Еволюція каталітичних нейтрализаторов

3. Викид у повітря  аміаку (звичайно вище 50 млн^-1) та інших побічних продуктів.

4. При спалюваннівисокосернистих  нафт чи вугілля теплообмінник  казана може забиватисябисульфатом  амонію.

5. Вартість очищення  може перевищити видатки, вдосконалення  який спалює устрою.

Більшість зазначених недоліків, як було зазначено показано експериментально, то, можливо усунуто  шляхоммногофорсуночного введення аміаку у разі підвищення завантаження топки паливом, шляхом промивання димоходів водою іотдува сажі повітрям задля унеможливлення закупорки газових магістралей.

Головна перевага методу — можливість знижувати концентрацію оксидів азоту втопочном димі на 40—60 % і сумісність з технічними рішеннями для поліпшення режимів згоряння із метою зниження втопочном газі змістуNО_x.

Для глибокої очищення диму слід встановлювати додаткове  устаткування.

Метод селективного каталітичного відновлення (ВКВ)

У світовій практиці проблемі очищеннятопочних газів приділяється велика увага фахівців і розробляється кілька напрямків, Проте особливо перспективний «сухий» (без стадії промивання) спосіб, оскільки він простий і вирізняється дешевше вартістю. Запровадження стадії абсорбції оксидів розчинами різко ускладнює технологію внаслідок необхідності очищення стічні води.Селективное каталітичне відновлення грунтується на реакції відновлення оксидів азоту аміаком лежить на поверхні гетерогенного каталізатора у присутності кисню. Термін «селективний» у разі відбиває найкраще перебіг каталітичної реакції аміаку з оксидами азоту проти киснем. У той самий час кисень є реагентом в каталітичної реакції. Метод ВКВ застосуємо насамперед дотопочним газам за умов повного згоряння зміст кисню у яких більше однієї % і який відходить газ піддається хімічної реакції в окисних умовах. Раніше описаний процеснекаталитического відновлення (>НКВ) вживають щодотопочним газам з великим відсотковим змістом вихідного палива, т. е. коли забезпечуються відновлюють властивості газового потоку. Процес ВКВ то, можливо представлений такимибрутто-уравнениями:

>2NH₃ +2NO +0₂ -+2N₂ + ДТ₂Про;

>2NH₃ +N0₂ +0₂ + ³/₂N₂ +3H₂0.

Реакція є основним, оскільки оксид азотуN0 становить  зазвичай близько 95 % у сумі оксидів азоту. Відповідно до цими рівняннями із теоретичного погляду доситьстехиометрического кількості аміаку щодо оксидів азоту для переведення у економічно чисті продукти — молекулярний азот (N₂) і М₂Про. Примольном відношенніNH₃ : NO_x = = 1:1 відновлюється 80—90 % оксидів азоту, й уотходящем газі зміст аміаку вбирається у 20 млн^-1. Метод ВКВ використовують у широкому масштабі очищення газів міських й управління промислових котельних, працівників газі і. У та Канади різновид методу селективного каталітичного відновлення широко використовується очищення хвостових газів заводів із виробництва азотної кислоти та інших хімічних виробництв. Нині США розробляється ряд процесів, покликаних вирішила унаочнити ефективність методу ВКВ очищеннятопочних газів під час використання всіх типів палива — газ, вугілля, нафту. Ефективність методу ВКВ визначається параметрами:

1) система спалювання  — вид палива;

2) склад каталізатора;

3) активність каталізатора, його селективність та палестинці  часдейтвия;

4) форма каталізатора, конфігурація каталітичного реактора;

5) ставленняNH₃ : NO_X і концентрація NO_x;

6) температура каталітичного  реактора;

7) швидкість газового потоку.

Метод ВКВ передбачає наявність каталізатора, каталітичного  реактора, ємності для зберігання аміаку і системи її подання в  газовий потік. Велике опір каталітичного реактора спричиняє падіння тиску потоку; щодо його компенсації передбачається система вентиляторів.

Найбільш ефективно  каталітичне відновлення у сфері 300—450 °З. Задля більшої саме такий  температури газового потоку каталітичний реактор мають міжекономайзером казана і теплообмінником для  підігріву вхідного повітря.Общепринятая схема приведено на рис. 11. Від конструкції реактори й типу каталізатора залежить якість всього процесу відновлення, що потребує детального обговорення.

Більшість каталізаторів формується з урахуванням діоксиду титану (>ТiO₂) іпентоксида ванадію (V₂>O₅).Диоксид титану — зручний носій і отруюєтьсяSO₃.Пентоксид ванадіюпромотирует реакцію взаємодії аміаку і оксидів азоту NO та мало чутливий до діїSO₂. Композиція каталізатора й співвідношення складових частин захищені здебільшого патентами.

>Рис. 2. Схема процесу  селективного каталітичного відновлення:

1 — топка казана; 2 —економайзер; 3 — реактор; 4 — теплообмінник  для нагріву повітря; 5 —електрофильтр; 6 — блок знесірчення топкового

газу; 7 — димова труба; 8 — випаровувач аміаку; 9 —  ємність для

зберігання аміаку; 10 — вивантаження аміаку залізниці  чи

автотранспорту; 11 — компресор

Тип реактори й структура  каталізатора можуть змінюватися в  межах, проте головним чинником при  конструюванні ємелкодисперсних частинок втопочном газі. Для котельних  на газі каталізатор використав вигляді  сферичних кульок, кілець чи циліндрів, розташованих шаром на сітчастій  піддоні. Для котельних, використовують як паливо нафта чи вугілля, характерно великий вміст золи серед топкового газу. І тутпредпочтительни системи з паралельним газовим потоком в каталітичної зоні, У цих пристрояхтопочний дим відбувається за відкритим каналам, стінки яких рівнобіжні поверхні каталізатора. Дрібні частки залишаються утурбулентном потоці, тоді як оксиди азоту входять у каталітичну реакцію з поверхнею каталізатора внаслідок турбулентності і дифузії.

Різновидом такого типу є устрою, у яких каталізатор утримується в стінках каналів з допомогою спеціальних сіток чи екранів.

>Рис. 3. Конструкція  змінних блоків реактора ВКВ :

а — трубчаста  конфігурація;

б — стільниковий, з допомогою гофрованих металевих пластин.

Каталізатор то, можливопорошкообразним матеріалом різноїдисперсности чи закріплюватися лежить на поверхні металевих чи керамічних носіїв. Для зручності виготовляють блоки обсягом 1 м³ (рис. 3), які пошарово з'єднують в реакторі (рис. 4).

>Толочнь/йдь/н

Попри велику роботу з удосконалення реактори й типу каталізаторів, деякі питання потребують подальшої доопрацювання. Не завжди можна запобігти отруєння каталізатора отрутами, присутніми втопочном газі, й не допустити осадження великих частинок золи і сажі на каталітичної поверхні. Дрібні частки розміром <1мкм можуть закривати каталітичні центри лежить на поверхні носія. Особливо важливим є продовжити час каталізатора й схоронність реактора без закупорки каналів під час використання як паливо вугілля. Необхідно збільшити тривалість роботи каталізатора із першого до 2 років за наявності втопочном димі оксидів сірки і сажі.

У методі ВКВ ефективність відновлення визначається швидкістю  потоку,мольним ставленням аміак : оксиди азоту NO та температурою примольном відношенні, рівному 1; зазвичайвостанавливается більш 90 % оксидів, які у вихідному Що стосується великого відносини рівень відновлення збільшується за одночасного небажаному збільшенні у повітря аміаку.

Основна хиба методу ВКВ — освіту й обложено на стінках технологічного устаткування твердого сульфат амонію і розплавубисульфата амонію на виході з каталітичного реактора. Ці сполуки — (>NH₄)₂>SO₄ іNH₄)SO₄ утворюються за реакцією який вводимо аміаку зSO₃, який при згоряннівисокосернистих палив. Особливо уникнути осадження солей в повітряномутеплообменнике. Найгострішою цю проблему для технологічних ліній з допомогою пристроїв електростатичної очищення топкового газу перед його поданням о каталітичний реактор і далі в повітряний теплообмінник, коли як палива застосовуються нафта й вугілля із високим вмістом сірки. Мабуть, частки золи втурбулентном газовому потоці сприяють механічному очищенні стінок від солей чи амонійні солі конденсуються намелкодисперсних частинках й у такому вигляді виносяться з потоком з теплообмінника. Проте здебільшого слід передбачити способи очищення від кіптяви гарячих та холодних внутрішніх поверхонь устаткування й промивання теплообмінника водою для розчинення солей. Воду після промивання, як і стічні води з блокомдесульфуризации газового потоку (>ДГП), необхідно очищати від аміаку перед скиданням, Нині розроблено спеціальні конструкції теплообмінників, які допускають конденсації солей, але вони не уведено підрозділи до практику.

Іншими проблемами є: викиди у повітря аміаку та її сполук, і навіть інших небажаних продуктів, наприкладSO₃, необхідність використання додаткових пристроїв очищення потоку — блок знесірчення та інших., відсутність надійної апаратури визначення кількості аміаку вотходящем газі, чутливість каталітичного процесу температурному режимові і пов'язані з цим обмеження у завантаженні палива, заміна та дезактивація каталізатора зручними з погляду охорони навколишнього середовища методами, надійність пристроїв очищення їх економічну доцільність.

Попри це, метод  ВКВ успішно використовують із очищення газів котельних, працівників нафти  і газі; на стадії проектування знаходиться низка спалюють пристроїв на вугіллі. За необхідності відновити 80 % або як оксидів азоту втопочном газі метод ВКВ є можливим. З іншого боку, метод передбачає вдосконалення; може бути успішно поєднувати з методами вдосконалення системи спалювання зниження кількості оксидів азоту

 

 

 

2.2 Інші  методи очищення газів від оксиду азоту 

 

>Неселективное  каталітичне відновлення (>НСКВ)

У цьому методі який відновлює агент — аміак —  замінюється іншимивосстановителями (М₂, ЗІ, вуглеводні). Цівостановители діють неселективно, оскільки взаємодіють із киснем іSO_X газового потоку; це взаємодія йде паралельно з цільової реакцією відновлення оксидів азоту, що потребує значного надлишку відновлювачів. Щоб якось забезпечити неселективне каталітичне відновлення, є доцільним спалювання в такий спосіб, щоб утворенийтопочний газ маввосстанавливающими властивостями. Практично це подачу до камери спалювання палива й кисню у кількості, близьких достехиометрическому відношенню (так звана збіднена пальним суміш). У умовах ЗІ інепрореагировавшие вуглеводні входять у реакцію каталітичного відновлення NO_X і зайвими в додатковому запровадження відновлювача в газовий потік. Такому процесу спалювання аналогічний процес регулювання ступеня згоряння палива на двигунах внутрішнього згоряння автомобілів. Перенесення технічних рішень автомобільну промисловість на стаціонарнісжигающие устрою перебувають у стадії початковій розробки та не обговорюється докладніше.

Опромінення потоком електронів

Інший перспективний  метод очищення відведених газів  від оксидів азоту — стимулювання хімічних реакцій з допомогою електронного пучка. Метод забезпечує відновлення NO_X іSОx в Реакції з аміаком за відсутності каталізатора піддейcтвием стимулюючого випромінювання. Спочатку потіктопочних газів очищається від золи, далі подається аміак і газова суміш опромінюється в реакторі. Через війну аміак і оксиди перетворюються на сухий порошок неорганічних солей: (>NH₄)₂>SO₄ і (>NH₄)₂SO₄*>2NH₄NO₃. Нині немає точної описаний хімічного механізму. Після відділення солей гарячийтопочний газ викидається через димохід. Пілотна установка, працююча у цьому принципі, забезпечує відновлення 85 % оксид азоту NO та 95 % оксидів сірки дуже забрудненихтопочних газ котельних, використовують нафту яких як паливо. Метод перебуває на стадії розвитку, однак має перспективи завдяки високої ефективності одночасного видалення оксидів азот і сірки, і навіть можливості отримання в сухому вигляді цінного напівпродукту для добрив. Економічну бік такого способу очищення слід оцінити за умов тривалої експлуатації.

 

 

 

Література

1. Захист атмосфери  від промислових забруднень. Довідник  в2-х частинах. Під ред. З.Калверта. - М.: Металургія. - 1988. - 760 з.

2. Родіонов А.І.  та інших. Техніка захисту довкілля. Підручник для вузів. - М.: Хімія, 1989. - 512 з.

3. Родіонов А.І.  та інших. Техніка захисту довкілля. Підручник для вузів. - М.: Хімія, 1989. - 512 з.

4. Власенко У.  М.Каталитическая очищення газів.  Київ: Техніка, 1973. 199 з.

5.Катализ в киплячомуслое/Под  ред.Мухленова І. П. іПомеранцева У. М, Вид. 2-ге. Л.: Хімія, 1978. 232 з.

6.Хмиров У. І.,Фисак  У. І,Термическое знешкодження  промислових газових викидів.Алма-Ата: Наука, 1978. 116 з.

7. Лукін У. Д., Курочкіна М. М. Очищення вентиляційних  викидів у хімічній промисловості. Л.: Хімія, 1980. 232 з.

 

 

 

 

Дизельний сажовий  фільтр

Схема вихлопної системи з сажовим  фільтром  
1 Система управління двигуном ECU, 2 Датчик температури,  
3 Датчики перепаду тиску, 4 Сажовий датчик, 5 Датчик температури, 6 Окислювальний каталітичний нейтралізатор, 7 Сажовий фільтр  
 
Сучасні дизельні сажеві фільтри можуть майже повністю відфільтровувати частинки сажі у потоці відпрацьованого газу і потім спалювати їх. 
 
Фільтрувальні системи, інтегровані у систему випуску відпрацьованих газів, складаються з дуже маленьких каналів, розміщених паралельно один до одного. Оскільки кінці каналів по черзі закриваються, гази вимушені проходити крізь проміжні стінки, які мають надзвичайно тонкі пори. В той час як газоподібні компоненти можуть пройти далі, тверді частинки потрапляють у цю “пастку”. 
 
Для того, щоб сажовий фільтр не забивався і щоб уникнути зворотного надмірного тиску відпрацьованого газу в двигуні, частки, затримані у фільтрі, потрібно час від часу спалювати. Ця процедура називається відновленням. Оскільки потрібної для цього температури у понад 550 градусів можна досягти лише в умовах повного навантаження, потрібні додаткові заходи: 
 

• Зменшення температури запалення сажі шляхом задіяння каталітичного нейтралізатора: 
  Це робиться або шляхом використання домішок в паливі, або покриття поверхні фільтра шаром каталітичного нейтралізатора. Альтернативою є система Departronic, яка уприскує точно відміряну кількість дизельного палива у вихлопну систему.
• Збільшення температури відпрацьованого газу завдяки заходам усередині двигуна, як наприклад уприскування невеликої кількості палива після основного процесу згорання.
• Імітація стану забруднення фільтру за допомогою ефективних модельних обчислень, що зберігаються в пристрої управління двигуном.