книги из ГПНТБ / Кузнецов И.Е. Защита атмосферного воздуха от загрязнения

азота, которые обеспечивают санитарную норму очистки отходящих газов, отличаются компактностью и низкой сто­ имостью.

Термическое разложение окислов азота основано на их свойстве восстанавливаться до молекулярного азота под действием высших температур.

2 N O = ± N 2 + 0 2

Результаты лабораторных исследований были положе­ ны в основу проектирования и работы пилотной установки по термическому разложению окислов азота. Установка •смонтирована и введена в эксплуатацию в цехе щавелевой кислоты Новомосковского а.нилино-красочного завода и предназначена для санитарной очистки газов в этом про­ изводстве.

терованного снаружи слоем изоляционного материала. Ре­ актор имеет горизонтальную секцию, предназначенную для сжигания газообразного топлива и вертикальную — для заполнения твердым восстановителем. Для утилизации теп­

ходил через ротаметр и поступал в реактор. Сюда же через форсунку подавались природный газ и необходимый для горения воздух. Вторичный воздух для горения природного газа поступал непосредственно в реактор. Концентрация окислов азота на входе в реактор и на выходе измерялась с помощью эвакуированных колб. При сгорании газа в первой зоне реактора температура достигала 1000—1200° С. При такой температуре осуществляется термическое раз­

ложение окислов азота по реакциям:

Продукты сгорания природного газа с остатками окис­ лов азота проходят теплообменник и через щели поступают во I I зону реактора, заполненную коксом. Здесь происхо­ дит восстановление остатков окислов азота:

Очищенный газ анализировали на содержание окислов аята, после чего выбрасывали в атмосферу. Установка обо-

Количество природного газа или другого газа-восстанови­ теля, добавляемого к нитрозному газу, можно определить, пользуясь уравнением теплового баланса:

=1,1-5- 1,2.

Суммарная степень очистки после второй ступени состави­ ла 99,4%, а остаточное содержание окислов азота в отхо­

L = 38,75 + 0,55-1000 = 93,75%.

При длительной эксплуатации достигнуты следующие по­ казатели работы промышленной установки: количество от­

лов азота через 50-метровую трубу их концентрация в при­ земном слое будет в пределах ПДК .

Приведенные данные показывают совпадение расчетных и фактических значений основных параметров работы пи­ лотной и промышленной установки. Это свидетельствует о правильно проведенном процессе моделирования и точно­ сти выведенных уравнений, использованных при проекти-

•ровании.

Внастоящее время опыт работы промышленной уста­ новки по термическому разложению окислов азота распро­ страняется как типовой проект на многих отраслевых пред­ приятиях.

Каталитические методы разложения окислов азота

Наиболее эффективным способом обезвре­ живания нитрозных газов является каталитическое восста­ новление окислов азота до элементарного азота и других нейтральных соединений. Процесс восстановления окислов азота протекает на поверхности катализатора в присутст­ вии газа-восстановителя. Катализаторами служат плати-

Каталитическое восстановление окислов азота начинает­ ся при температуре 149°С в случае применения водорода в качестве восстановителя и 339°С при использовании ме­ тана. Поэтому хвостовые газы, имеющие обычно темпе­ ратуру 30—35° С, необходимо предварительно подогревать. Подогрев и восстановление окислов азота происходит путем смешения хвостовых газов с газом-восстановителем и сжи­ гания полученной смеси над слоем катализатора. В резуль­ тате сжигания горючего газа температура в зоне разложе­ ния окислов азота быстро увеличивается. В то же время максимальное значение температуры в слое катализатора не должно превышать определенных значений (обычно 800—900° С). В связи с этим количество кислорода в газо­ вой смеси и сжигаемого топлива также лимитируется тем­ пературой, которую может выдержать катализатор. Если при одноступенчатом процессе восстановления температур­ ный предел превышает допустимый уровень для катализа­ тора данного типа, то необходимо использовать двухсту­ пенчатый процесс восстановления с промежуточным охлаж­ дением газа. Потребное количество газа-восстановителя в этом случае делится пополам.

На практике целесообразно применять катализаторы и газы-восстановители с более низкой температурой зажи­ гания. Это позволяет увеличить содержание кислорода в исходной газовой смеси и вести процесс разложения в одну стадию. Реакции разложения окислов азота до элементар­ ного азота сдвигаются вправо, если в газе отсутствует кислород, связывание его протекает по реакции с газомвосстановителем.

202 + СН4 = С 0 2 + 2 Н 2 0 + Q

0 2 + 2 H 2 = 2 H 2 0 + Q

Прирост температуры на каждый процент вступившего в

симально допустимое повышение температуры составит со­ ответственно 667 и 417° С. Это соответствует допустимому содержанию кислорода в газовой смеси для водорода 4,4%, а для метана — 3,2%. Значительное количество образую­ щегося тепла регенерируется либо в котле-утилизаторе с получением пара, либо в газовой турбине с получением

туры в камере с катализатором при сжигании водорода на 150—161° С и при сжигании метана — на 130—139° С. Объ­ емная скорость газовой смеси для такого катализатора со­ ставляет от 30 ООО до 60 ООО м3/час на м3 катализатора. При начальной концентрации 0,3—0,5% остаточное содер­

уровень. Отработанный катализатор можно регенерировать аммиаком.

Катализатор другого типа представляет собой металл платиновой группы, нанесенный на керамические шарики.

катализатор работает до пяти лет, обеспечивая остаточное содержание азота в отходящих газах не более Ю - 4 %.

Американская фирма «Каталитик комбашн корпо­ рейшн» разработала катализатор в виде гофрированной ленты из хромоникелевого сплава (80% Ni и 20% Сг) с нанесением на нее платины. В отличие от других типов этот катализатор не подвержен растрескиванию, имеет вы­ сокую теплопроводность и небольшой удельный вес.

Ленточный катализатор работает при максимальной температуре до 870° С. На каждый процент кислорода тем­ пература повышается на 110° С, что дает возможность ис­ пользовать газ с содержанием в нем до 4,3% кислорода. Допустимая объемная скорость газа до 120 000 ч а с - 1 .

В последнее время за рубежом находят применение ка­ тализаторы, выполненные в форме сот, изготовленных из керамической массы. Такие катализаторы обладают повы­ шенной термостойкостью, малым гидравлическим сопро­ тивлением и большой удельной поверхностью. Допустимая объемная скорость для таких катализаторов составляет до 10-105 ч а с - 1 .

Контактные аппараты для восстановления окислов азо­ та работают под давлением 1—8 атм и выполнены в виде различных конструкций в зависимости от диапазона темпе­ ратур, содержания кислорода и окислов азота в газе, вида топлива. Для меньшего износа катализатора ввод газа ос$у-

ществляется в верхней части аппарата. Для лучшего сме­ шения газа и топлива горючее впрыскивают в газ, так как плохое перемешивание лриводит к местному перегреву, оплавлению и растрескиванию катализатора. Обязатель­ ным условием нормальной работы катализаторов является отсутствие в газе примесей сернистых соединений, которые отравляют катализатор.

В нашей стране применение каталитического метода восстановления окислов азота осуществлено на нескольких системах получения азотной кислоты под давлением 3,5 и 7 атм. В схемах используются отечественные марки катали­ заторов на основе .палладированной окиси алюминия.

Первая модельная установка по разложению окислов азота в СССР была смонтирована в 1960 г. на Кемеров­ ском азотно-туковом заводе. На основании испытаний мо­ дельной установки в 1965 г. на этом же заводе была смон­

0,26% окислов азота и 2,5—3,0% кислорода. В качестве газа-восстановителя использовался богатый газ, содержа­ щий 57—65% СН4 , 16—19% СО и 3—5% Н2 , остальное — азот. В качестве катализатора — палладированная окись алюминия (АПК-2), температура зажигания которой со­ ставляет 330—420° С. В процессе каталитической очистки температура повышается до 730—800° С в зависимости от содержания кислорода в исходном газе. Система работает под давлением 4,5—5,2 атм. В этих условиях степень очи­ стки газа составляет 95—97%, а содержание окислов азота

правляют на турбины воздушных компрессоров, где исполь­ зуют остатки тепловой энергии и энергии давления газа.

Схема промышленной установки каталитического раз­ ложения окислов азота показана на рис. 16.

В выхлопном газе слабой азотной кислоты содержится 0,2 — 0,25% окислов азота, 2,5 — 3,0%, кислорода, 2,0% воды, остальное составляет азот.

Газ, нагретый до 30°С, из цехового коллектора хвосто­