Тимонин А.С. - Инж-эко справочник т 1 (1044948), страница 57
Текст из файла (страница 57)
Очистка отходящих газов в различных отраслях лромышлвнности гарного азота и других нейтральных соединений. Процесс восстановления окислов азота протекает на поверхности катализатора в присутствии газа-восстановителя. Катализаторами служат платиновые металлы (паллааий, рутений, платина, родий) либо более дешевые сплавы, содержащие никель, хром, медь, цинк, ванадий, церий и другие элементы. В качестве восстановителей используют метан, коксовый или природный газ, окись углерода, водород, аммиак либо азотоводородную смесь. Любой из этих газов, так же как и нитрозный газ, не должен содержать примесей сернистых соединений, вызывающих отравление катализаторов.
Носителями для катализаторов служат окись алюминия, керамика, силикагель, металлическая лента и друтие материалы. Эффективность процесса каталитического восстановления окислов иота определяется прежде всего акгивностью применяемого катализатора. Высокой активностью обладают катализаторы на основе платины, родин и палладия, содержание которых в катализаторе составляет 0,1— 2 % (мас.).
Эги катализаторы обеспечивают высокую степень очистки газа, остаточное содержание окислов азота не превышает 5 . 10 4% (объемн.) при объемных скоростях газа от 20 по 120 тыс. ч-~. Каталитическое восстановление окислов азота начинается при температуре 149 С при использовании в качестве восстановителя водорода и при 339 'С вЂ” при использовании метана. Поэтому хвостовые газы, имеющие обычно температуру 30— 35 'С, необходимо предварительно подогревать. Подогрев и восстанов- ление окислов азота происходят при смешении хвостовых газов с газом-восстановителем и сжигании полученной смеси над слоем катализатора.. В результате сжигания горючего газа температура в зоне разложения окислов азота быстро увеличивается, В то жс время максимальная температура в слое катализатора не должна превышать 800 — 900 'С.
Поэтому количество кислорода в газовой смеси и сжигаемого топлива также лимитируется температурой, которую может выдержать катализатор. Если при одноступенчатом процессе восстановления температурный предел превышает допустимый уровень для катализатора данного типа, то необходимо использовать двухступенчатый процесс восстановления с промежуточным охлаждением газа. Нсобходимое количество газа-восстановителя в этом случае делят пропорционально между ступенями. На практике целесообразно применять катализаторы и газы-восстановители с более низкой температурой зажигания, Это позволяет увеличить содержание кислорода в исходной газовой смеси и вести процесс разложения в одну стадию. Реакции разложения окислов азота до элементарного азота протекают более полно, если в газе отсутствует кислород, вступающий в реакцию с газом-восстановителем. На каждый процент вступившего в реакцию кислорода температура газа повышается на 130 — 140 С для метана и на 160 С для водорода.
При начальной температуре восстановления 149 'С (для водорода) и 339 'С (для мстана) максимально допустимое повышение температуры Часть П, Технологические решения по обезвреживанию вредных вешеств в газовых выбросах составит соответственно бб7 и 417 С. Это соответствует допустимому содержанию кислорода в газовой смеси для водорода — 4,4 % и для метана — 3,2 %.
Значительное количество образующегося при реакции тепла регенерируется либо в котлсутилизаторе с получением пара, либо в газовой турбине с получением энергии. Рекупсрация тепла в значительной мере повышает экономичность процесса. '. Широкому распространению каталитической очистки газов от окислов азота препятствует высокая стоимость применяемых катализаторов. Поэтому у нас в стране и за рубежом ведутся исследования по изысканию катализаторов, не содержащих благородных металлов. Такие катализаторы, как правило, менее активны, однако целесообразность их использования в промышленности оправдана широкой доступностью и невысокой стоимо-. стью. Технико-экономическая целесообразность процесса каталитического восстановления окислов азота в значительной степени зависит также от природы применяемого газа- восстановителя.
В качестве газа-восстановителя предпочтительнее использовать водород, так как в этом случае реакция идет при более низких начальных температурах, чем с метаном и другими углеводородами. Этим достигается более полное восстановление окислов азота. На практике в большинстве случаев используют природный газ, как более доступное и более дешевое сырье. Недостатками природного газа являются довольно высокая начальная температура рсакции (350 — 450 С) и высокое содержание в отходящих газах окиси углерода, образующейся при восстановлении окислов азота.
При использовании чистой окиси углерода в качестве газа-восстановителя температура начала реакции может быть снижена до 250 С, однако концентрация СО в отходящих газах после очистки от.окислов азота в этом случае может быть выше, чем при использовании природного газа. Если газом-восстановителем является аммиак, восстановление окислов азота на некоторых типах катализаторов протекает селективно, без участия кислорода. Этот метод каталитической очистки газов может быть применен для систем с высоким содержанием кислорода, так как его присутствие не влияет на ход реакции. Большое значение имеет выбор носителя„от которого зависят механическая прочность, термостойкость, гидравлическое сопротивление и в значительной мере активность катализатора.
Контактные аппараты, применяемые для каталитического восстановления окислов азота, работают под давлением 1 10' — 8 10' Па и выполнены в виде различных конструкций в зависимости от диапазона температур, содержания кислорода и окислов азота в газе, а также от вида топлива. Для меньшего износа катализатора ввод газа в контактный аппарат осуществляют в верхней части, а для лучшего смешения горючее впрыскивают в газ, так как при плохом персмешивании возможны местные перегревы, оплавленис и растрескивание катализатора. Обязательным условием нор- 265 Глава 7. Очистка отходящих газов в различных отраслях промышленности мальной работы катализаторов явяяется отсутствие в газе примесей сернистых соединений, которые отравляют катализатор.
Очистка отходящих газов от окислов азота в схемах, работающих ири атмос4ерном давлении. В азотно-кислотных схемах, работающих при атмосферном давлении, очистку отходящих газов от окислов азота осуществляют с помощью щелочных башен, которые устанавливают в хвосте системы и орошают водными растворами Иа,СО, или Са(ОН),. Взаимодействие окислов азота со щелочными растворами протекает по реакциям: Са(ОН), + М,О, = Са(ХО,), + Н,О Иа,СО,+Х,О, = 2ХаИО, + СО, На очистку поступают нитрозные газы, содержащие до 0,8 — 1,0 % окислов азота, Степень очистки газа, как. правило, не превышает 70 — 75 %, а остаточное содержание окислов азота в отходящих газах составляет 0,25 — 0,3 %, что не удовлетворяет санитарным нормам.
Учитывая, что в настоящее время еще достаточно большое количество азотной кислоты вырабатывается в схемах при атмосферном давлении, разрабатывают более совершенные каталитические методы очистки отходящих газов для этих схем. Очистка отходящих газов от окислов азота в схемах, работающих нри давлении 3,5 10' Па. В азотно-кислотных схемах, работающих при давлении 3,5 . 10' Па, достигается более полная степень переработки окислов азота в азотную кислоту. Остаточное содержание окислов азота после кислой абсорбции 266 составляет 0,15 — 0,20 % Хвостовые нитрозные газы направляют далее на каталитическую очистку, где они подвергаются разложению до элементарного азота в присутствии газа- восстановителя и катализаторов.
. В нашей стране каталитический метод восстановления окислов азота применяют в нескольких схемах получения азотной кислоты при давлении 3,5 . 10' Па. В схемах используют отечественные марки катализаторов на основе палладированной окиси алюминия. В отходящих газах перед очисткой содержатся до 0,20 — 0,26 % окислов азота и 2,5 — 3,0 % кислорода. В качестве газа-восстановителя на азотных заводах иногда используют богатый газ, содержащий 57— 65% СН„16 — 19% СО и 3 — 5% Н„ остальное — азот.
Катализатором служит палладированная окись алюминия (АПК-2), температура зажигания которой 330 — 420 С. В процессе каталитической очистки температура повышалась до 730 — 800 С в зависимости от содержания кислорода в исходном газе. Схема работала при давлении 4,5 - 10' — 5,2 1О' Па. В этих условиях степень очистки газа составляла 95 — 97 %, а содержание окислов азота в отходящем газе— не более 0,01 %. В схеме была предусмотрена рекуперация тепла в котлах-утилизаторах, где получали пзр с давлением до 34 10' Па, который использовали для заводских нужд.
После котлов-утилизаторов очищенный газ направляли на турбины воздушных компрессоров, где использовали остатки тепловой энергии и энергию давления газа. Схема промышленной установки каталитического разложения окислов азота показана на рис. 7.12. Часть П. Технологические решения но обезвреживаншо вредных веществ в газовых выбросах ХНГ ХНГ 18 бГ У 18 ХОГ 11 СО БГ ХНГ Охл.
бо а ХОГ Конденсат хл. до а Рис. 7.12. Схема каталитической очистки нитрозных газов в производстве азотной кислоты под давлением 3,5 10' Па: 1 — насос; 2 — лсазраторный бак; 3 — фильтр; 4 — катионитовые фильтры; 5, 7 — теплообмснники; б — вихревой насос; 8 — бак; 9 — пологрсватсль„.10 — запальник; 11 — пусковая горелка; 12, 1б— реакторы; 13 — катализатор; 14 — змеевик; 15 — выхлопная труба; 17 — турбина; 18 — циклон 2б7 В выхлопном газе слабой азотной кислоты содержится 0,2 — 0,25 % окислов азота, 2,5 — 3,0 % кислорода, 2,0 % воды, остальное составляет азот.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
