Тимонин А.С. - Инж-эко справочник т 1 (1044948), страница 55
Текст из файла (страница 55)
Коэффициент стехиометрии з) .......,........,............. Степень использования озона, %.. Содержание МпБО, в поглотительном растворе, % (мас.) .......,.....,...„.. Температура поглотитсльного раствора, 'С ..........,...,.... „....,. Часть П. Технологические решения ло обезвреживапию вредных веществ в газовых выбросах Концентрация получаемой неупаренной н250 ° % Линейная скорость газа, м/с ... Время соприкосновения газа и поглотительного раствора, с Себестоимость очистки 1000 м' газа' без вычета стоимости получаемой Н,БО, коп.
~ Объем газа при норм. усл. 55 .. 0,05 .. 8,54 Жидкостно-контактный метод предусматривает окисление БО, в жидкой фазе на поверхности катализатора, например, активированного угля. При очистке газовой смеси, содержащей 2,0 % ЯО, и 80 % воздуха, на активированйом угле при 20 "С было установлено, что в начальный период реакция кислотообразования протекает сравнительно быстро.
По мере увеличения концентрации Н,БО, процесс замедляется. По достижении концентрации 40 % Н,304 процесс окисления практически прекращается. Уменьшение скорости кислотообразования при увеличении концептрации Н,БО„а следовательно, и скорости абсорбции БО, объясняется тем, что лимитирующим фактором является диффузия газов к катализатору через жидкую пленку.
В кислой среде проницаемость пленки для сернистого ангидрида и кислорода уменьшается вследствие увеличения вязкости Н,304 и уменьшения растворимости в ней газов. После смывания образовавшейся пленки серной кислоты с поверхности катализатора водой он вновь восстанавливает свою активность. Однако при этом концентра- ция серной кислоты становится меньше. Таким образом, жидкостно-контактный метод не позволяет получить серную кислоту высокой концентрации, кроме того, для предотвращения затухания процесса необходимо периодически регенерировать катализатор. Радикально-каталитический метод, Окисление сернистого ангидрида можно осуществлять электро- химическим путем.
Процесс протекает с достаточной скоростью ца платиновом электроде при разности потенциалов, соответствующей началу разряда ионов ОН-. В качестве промежуточных продуктов образуются радикалы ОН-, обладающие высокой реакционной способностью и окисляюшис сернистый ангидрид в жидкой фазе: ЯО + 20Н вЂ” Н з04' Выход по току составляет 50 %. В качестве окислителя сернистого ангидрида в жидкой фазе может быть использована надсерная кислота, образующаяся при электролизе серной кислоты: ЯО, + НДО, + 2Н О вЂ” ЗН,804 7.3.1.
Окислительные методы Окислительные методы очистки газов от окислов азота основаны на предварительном окислении ИО с последующим поглощением ИО, и И,О, различными поглотителями. В промышлешюсти используют метод гомогенного окисления ИО в газовой фазе с помощью кислорода. При низких концентрациях ИО в процсссе санитарной очистки газов скорость гомогенного окисления окиси азота чрезвычайно мала. С це- 257 Глава 7.
Очистка отходящих газов в различных отраслях промышленности лью интенсификации процесса в некоторых случаях в нитрозный газ добавляют кислород, увеличивая его содержание до 8 — 10 % и более. Следует отметить, что такой метод малоэффективен вследствие небольшого увеличения степени очистки и низкой степени использования добавляемого кислорода (не более 0,5 — 1 %). Так, например, для снижения концентрации окислов азота в отходящих газах промышленных азотно-кислотных систем с 0,3 до 0,15 % необходимо увеличить содержание кислорода в газе от 3 — 5 до 8 — 10 % что эквивалентно добавлению в систему 5 тыс, м'/ч кислорода. Причем только 1,0 % кислорода вступает в реакцию с ХО, а остальные 99,0 % выбрасываются в атмосферу.
Интенсификация процесса окисления и абсорбции окислов азота возможна путем увеличения скорости окисления ХО в жидкой фазе либо в присутствии катализаторов. Исследования проводились по следующим направлениям: окисление окиси азота кислородом и озоном в жидкой фазе; окисление и одновременное поглощение окиси азота жидкими окислителями; окисление окиси азота на низкотемпературных катализаторах. Окисление и абсорбция окислов азота жидкими окислителями. Интенсификация процесса окисления окиси азота в жидкой фазе газообразными окислитслями (кислородом или озоном) связана с их предварительным растворением в жилкой фазе.
Распюрение кислорода является наиболее медленной стадией процесса окисления окиси азота в жидкой фазе. Скорость растворения газообразных окислителей в жидкой фазе за- 258 висит от многих факторов: температуры, давления, концентрации компонентов, турбулентности потоков и тд. Таким образом, чтобы увеличить скорость реакции гомогенного окисления ХО в жидкой фазе, необходимо воздействовать на систему изменением одного или нескольких перечисленных параметров. Как показали исследования, скорость реакции окисления ХО может быть увеличена, если ее проводить с жидкими окислителями.
В этом случае скорость реакции окисления ХО в жидкой фазе не будет зависеть от скорости растворения окислителей в растворе, как при использовании газообразных окислителей Таким образом, устраняется наиболее медленная стадия процесса. Известен ряд жидких окислителей, превосходящих своей активностью кислород, К ним относятся водные расгворы Н,О„КМпО„КВгО„ К,Сг,О„(ХН ),Сг,О,, Ха,СгО, КС10~ ХаС10з К Б 0 (ХН4)ДО ХН4С10„К,Б,О„, ЙХО,. Некоторые из этих окислителей представляют теоретический и практический интерес для процесса окисления окиси азота с целью санитарной очистки газа, Для процесса окисления ХО были изучены следующие жидкис окислители.
Н О, КМпО, КВгО, НХО„(ХН,),Сг,О„Ха,СгО„К,Сг,О, и царская водка. Анализируя экспериментальные данные, полученные при абсорбции окислов азота жидкими окислителями, был установлен ряд активности жидких окислителей: КВгО, > НХО, > КМп04 > Нг02 > > Ха,СгО, > (ХН„),Сг,О, > К,Сг,О„ Коэффициенты скорости реак- Часть П. Технологические решения ао обезвреживанию вредных веществ в газовых выбросах ции 1в моль/(л.с)1 дпя водных растворов одинаковой концентрации указанных окислителей соответственно имеют следующие значения: 620 10 в > 365 . 10 ' > 338.
10 в > 204 х х10 ь > 60 . 10 в > 30 10 ' > 28 10 ' ' Окислительная способность различных жидких окислителей значительно отличается. Наиболее активным из испытанных окислителей по отношению к МО оказался раствор КВгО,. Несколько меньшей окислительнои активностью обладают НИО,, КМпО, и Н,О,. Другие жидкие окислители окисляют 1чО с недостаточнои* для практических целей скоростью. Царская водка ведет себя аналогично НХО„а КС10, взаимодействует с ИО с очень мапой скоростью.
Окисление окиси азота на катализаторах. Известно, что скорость реакции окисления окиси азота газообразным кислородом увеличивается в присутствии некоторых твердых тел и катализаторов. Наибольшую активность проявляют катализаторы, приготовленные на основе драгоценных металлов. В качестве катализаторов испытывались следующие вещества: полиэтилен (гранулы), шамот, известняк, пинас, кокс, пропитанный солями Мп, Сц и Сг, доломит, окись алюминия, катализаторы БАВ, НТК-4, ГИАП-10, стекло (кварцевое и силикатное), полистирол (гранулы), жепезная руда, марганцевая руда, стекповолокно, фарфор, алюмогель, сипикагель КСК, карбоалюмогель, уголь из абрикосовых косточек, гопкапит. В процессе исследований изучапось влияние на скорость окисления ХО и абсорбции ХО, природы катализаторов, концентрации оки- От 5до 20 259 си азота, кислорода, температуры и времени контактирования, которые изменялись в следующих пределах: Концентрация ХО, % (объемн.) ....,.........,....
Концентрация 0„% (объемн.) ...................,..... Время контактирования, с ...............,......... Температура, 'С ......,......... Начальная степень окисления ИО, %. .От Одо 25 Наиболее активные катализаторы 3-й группы (кокс, пропитанный солями Мп и Сц, фарфор, стекло, алюмогель, уголь из абрикосовых косточек, силикагель, карбоалюмогель, гопкалит). В присутстви~ этих катализаторов скорость реакции гетерогенного окисления окиси азота увеличивается в 1,5 — 2,5 раза. Каталитическая активность катализаторов 3-й группы убывает в следующей последовательности: гопкалит > карбоалюмогель > силикагель > косточковый уголь > кокс.
Использование этих катализаторов позволяет увеличить скорость абсорбции окислов азота соответственно в 2,51; 1,91; 1,46; 1,31; 1,17 раза. Увеличение степени окисления УО путем прибавления к газу концентрированной двуокиси азота. Наряду с различными способами интенсификации процесса окисления ХО для увеличения скорости абсорбции окислов азота, аналогичный эффект может быть достигнут путем прибавления к газу соответствующего количества ХОз: ХО+ ИО,-ь Ы,О, Глава 7.
Очистка отходнщих газов в различных отраслях промышленности Полученную трехокись азота можно успешно абсорбировать по одному из известных методов. Метод дозирования ХО с целью увеличения степени окисления приемлем лишь для систем с невысокой начальной концентрацией газа (0,1 — 0,3 %) и небольшой степенью окисления ИО. В этом случае метод дозирования ИО, с целью получения реакционноспособной смеси И,О, экономически более выгоден, чем метод окисления ИО до Х,Оз в окислительных объемах. Несмотря на то, что при повышении степени окисления путем добавления ИО, начальная концентрация окислов азота в газе возрастает, в отхоляших газах после очистки осгаточное содержание окислов азота будет таким же, как и при окислении ИО до ИО, в окислительных объемах.
Таким образом, метод дозирования ИО, может быть применен вместо окисления 1чО в окислительных обьемах. 7.2.2. Восстановительные методы Восстановительные методы основаны на восстановлении окислов азота до нейтральных продуктов в присутствии катализаторов или под действием высоких температур в присутствии твердых, жидких или газообразных восстановителей, ' В кислородных соединениях азота на один атом азота приходится От 0,5 до 3 атомов кислорода.
В зависимости от условий атом азота может присоединять либо терять часть или все атомы кислорода. В первом случае он может окисляться до высших ОкислОВ азота ИО Х 04 Х~О5 и 1ч Ов, ВО ВтоРом — ВОсстанаВливаться от высших окислов'до Х,. 260 Степень окисления азота в кислородных соединениях в значительной степени определяется температурой. В присутствии кислорода (озона) реакция окисления окиси азота при нормальной температуре протекает самопроизвольно в следующем направлении: 2 3 2 2 4 2 5 При увеличении температуры приведенная реакция протекает в обратном направлении: 11,О, -~ Х,О. -~ ХО,~ -11,2 'С 21,5 'С 140 'С вЂ” ~ХО -+ ' Х,+О, 600'С 10000 С Из приведенных данных видно, что низкие концентрации могут быть получены при температурах 1000 и ! 0 тыс.
К. Нагревание газа до температуры 1О тыс. К связано с большими энергетическими затратами, кроме того, требуется мгновенное охлаждение, «закалка» газа, что не- достижимо в практических услови- ях. Поэтому больший интерес представляет область ~низких» температур, 1000 — 1500 К.:При нагревании газа до 1500 К остаточное содержание ИО в газе может быть снижено до 0,044 %, но для этого время ре- акции должно составлять 130 с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
