13.3 Каталитическое превращение токсичных компонентов

Каталитический метод основан на гетерогенном катализе и предназначен для превращения токсичных компонентов выбросов в менее токсичные или безвредные за счет использования твердых катализаторов, в качестве которых применяют платину, металлы платинового ряда, оксиды меди, марганца, ванадия и др. Процессы гетерогенного катализа протекают на поверхности катализаторов путем взаимодействия удаляемых веществ с одним из компонентов, присутствующих в очищаемом газе, или со специально добавляемым в смесь веществом. Катализатор, взаимодействуя с одним из реагирующих соединений, образует промежуточное вещество, которое распадается с образованием продукта регенерированного катализатора.

Каталитическая активность зависит от разных факторов:

- молекулярного строения (природы) токсинов, их концентрации;

- присутствия в газе Fe, Pb, Si, и P, а также соединений серы, которые отравляют катализатор, подавляют его активность;

- температуры газа: каждый катализатор начинает проявлять активность только при достижении некоторой пороговой (минимальной) температуры для данной реакции; затем при повышении температуры активность нарастает, но до максимальной температуры (обычно 800-850^оС), после чего падает, а катализатор разрушается.

По характеру реакции, осуществляемой в нейтрализаторах (контактных камерах), последние подразделяются на:

1) окислительные:

2СО + О₂→ 2СО₂,

2SО₂ + О₂ → 2SО₃, а далее SО₃ + H ₂О → H ₂SО₄.

Такие камеры называются дожигателями (в них кислород присоединяется к вредному компоненту);

2) восстановительные:

2NO + 2CO → N₂ + 2CO₂,

2NO + 2H₂ → N₂ + 2 H₂O,

4NO + CH₄ → 2N₂ + CO₂ + 2 H₂O,

2NO₂ + CH₄ → N₂ +CO₂ + 2 H₂O.

Видно, что такие камеры характерны для обезвреживания оксидов азота (кислород отбирается или водород присоединяется);

3) трёхкомпонентные (бифункциональные).

В таких камерах происходит одновременно окислительные и восстановительные реакции.

Каталитические реакторы могут быть с неподвижным, движущимся и псевдоожиженным слоем катализатора (рис. 13.3). Они работают по принципу идеального вытеснения или идеального смешения. Для определения размеров реакторов производят кинетические расчеты, а также расчёт материальных и тепловых балансов.

К недостаткам метода относятся:

а) высокая стоимость;

б) возможность загрязнения нейтрализаторов сажей, смолами, коксом, маслом, что приводит к отказам в работе.

Исходя из краткого анализа применяемых методов очистки атмосферного воздуха от промышленных выбросов следует отметить, что даже при высокоэффективной очистке технологических газов экологические проблемы полностью не решаются. Накопление уловленной пыли или газов ставит проблему их размещения и утилизации. Следовательно, при выборе методов и средств защиты атмосферного воздуха от промышленных выбросов преимущество должно отдаваться не очистным устройствам, а технологиям с минимальными выбросами.

Рис. 13.3. Схемы каталитических реакторов: а - с неподвижным слоем катализатора; 6 - то же, и с охлаждением; в - многослойный с охлаждением; г - с псевдоожиженным слоем; д - то же, и с охлаждением; е - многоступенчатый с псевдоожиженным слоем; ж - с движущимся слоем; 1 - неподвижный слой; 2- холодильник; 3 - взвешенный слой; 4 - регенератор; 5 - движущийся слой; 6 - элеватор

Необходимо также иметь в виду следующие особенности работы средств очистки выбросов в атмосферу:

- сухие механические способы и устройства неэффективны при удалении мелкодисперсной и налипающей пыли;

- мокрые методы неэффективны при очистке выбросов, в которых содержатся плохо слипающиеся и образующие комки вещества (например, цемент);

- электроосадители неэффективны при удалении загрязнений с малым удельным сопротивлением и плохо заряжающихся электричеством;

- рукавные фильтры неэффективны при очистке выбросов с налипающими и увлажненными загрязнениями;

- мокрые скрубберы неприменимы для работы вне помещений в зимних условиях.