69.Каталізатори окислення аміаку.

Катализаторами для процесса являются следующие металлы: Pt, Pl, Cu, Ag, Ni, Au, Fe, W, Ti.

Достоинства платины:

1) Платина наиболее активна для реакции, обеспечивает при температуре 600-1000 оС высокий выход оксида азота (до 99%) при времени контакта 1· 10-4 с.

2) Платина имеет температуру инициации реакции, равную 195-200 оС.

3) Имеет хорошую пластичность, ковкость, тягучесть, что делает сплавы платины самыми лучшими катализаторами окисления аммиака.

Недостатки платины:

1) Ее склонность к разрушению при температуре конверсии под воздействием реакционной смеси.

2) Подверженность влиянию большого количества ядов, поэтому исследовались и применяются сплавы платины с различными металлами.

Катализатор применяют в виде сеток. Эта форма удобна в эксплуатации, характеризуется минимальным вложением платиноидов и позволяет применять наиболее простой и удобный в эксплуатации тип контактного аппарата. Для изготовления сеток используют проволоку Д=0.06-0.09 мм. Размер стороны ячейки 0,22 мм, число ячеек1024 на 1 см2.

70.Сумісне очищення хвостових газів виробництва азотної кислоти від n

Ох і СО.

З метою боротьби зі шкидливими викидами оксидів азоту у навколишнє середовище вчені розробили та здійснили на практиці різні схеми очищення хвостових газів. До основних заходів відносять наступні методи очищення:

- поглинання оксидів азоту рідкими поглиначами;

- поглинання оксидів азоту твердими сорбентами;

- високотемпературне каталітичне очищення;

- низькотемпературне каталітичне очищення.

Поглинання оксидів азоту рідкими поглиначами.

Поглинання оксидів азоту рідкими поглиначами здійснюється розчинами лугів і розчинами сірчаної кислоти. Розчини лугів при поглинанні оксидів азоту утворюють необхідні для промисловості і сільського господарства азотистокислі і азотнокислі солі. Тому майже на всіх потужних нітратнокислотних установках, що працюють під атмосферним тиском, залишкові оксиди азоту, що містяться в нітрозних газах після поглинання їх водою з утворенням нітратної кислоти, уловлюються лугами. Практично лугами додатково уловлюється 6 – 7 % оксидів азоту. Застосування лужного поглинання підвищує ступінь загального використання оксидів азоту до 98 – 99 %.

Реакція, що протікає при поглинанні оксидів азоту розчинами лугів:

2NO2 + Na2CO3 = NaNO2 + NaNO3 + CO2

В результаті упарювання отриманих лугів утворюється суміш, що містить 10 – 30 % нітратнокислих і 90 – 70 % нітрознокислих солей. Шляхом фракційної кристалізації з розчину солей можна виділити нітрат натрію. Для поглинання оксидів азоту можна застосовувати розчин карбонату амонію, водні розчини сульфіту і бісульфіту амонію.

Поглинання оксидів азоту твердими сорбентами.

Метод заснований на адсорбції оксидів азоту з хвостових газів, що відходять, при зниженій температурі з подальшою десорбцією з сорбенту концентрованих оксидів азоту при підвищеній температурі. Нітрозний газ охолоджується до 283 К і осушується. Потім оксид азоту піддається каталітичному окисненню до диоксиду азоту, останній адсорбується киплячим шаром сорбенту. Сорбент, насичений диоксидом азоту, поступає на десорбцію оксидів азоту і після регенерації повертається знову на адсорбцію оксидів азоту. Кращим сорбентом є силікагель. Повна десорбція NO2 з силікагелю досягається при 473 К шляхом продування повітрям протягом 10 – 20 хвилин. В якості сорбента можна використовувати торф. Торф краще всього поглинає NO2, повільніше NO + NO2 і майже не поглинає NO.

Досліджувався також процес поглинання диоксиду азоту твердим пористим оксидом кальцію. Продуктом реакції в цьому випадку є нітрат кальцію.

Високотемпературне каталітичне очищення

Метод заснований на відновленні оксидів азоту до молекулярного азоту за допомогою різних відновників: азотоводнева суміш, монооксид вуглецю, природний, нафтовий і коксовий гази та ін. Практичне застосування знайшов природний газ. В якості каталізаторів застосовують метали Pt, Pd, Rh, Ru, Ni, Cu, Cr, Fe і сплави Ni – Cr, Cu – Cr, Zn – Cr та ін., нанесені на оксиди алюмінію, цинку, силікагель, кераміку і природні матеріали. Процес відновлення NOх протікає при 993 – 1043 К. Оптимальним є співвідношення CH4 : O2 = 0,55. Для досягнення залишкової концентрації оксидів азоту в межах 0,002 – 0,008 % (об.) підтримують 10 %-вий надлишок природного газу від стехіометричного. Сумарні реакції взаємодії природного газу з оксидами азоту можна представити у вигляді:

CH4 + 4NO2 ↔ CO + 4NO + 2H2O + 574,4 кДж

CH4 + 4NO ↔ CO2 + 2N2 + 2H2O + 11646 кДж

Недоліки методу: надлишок CH4 над О2 приводить до появи у вихлопному газі разом із СО аміаку і водню; відновлення оксидів азоту монооксидом вуглецю в присутності кисню ускладнюється і може припинитися повністю при перевищенні стехіометричного вмісту кисню над оксидом вуглецю.

Низькотемпературне каталітичне очищення

Метод заснований на відновленні оксидів азоту аміаком, який взаємодіє з оксидами азоту і не реагує з киснем. Відновлення оксидів азоту проходить в основному до молекулярного азоту. Селективна взаємодія аміаку тільки з оксидами азоту забезпечує низькотемпературне (473 – 623 К) протікання процесу. В якості каталізаторів селективного відновлення використовують оксиди марганцю, ванадію, заліза, хрому, міді і кобальту. В промисловості знайшов широке застосування алюмованадієвий каталізатор АВК-10М. При співвідношенні NH3 : NOх = (1,1 – 1,15) : 1 ступінь відновлення оксидів азоту досягає 98 – 98,5 %.

Недолік – тяжко рівномірно розподілити невелику кількість аміаку в газовому потоці.

Переваги: не треба застосовувати дорогий природний газ, процесс протікає при невисокій температурі, спостерігається високий ступінь очищення та застосовується дешевий каталізатор. Все це значно покращує економічні показники. В разі селективного відновлення на каталізаторі АВК-10 у присутності аміаку при температурі 300 °С протікають наступні реакції:

4NH3 + 6NО = 5N2 + 6Н2О

8NH3 + NО2 = 7N2 + 6Н2О

Реакція відновлення протікає в надлишку NH3 і співвідношення NH3: оксиди азоту, рівному 1,15:1. Надлишок аміаку окислюється киснем газової фази:

4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6Н2О

Цей метод характеризується тим, що вживаний аміак на каталізаторі реагує лише з оксидами азоту, востановлення їх до N2.

71.Порівняльна ефективність способів, очищення хвостових газів виробництва азотної кислоти.

МЕТОД	Недоліки	Переваги
поглинання оксидів азоту рідкими поглиначами;		Розчини лугів при поглинанні оксидів азоту утворюють необхідні для промисловості і сільського господарства азотистокислі і азотнокислі солі. Застосування лужного поглинання підвищує ступінь загального використання оксидів азоту до 98 – 99 %.
поглинання оксидів азоту твердими сорбентами;	Торф краще всього поглинає NO2, повільніше NO + NO2 і майже не поглинає NO.	Кращим сорбентом є силікагель. В якості сорбента можна використовувати торф.
високотемпературне каталітичне очищення;	надлишок CH4 над О2 приводить до появи у вихлопному газі разом із СО аміаку і водню; відновлення оксидів азоту монооксидом вуглецю в присутності кисню ускладнюється і може припинитися повністю при перевищенні стехіометричного вмісту кисню над оксидом вуглецю.	Різноманітність відновників: азотоводнева суміш, монооксид вуглецю, природний, нафтовий і коксовий гази та ін. Практичне застосування знайшов природний газ. Широкий вибір каталізаторів: Pt, Pd, Rh, Ru, Ni, Cu, Cr, Fe і сплави Ni – Cr, Cu – Cr, Zn – Cr та ін., нанесені на оксиди алюмінію, цинку, силікагель, кераміку і природні матеріали.
низькотемпературне каталітичне очищення.	тяжко рівномірно розподілити невелику кількість аміаку в газовому потоці.	не треба застосовувати дорогий природний газ, процесс протікає при невисокій температурі, спостерігається високий ступінь очищення та застосовується дешевий каталізатор. Все це значно покращує економічні показники.