Метод каталитического обезвреживания газовых выбросов




Скачать 74.74 Kb.
НазваниеМетод каталитического обезвреживания газовых выбросов
Дата публикации19.02.2014
Размер74.74 Kb.
ТипДокументы
zadocs.ru > Химия > Документы

Метод каталитического обезвреживания газовых выбросов



Метод заключается в том, что газовые примеси либо конвертируют в другие менее токсичные или утилизируемые вещества, либо окисляют до менее токсичных оксидов. Реакции происходят на поверхности катализатора (гетерогенный катализ) и при высокой температуре. Высокотемпературное окисление кислородом называют каталитическим дожиганием.
Механизм катализа:

Реакции происходят на поверхности раздела фаз газовой смеси и катализатора (условно - на пов-сти катализатора). Катализатор изменяет путь химического взаимодействия: появляются промежуточные процессы образования активированных комплексов, у которых меньше энергия активации, чем у основных реакций (без катализатора). За счет уменьшения энергии активации увеличивается скорость химической реакции.
Схема этого явления:

А+ В



К(АВ)

С+К


реагирующ. газов компоненты

катали-затор

активирован-ное промежут. соед.

продукт взаимодействия на пов-ти катал-ра

^

Кинетика гетерогенного катализа



Гетерогенная католическая реакция – сложный многоступенчатый процесс.

Основные стадии:

  1. диффузия реагентов из ядра газового потока к поверхности катализатора (внешняя диффузия),

  2. проникновение этих реагентов в порах катализатора к активным центрам его внутренней поверхности (внутренняя диффузия),

  3. активированная адсорбция реагентов с образованием поверхностных промежуточных соединений (активированных комплексов),

  4. химическое взаимодействие адсорбированных веществ с образованием продуктов реакции,

  5. десорбция продуктов реакции и их перенос к поверхности катализатора (внутренней диффузией),

  6. перенос продуктов реакции от поверхности катализатора в ядро газового потока.


Скорость всей реакции в целом определяется скоростью самой медленной стадии. При низких температурах диффузия идет быстрее, чем хим. реакция. При высоких температурах увеличивается скорость всех стадий, но медленнее растет скорость диффузионных процессов (температурный коэффициент хим. реакции 2-4 (закон Вант-Гоффа), а у диффуз. процессов 1,1-1,3).

Таким образом при низких температурах скорость реакции может определятся скоростью хим. взаимодействия (кинетическая область), а при высоких температурах – скоростью диффузии (диффузионная область).

В зависимости от того, в какой области идет реакция, применяются разные способы ее ускорения.

Катализаторы бывают разные и для их характеристики применяют понятие активности катализатора.
А= М/Ф, где

М – масса поглощаемого вещества; Ф – одна из величин: объем катализатора, масса катализатора, площадь поверхности катализатора, удельная площадь поверхности катализатора.
Масса и свойства катализатора теоретически не должны изменяются в процессе работы. На практике они подвергаются постепенной дезактивации (отравлению) и разрушению и выносу из реакционного объема. Эти процессы называют потерей стабильности катализатора. По нормам катализатор должен сохранять стабильность не менее 700-750 часов работы. Затем его регенерируют (обрабатывают воздухом, кислородом или смесью с водяным паром при 400-500 0 С). Если после регенерации активность не восстанавливается, то его заменяют.

В качестве катализатора обычно применяют благородные металлы (Pt, палладий Pd, серебро Ag и др.), оксиды металлов Mn, Cu, Co; оксидные массы, активированные благородными металлами (1-1,5%).

Их наносят насадочные элементы различной формы (кольца, полые цилиндры, скрещенные диски, ленты, листы; таблетки, кусковой материал) из пористых или непористых материалов. Это создает большую поверхность катализатора.

Катализаторы загружают в реакционные колонны, через которые пропускают очищаемый газ.

Преимущества метода:

  1. Может применяться, когда других химические методы или мало эффективны или невозможны (очистка от NO).

  2. При каталитической очистке не существуют проблемы жидких отходов, продукты реакции легко утилизируются или малотоксичные.

  3. Каталитические методы позволяют получать газ любой степени чистоты.

Недостатки:

  1. Дороговизна катализаторов.

  2. Сложность управления процессов и необходимость постоянного контроля за качеством очистки и катализатора.

  3. Необходимость тщательной предварительной очистки газов от пыли.

Пример промышленного применения: очистка от оксидов азота при производстве слабой HNO3 методом высокотемпературного каталитического восстановления.

Суть восстановительных процессов

4NO + CH4 кат 700 С= 2N2 + CO2 + 2H2O + Q

2NO2 + CH4 кат 700 С= N2 + CO2 + 2H2O + Q

Восстановителем является метаносодержащие газы: природные, коксовые, нефтяной, метан.

Катализаторы – металлы платиновой группы Pt, рутений Ru, палладий Pd, родий Rh или дешевые и менее эффективные и стабильные составы с Ni, Cr, Cu, Zn, V.

Реакции восстановления – экзотермичны, но их тепла не хватает для нагрева смеси, и поэтому применяют дополнительную реакцию сжигания восстановителя

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O

Очищенный газ имеет высокий тепловой потенциал, который утилизируют, например, для получения водяного пара.
СХЕМА КАТАЛИТИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ NOx


Недостатки данной схемы (и метода)

  1. Значительные расходы восстановителя СН4.

  2. Появление в выбросах побочных вредного вещества оксида углерода СО.

  3. Возможность очистки только низко концентрированных газов (до 0,5% NOx).



^ Высокотемпературное обезвреживание газов (сжигание)
Методы прямого сжигания применяют для обезвреживания

- легко окисляемых горючих токсичных веществ

- дурно пахнущих веществ

В основном это вещества органического происхождения. Преимущества прямого сжигания:

1. Универсальность в отношении почти всех примесей.

2. Относительная простота аппаратурного оформления.

3. Возможность применения, когда другие методы безрезультатны.

4. Малая производственная площадь для очистных устройств.

5. Возможность утилизации тепла.

Использованные методы в химических производствах, лакокрасочных заводах, электрохимических предприятиях, пищевых производствах.

Суть методов заключается в окисление обезвреживаемых компонентов кислородом. Должно соблюдаться только условие: продукты сжигания должны быть менее токсичны, чем исходные вещества.

Огневое обезвреживание происходит при t = 700-800 0С, для чего требуется поддерживать реакцию горения топлива или горячих компонентов газов потока t.

Если концентрация примесей находятся в пределах воспламеняемости (между нижними и верхними пределами (НПВ и ВПВ)), то после начального поджигания реакционной смеси в системе будет протекать процесс самоокисления. Небольшой расход топлива идет только на поджигание и поддержания t > t самовоспламенения. Но обычно концентрации ниже НПВ и требуется все время дополнительного топлива. Поэтому экономически оправдано сжигание только легко окисляемых примесей, например, углеводородов, аммиака.

Может быть так, что тепловой эффект реакции окисления достаточно велик для поддержания t самоокисления, тогда дополнительное топливо не нужно при горении. На практике это возможно для примесей с теплотворной способностью более 3,7 мДж/м3. условия для подобного тепловыделения создают за счет сжигания кислорода в количестве > стехиометрического на 10-15%, хорошего перемешивания реагентов и оптимального времени пребывания в зоне горения. Время пребывания на практике от 0,1 до 0,5 с, резко – до 1 с.

Сжигание производят:

- в печах

- в топках котлов

- в открытых факелах
Принципиальная схема факельной установки



Концентрация вредности в очищенном газе можно оценить по стандартной энергии Гиббса реакции ∆G и константа равновесия реакции окисления, например, для углеводородов:
CmHn + (m + n/4)O2 = mCO2 + n/2 H2O
Kp = (PmCO2* Pn/2H2O)/( PCmHn* Pm+n/4O2)
Р – парциональное давление компонентов газа

∆G≈ - RTlnKp

Пусть исходное давление Р1 для CmHn, для O2; обозначим через х, уменьшение Р углеводорода до наступления равновесия, получим

1 - х) – равновесное давление CmHn

2 - (m + n/4)х) – равновесное давление O2

Хм – равновесное давление CO2

Х*n/2 равновесное давление H2O

Получили трансцендентное уравнение с 1 неизвестной.

Степень нейтрализации обезвреживаемых газовых выбросов определяют формулой:

φ = 1 – Φвых/ Φвх

Φ = ∑ КіСі/ ПДКі - суммарная токсичность газов на входе и выходе из установки очистки

Кі – коэффициент, характеризующий комбинированное действие данного вещества с остальными

0< K<1 при аддитивности примесей

(К=0 при независимости),

K < 0 при антогонизме. компонентов

K > 1 при синергизме или потенцировании компонентов.

и тогда

φ = min (1 – Φвых/ Φвх) , где

Φi – токсичность каждого компонента
.

Пример использования огневой очистки в промышленности – на Шебекинском химзаводе по производству СМС. В выбросах содержатся кислоты, спирты, альдегиды, растворители.

Используются горелки с топливом природного газа (на 1 м3 природного газа – 4-5 м3 вентиляционных выбросов). Горелки используют для получения пара в парогенераторе.
У способа сжигания есть крупный недостаток: при сжигании углеводородов кроме Н2О и СО2 образуются сажа и бензоперен, содержание которого может превысить ПДК. Это - следствие неполного сжигания примесей. Особенного много его получается при сжигании полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Для сжигания необходима t =1500-1700 0С, что технически трудно и невыгодно. Поэтому выбросы с ПАУ лучше обезвреживается каталитическими методами.

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Метод каталитического обезвреживания газовых выбросов iconМетодические указания по расчету количественных характеристик выбросов...
Расчет выбросов зв в атмосферу оборудования пищеблока проведен согласно следующим источникам литературы

Метод каталитического обезвреживания газовых выбросов iconГидравлический расчет трубопроводов
Гидравлический расчет трубопроводов. Учебно-методическое пособие для студентов специальностей 090800 Бурение нефтяных и газовых скважин,...

Метод каталитического обезвреживания газовых выбросов iconВопросы к экзамену по Возрастной психологии
Методы вп. Метод изучения продуктов деятельности. Близнецовый метод. Биографический метод

Метод каталитического обезвреживания газовых выбросов iconВадецкий Ю. В. В 12 Бурение нефтяных и газовых скважин: Учебник для...
В 12 Бурение нефтяных и газовых скважин: Учебник для нач проф образования / Юрий Вячеславович Вадецкий. — М.: Издательский центр...

Метод каталитического обезвреживания газовых выбросов iconПеречень вопросов для подготовки к зачету по дисциплине «Программирование»
Общее сравнение методов разработки алгоритмов: Метод грубой силы («в лоб»), Метод декомпозиции, Метод уменьшения размера задачи,...

Метод каталитического обезвреживания газовых выбросов iconКонтрольные вопросы: 1
Достижения российских и зарубежных статистиков. Глобальная статистическая система, состав, функции, задачи, взаимосвязи. Предмет...

Метод каталитического обезвреживания газовых выбросов iconИстория
Репродуктивный метод – это метод, направленный на закрепление знаний и навыков детей. Это метод упражнений, доводящих навыки до автоматизма....

Метод каталитического обезвреживания газовых выбросов iconЛ ипецкая областная общественная организация клуб
О сводных общегородских проектах предельно-допустимых выбросов пдв и генеральных планах городов области

Метод каталитического обезвреживания газовых выбросов iconПрограмма курса по бурению нефтяных и газовых скважин
Место и роль курса в программе нефтегазогеологического обучения студентов данной специальности

Метод каталитического обезвреживания газовых выбросов icon2 Обобщенный метод наименьших квадратов (омнк)
При нарушении гомоскедастичности и наличии автокорреляции ошибок рекомендуется традиционный метод наименьших квадратов (известный...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
zadocs.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов