией ФГУП «ГНИЙ «Кристалл» г. Дзержинска был разработан соответствующий директивный технологический процесс.
Для широкого распространения современного способа каталитиче­ской газоочистки в литературе мало данных о механизме и кинетике процесса, нет оптимизации и методик расчета промышленных аппара­тов. Известные катализаторы дороги, они не могут дать заметного эф­фекта в условиях залповых выбросов и нет эффективных способов утилизации тепла горячих отходящих газов после реактора. При больших расходах газов каталитическая газоочистка является самым дорогим способом газоочистки. Расход отходящих газов на заводах производства нитратов целлюлозы достигает 60 тыс. м3/ч. Кроме того, внедрение каталитической очистки газов сопровождается выбросом в атмосферу вторичных продуктов в виде остатков аммиака и продуктов сгорания топлива. В этой связи актуальными являются задачи по лик­видации недостатков одного из самых перспективных способов очи­стки отходящих газов и разработке методики инженерного расчета реактора. Одновременно необходимо найти пути интенсификации процесса абсорбции оксидов азота для того, чтобы оксидов азота на каталитическую очистку поступало как можно меньше, а главное не больше, чем это потребует соответствующая оптимизация. Следует отметить, что на заводах отрасли имеются оксиды азота и высокой концентрации. Они образуются в процессах денитрации отработанных кислот и концентрирования азотной кислоты. Поэтому интенсифика­ция процесса абсорбции оксидов азота для заводов отрасли так же не­обходима, как и интенсификация процесса каталитической очистки газов.

Создание качественных сайтов любой степени сложности RODC: Сайт создать | Создание сайтов | Сделать сайт | Продвижение сайтов | Раскрутка сайта | Дизайн сайтов
Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100