Каталитические методы очистки газов от окислов азота

Каталитические методы восстановления но можно разделить на два основных класса. Высокотемпературное восстановление, которое протекает только в бескислородной среде при использовании в ка­честве восстановителей горючих газов (водород, окись углерода, природный газ, пары керосина). Продуктами восстановления являют­ся молекулярный азот, диоксид углерода, пары воды. Так как содержание окислов азота в большинстве случаев не превышает 0,2% об., то расход горючих газов на процесс в основном определяется содержанием кислорода в отходящих газах. В дымовых газах ТЭЦ концентрация кислорода изменяется от 3 до 8% об. В качестве катализаторов высокотемпературного восстановления используются нанесенные катализаторы, в которых в качестве активного компонента используются платина, палладий, медно-хромовые сплавы /57/.

От недостатков высокотемпературной каталитической очистки газов от окислов азота (значительный расход восстановителей на "выжигание" кислорода, большое тепловыделение, образование выбросов окиси углерода) свободно селективное каталитическое восстановление NOx (СКВ). Особенностью этого процесса является его высокая избирательность, обусловленная взаимодействием используемого восстановителя только с оксидами азота в присутствии кислорода. Таким восстановителем, широко применяемым в промышленности, является аммиак /58, 59/. Помимо газообразного аммиака в процессах СКВ могут использоваться также аммиакообразующие реагенты: различные органические соединения азота или продукты разложения соответствующих солей /60/» соединения, содержащие амино- или иминогруппы /6I/, Водные растворы аммиака /б2/.

Основными реакциями, протекающими при селективном восстановлении окислов азота, являются следущие:

В настоящее время широко применяемыми промышленными катализаторами восстановления окислов азота аммиаком являются либо V₂O₅/Al₂O₃, либо V₂O /TiO₂ /59/. Обычная температура для протекания реакций (33) и (34) на окисных ванадиевых катализаторах -200-350 С /35, 63/.

Аммиак при температурах 260-450°С окисляется преимущественно до элементарного азота (реакция 36) и только при более высоких температурах в продуктах его окисления на V₂O₅ появляется окись азота (реакция 35) /64, 65/.

Применение высокоактивных оксидных ванадиевых катализаторов позволяет проводить процессы СКВ при достаточно низких температурах - 200-380С. Однако при температурах ниже 220-240°С возможно образование аммонийных солей /66, 67/, которое не только приводит к блокировке поверхности катализатора и снижению его активности, но и при значительных накоплениях вызывает его взрывное нарушение /66/.

Помимо оксидных ванадиевых катализаторов в литературе встречаются упоминания о применениях катализаторов на основе оксидов, хрома, цеолитов /68/. В работе /69/ дан подробный обзор каталитических свойств металлов в реакции селективного восcтановления NOx. NOx.

Применение катализаторов, помимо оксидных ванадиевых, сдерживается отравляющим действием S0₂, содержащимся в отходящих дымовых газах.

Особое внимание в последнее время вызвано проблемой очистки от оксидов азота газов ТЭЦ. Преобладающим направлением в решении дачи является использование метода СКВ. Применение метода СКВ для очистки газов ТЭЦ имеет ряд особенностей, связанных с запыленностью отходящих газов, их высокой температурой и содержанием в них диоксида серы. Наличие в отходящих дымовых газах диоксида серы может приводить к отложению на (катализаторе и газоходах сульфата аммония, что сокращает срок службы катализатора и требует специальных мер при эксплуатации установок Например, разработаны способы промывки установки водными растворителями. Высокая температура газов ТЭЦ позволяет использовать без их дополнительного подогрева, однако это требует применения катализаторов, устойчиво работающих при значительных концентрациях пыли в этих газах. Процессы СКВ запыленных газов реализуются на катализаторах о керамической сотовой структурой в блоках) при высоких линейных скоростях - 0,5-60 м/с /69/.

Сотовая структура имеет стенки правильной одинаковой толщины, образующие каналы по всей длине с гидравлическим диаметром 2-30 мм. Порозность такого блока составляет 50-80%. Переработка газов при высоких линейных скоростях исключает забивание каналов пылью, а порозность блоков и большой гидравлический диаметр каналов обеспечивают незначительное сопротивление контактных аппаратов газоочистки (не более 200 мм вод.ст.). Иногда вместо керамических блоков для обработки запыленных газов активный компонент наносят на поверхность металлических пластин /70/,или теплообменных трубок /7I/.

Для очистки от NOx запыленных газов предложен также способ восстановления в вертикальном аппарате со слоем зернистого катализатора, поддерживаемого опорной решеткой /72/. Над слоем катализатора имеется свободное пространство. Обрабатываемые газы пропускают через слой катализатора со скоростью, меньшей скорости псевдоожижения катализатора. Периодически скорость фильтрации увеличивают для псевдоожижения катализатора и уноса пыли.

Для повышения экономичности процессов СКВ на ТЭЦ в настоящее время применяются вращающиеся теплообменники /59/. Отходящие дымовые горячие газы о температурой 350-400°С смешиваются с аммиаком и подаются далее на вращающийся пластинчатый реактор теплообменник. После прохождения реактора-теплообменника очищенные от NOx газы могут поступать дальше для удаления пыли и диоксида серы. Свежий воздух для процесса горения поступает в это время в другую половину реактора-теплообменника, где нагревается и подается в печь. Теплообменник вращается таким образом, чтобы обеспечить почти постоянную температуру по его объему /59/.

Дымовые газы ТЭЦ перед очисткой их от NOx могут быть очищены от пыли и диоксида серы для увеличения срока службы катализатора. Однако это приведет к их охлаждению и резко увеличит необходимость их денитрации (примерно на 30%) за счет повторного нагревания.

Для восстановления окислов азота известен способ, использующий принципы регенеративного теплообмена и позволяющий значительно сократить затраты на подогрев смеси до температуры не реакции A3/. По данному способу газ, прошедший серо- и пылеочистку, через клапан подается в реактор восстановления. Температура газа на входе в реактор - 70°С. В первой по ходу газа регенеративной насадке из керамического материала происходит нагрев смеси до 350°С, после чего в смесь вводится аммиак. На слое катализатора, работающего по принципу молекулярных сит и не содержащего драгметаллов, происходит селективное восстановление NO до степени очистки от окислов азота - 80%, остаточное содержание NOx около 200 мг/м. После слоя катализатора реакционная смесь проходит второй слой инерта, где охлаждается до 90°С и выбрасывается через трубу. Через каждые 6 мин направление подачи смеси меняется на противоположное. Для компенсации теплопотерь независимо от направления фильтрации осуществляется подогрев смеси зоне горелок в среднем на 20°.

Дата добавления: 2014-01-15