Atmosfera havosini azot òksidlaridan tozalash

2.1 Yuqori haroratli katalitik tozalash

Qaytaruvchi moddalar sifatida quyidagilar taklif etiladi: vodorod, azot-vodorod aralashmasi, uglerod oksidi (II), tabiiy, neft, koks va boy gazlar, kerosin bug'lari, mazut va boshqalar. Tabiiy gaz sanoatda amaliy qo'llanilishini topdi, oltingugurt miqdori 20 mg / m3 dan oshmasligi kerak.

Pt, Pd, Rh, Ru, Ni, Cu, Cr, Fe metallar va Ni-Cr, Cu-Cr, Zn-Cr va boshqalar qotishmalari alyuminiy, rux oksidlari, silikagel, keramika va tabiiy materiallarga yotqizilgan. UKL-7.3 va AK-72 qurilmalarida palladiy katalizatori APK-2 (2% Pd bilan A12O3) ishlatiladi. NOxni pasaytirish jarayoni 720-7700 S haroratda sodir bo'ladi, gazning hajmiy va chiziqli tezligi mos ravishda 15000-25000 h-1 va 1,0-1,5 m / s ni tashkil qiladi. 0,002-0,008% (hajm) oralig'ida azot oksidlarining qoldiq kontsentratsiyasiga erishish uchun stoxiometrikdan 10% ortiqcha tabiiy gaz saqlanadi.

Tabletli A12O3 ikkinchi katalitik qatlam sifatida ishlatiladi. Katalizatorning xizmat qilish muddati 3 yil, Pd yo'qolishi yiliga 3-5% ni tashkil qiladi (qo'llaniladigan og'irligiga qarab). Ishlash davrida katalizatorning faolligi pasayadi va azot oksidlarining konsentratsiyasi  0,1% (hajm) NOx miqdori bilan 0,002-0,003 dan 0,008-0,01% gacha oshadi .

Jarayonning birinchi bosqichi - yonish va metanning kislorodga aylanishi

CH4 + 2O2  CO2 + 2H2O +804,58 kJ.

Metanning toʻliq yonishi natijasida vodorod va uglerod oksidi hosil boʻladi:

CH4 + 0,5O2 = CO + 2H2 + 35,13 kJ.

sanoat azot oksidi

Ikkinchisi kislorod bilan karbonat angidrid va suvga oksidlanishi mumkin.

Bu reaktsiyalar natijasida chiqarilgan issiqlik gaz haroratining sezilarli darajada oshishiga olib keladi. 1% kislorodning oksidlanishida bug '-gaz aralashmasining adiabatik isishi 160 ° S ni tashkil qiladi. Shuning uchun katalizatorning haddan tashqari qizib ketishiga yo'l qo'ymaslik va shu bilan birga uning yonish haroratini (450-550 ° C) ta'minlash uchun chiqindi gazdagi kislorod miqdori 3,2% ichida saqlanadi. Vodorod bilan qaytarilganda kislorod miqdori 4,4% O2 ni tashkil qiladi, chunki bu holda adiabatik isitish 130-140 ° S ni tashkil qiladi.

Shunday qilib, barcha uch qaytaruvchi moddalar azot oksidlarini kamaytirishda ishtirok etadi: H2, CO, CH4.

Ammo vodorodning katalizatordagi azot oksidlari bilan reaksiyaga kirishish ehtimoli yuqori. Bundan tashqari, birinchi bosqichda azot dioksidi azot oksidi N0 ga, keyin esa N2 ga kamayadi.

H2 + NO2 = H2O + N0 + 184,9 kJ,

H2 + NO = H2O + 0,5N2 + 332,45 kJ.

N0x xuddi shunday tarzda uglerod oksidi bilan o'zaro ta'sir qiladi. Tabiiy gazning azot oksidi bilan umumiy reaksiyalari quyidagicha ifodalanishi mumkin:

CH4 + 4N02 = CO + 4NO + 2H2O + 574,4 kJ,

CH4 + 4N0 = C02 + 2N2 + 2H2O + 11 646 kJ.

APK-2 katalizatorining ish sharoitlariga ko'ra optimal nisbat hisoblanadi

[CH4]: [O2] = 0,55-0,56. Qaytaruvchi muhitda azot oksidlarining defiksatsiyasi (CH4 ning O2 dan ortiqligi) chiqindi gazida CO bilan birga ammiak va vodorodning paydo bo'lishiga olib keladi [0,15% gacha (hajm)].

Asil metallar asosida azot oksidlarini vodorod bilan qaytaruvchi katalizatorlarning faolligi quyidagi ketma-ketlikda kamayadi: Ru> Os> Rh> Ir> Pt> Pd.

Kislorod ishtirokida azot oksidlarini uglerod oksidi bilan kamaytirish qiyin va kislorodning stexiometrik miqdori uglerod oksididan oshib ketganda butunlay to'xtashi mumkin. Aralashmani uglerod oksidi bilan qaytarganda, u faqat NO2 bilan o'zaro ta'sir qiladi.Ularning faolligiga ko'ra, bu reaksiyaning tekshirilgan katalizatorlari keyingi qatorga joylashtiriladi.

Fe2O3> CuCr2O4> Cu2O> Cr2O3> NiO> Pt> Al2O3 + SiO2> MnO> V2O5.

Yuqori haroratli katalitik tozalash jarayoni organik ravishda nitrat kislota ishlab chiqarish texnologiyasi bilan bog'liq. Uni amalga oshirish bilan nafaqat yopiq energiya-texnologik tsiklni tashkil qilish, balki yon tomonga katta miqdorda bug 'berish mumkin (Gkal / t 100% HNO3):

Azot oksidlarining selektiv katalitik qaytarilishi

NOX ning molekulyar azotga selektiv termokatalitik qaytarilishining mohiyati shundaki, ammiak ma'lum sharoitlarda azot oksidlari bilan tanlab o'zaro ta'sir qiladi va kislorod bilan reaksiyaga kirishmaydi:

4NH3 + 6NO = 5N2 + 6H2O

8NH3 + 6NO2 = 7N2 + 12H2O

Biroq, katalizator turiga qarab, NO2 ni N0 ga kamaytirish va ammiakni kislorod bilan N2 va N2O gacha oksidlash ham mumkin:
2NH3 + 8NO = 5N2O + 3H2O

4NH3 + 4O2 = 2N2O + 6H2O

4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O

Asosiy va yon reaksiyalarning muvozanat konstantalarini solishtirish

ammiakning kislorod bilan reaksiyasidan azot oksidlarining ammiak bilan qaytarilish reaksiyalarining afzalligini ko'rsatadi.Rossiyada selektiv katalitik tozalash past haroratli rekuperativ turbinali jihozlar bilan jihozlangan qurilmalarda qo'llaniladi. NO2 va NO ning ammiak bilan molekulyar azot bilan tanlab qisqarishi 250 - 450 ° C haroratda platina, mis, vanadiy, magniy va boshqalardan yasalgan katalizatorlarda 98% yoki undan ortiq tozalash darajasi bilan teng tezlikda sodir bo'ladi. Masalan, alyuminiy-vanadiy katalizatori AVK-10M (10% vanadiy) 15000 h-1 gaz oqimi tezligida,1 m / s gacha chiziqli tezlik va 375 - 450 ° S harorat NOXni 98 - 98,5% kamaytirish tezligini ta'minlaydi va xizmat muddati 2 - 3 yil. NH3: NOx nisbati (1,1-1,5): 1 ga teng bo'lganda, chiqindi gazlardagi azot oksidlarining miqdori 0,002-0,003% dan oshmaydi. Katalizatorning ishlash muddati 2-3 yil, bu davrda tozalash darajasi 96% gacha kamayadi, tozalangan gazdagi qoldiq ammiak miqdori 0,01% dan oshmaydi (hajm). Ammiakning stexiometriyaga nisbatan 25-30% ortiqcha iste'moli dastlabki gaz tarkibidagi azot oksidlarining har o'ndan bir foizi uchun 2,5-3,0 kg ni tashkil qiladi. Ammiakning ozgina ko'pligi uning bir qismi kislorod bilan o'zaro ta'sir qilishi bilan izohlanadi:Katalizatorning ishlash muddati 2-3 yil, bu davrda tozalash darajasi 96% gacha kamayadi, tozalangan gazdagi qoldiq ammiak miqdori 0,01% dan oshmaydi (hajm). Ammiakning stexiometriyaga nisbatan 25-30% ortiqcha iste'moli dastlabki gaz tarkibidagi azot oksidlarining har o'ndan bir foizi uchun 2,5-3,0 kg ni tashkil qiladi. Ammiakning ozgina ko'pligi uning bir qismi kislorod bilan o'zaro ta'sir qilishi bilan izohlanadi:Katalizatorning ishlash muddati 2-3 yil, bu davrda tozalash darajasi 96% gacha kamayadi, tozalangan gazdagi qoldiq ammiak miqdori 0,01% dan oshmaydi (hajm). Ammiakning stexiometriyaga nisbatan 25-30% ortiqcha iste'moli dastlabki gaz tarkibidagi azot oksidlarining har o'ndan bir foizi uchun 2,5-3,0 kg ni tashkil qiladi. Ammiakning ozgina ko'pligi uning bir qismi kislorod bilan o'zaro ta'sir qilishi bilan izohlanadi:

4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O

Azot oksidlarini tanlab qaytaruvchi katalizatorlar sifatida turli metallar (shu jumladan, asil metallar), metall oksidlari, shpinellar, sof, aralash va amaliy shakldagi perovskitlar sinovdan oʻtkazildi. Jarayonning katalitik faolligi 200-350 ° C va 10 ming h-1 tezligida katalizatorlar ketma-ketlikda pasayadi:

Pt> MgO> V2O5> CuO> Fe2O3> Cr2O3> Co2O3> MoO3> NiO> Ag2O> ZnO> Bi2O3> Al2O5> SiO2> PbO2.

Palladiy jarayon davomida faolligini keskin pasaytiradi. Marganets, vanadiy, temir, xrom, mis va kobalt oksidlari yuqori faollikka ega.

Ushbu turdagi tozalashning kamchiliklari yutilish ustunlaridan keyin gazga oz miqdordagi ammiakni aniq o'lchash va uning gaz oqimida bir xil taqsimlanishi, shuningdek, tozalashdan keyingi yo'llarda ammoniy nitrit-nitratlarning shakllanishini o'z ichiga oladi. Ikkinchisining shakllanishiga yo'l qo'ymaslik uchun rekuperatsiya turbinalaridan keyin atmosferaga chiqarilgan gazlarning harorati 200 ° C dan yuqori darajada saqlanadi.

Nitrat kislota ishlab chiqarishda NOXni tanlab kamaytirish texnologik jarayonining sxematik diagrammasi shaklda ko'rsatilgan. bitta.

Absorberdan quyma gazlar isitgichga kiradi va harorati 50 ° C bo'lgan BNG-172 gazli isitish moslamasiga yuboriladi.Oxirgi issiqlik regeneratori, konvektiv va radiatsion isitgichlar va havo isitgichidan iborat.

Isitish moslamasida quyma gazlar birinchi navbatda regeneratordan o'tadi, u erda ular 290 ° S ga qadar isitiladi. Buning uchun gaz turbinasidan keyin kengaytirilgan gazlarning issiqligi ishlatiladi, uning harorati 370 dan 146 ° C gacha tushadi. Regeneratordan keyin quyruq gazlari chiqindi gazlar bilan isitiladigan konveksiya isitgichidan o'tadi. Bunda dum gazlarining harorati 290 dan 453 ° S gacha ko'tariladi, chiqindi gazlarning harorati esa 935 dan 390 ° S gacha kamayadi. Keyin quyruq gazlar, shuningdek, 453 dan 780 ° C gacha isitiladi va gaz mikser 5. oziklanadi tutun gazlar tomonidan isitiladi, bir nurli isib kirib, tutun gazlar issiqlik yanada to'liq foydalanish uchun, havo bilan ta'minlangan. tabiiy gaz brülörleri 200 ° C ga oldindan isitiladi va chiqindi gazlar 390 dan 250 ° C gacha sovutiladi.

Mikserda issiq quyruq gazlari ammiak bilan aralashtiriladi va katalitik tozalash reaktoriga beriladi. Reaktor gorizontal silindrsimon apparat bo'lib, balandligi 800 mm va hajmi 22,8 m3 bo'lgan alyuminiy-mis-rux katalizatori (ACM-10) qatlamiga ega. katalizatorning ishlash muddati 3 yil. NOX ning ammiak bilan selektiv katalitik qisqarishi taxminan 350 ° C haroratda va 1,14 MPa bosimda sodir bo'ladi. Bunda gazlarning chiziqli tezligi 0,4 m/s, kosmik tezligi esa 1 m3 katalizator uchun 7500 m3/soatni tashkil qiladi. Isitish moslamasida issiqlikni qayta tiklash va gaz turbinasidagi bosim energiyasidan so'ng, tozalangan gazlar chiqindi gazlar bilan aralashtiriladi va atmosferaga chiqariladi. 8-10 turbinalarining maqsadi azot oksidlarini selektiv bo'lmagan kamaytirish bilan bir xil.

Egzoz gazlaridagi NOX miqdori hajmi bo'yicha 0,006% dan, ammiak - 0,01% dan oshmaydi.

Tanlanmagan usullar bilan solishtirganda, bu usul tabiiy gaz iste'molini 15% ga kamaytirish imkonini beradi, qimmat APK-2 katalizatoridan foydalanishni istisno qiladi, chiqindi gazlarda uglerod oksidi va metan yo'q.

AVK-10 alyuminiy vanadiy oksidi katalizatorida ammiak ishtirokida konsentratsiyalanmagan nitrat kislota ishlab chiqarishda gazlarni azot oksidlaridan tozalash har doim ham tozalangan gazdagi qoldiq ammiak tarkibiga qo'yiladigan talablarga javob bermaydi. Ikki qatlamli katalizatordan foydalanish azot oksidi va ammiakdan yuqori darajadagi tozalashga erishishga imkon beradi.

Ikki qavatli katalizator alumovanadiy qatlamidan (AVK-10, AVK-10M, AVK-10SH) va temir-xrom qatlamidan (STK-1, STK-2, SIK-482, STK-482-MF) iborat. katalizator. Ovoz nisbati 1: 1. optimal tozalash shartlari quyidagicha: T = 250-290 ° S; P = 0,4 MPa; kosmik tezligi 7000 soat-1. boshlang'ich gaz oqimida azot oksidlarining tarkibi 0,1-0,3 vol., nisbati NOx: NH3 = 1: (0,8-1,1).