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

Таким образом, не изменяя представления о механиз­ ме щелочного поглощения окислов азота в целом, пред­ ставляется возможным объяснить роль отдельных факто­ ров, влияющих на ход этой реакции и прежде всего рН среды.

На рис. 20 показана зависимость степени абсорбции от рН среды и концентрации растворов при постоянном

ных данных, позволяют определять скорость абсорбции окислов азота любым щелочным раствором, если известна его концентрация и расчетная величина рН. Різ графика следует, что степень абсорбции возрастает по мере увели­

дом математического планирования эксперимента, имеет

ми, если известны рН среды, концентрация раствора и время абсорбции. Значение рН среды определяется рас­ четным путем для свежеприготовленных растворов. Пе­

Описанные в литературе методы санитарной очистки газов от окислов азота с помощью твердых сор­ бентов — силикагеля, алюмогеля, алюмосиликата, активи­ рованного угля и других носителей не получили промыш-

ленного применения в основном из-за дефицитности адсор­ бентов, их малой адсорбционной емкости и затрат тепла на регенерацию.

В последние годы были синтезированы новые пористые материалы — цеолиты, которые по своим адсорбционноструктурным свойствам превосходят все ранее известные адсорбенты.

Кроме того, нами для санитарной очистки газов от окислов азота предложен и исследован ряд новых при­ родных адсорбентов: торф, лигнин, фосфатное сырье, бу­ рые угли.

Преимущество последних состоит в том, что названные сорбенты после очистки не нуждаются в регенерации и мо­ гут быть использованы в народном хозяйстве в качестве органо-минеральных удобрений и промышленных ре­ агентов.

Адсорбция окислов азота лигнином

Кроме торфа и бурых углей, которые при­ мерно с одинаковой эффективностью могут быть исполь­ зованы для санитарной очистки газов от окислов азота, для этой цели пригодны и некоторые другие вещества органического происхождения, например лигнин. Выбор того или иного адсорбента зависит от конкретных усло­ вий производства, в частности от близости расположения источника природных адсорбентов или других специфи­ ческих'условий.

Показательным в этом отношении является производ­ ство нитролигнина, получение которого связано с исполь­ зованием лигнина и выбросом в атмосферу значительных количеств окислов азота. В этом случае очистку отходя­ щих газов от окислов азотацелесообразно производить исходным сырьем — лигнином, который впоследствии ис­ пользуется в этом же производстве с переработкой его в готовую продукцию.

Производство нитролигнина основано на азотнокислотной переработке гидролизного хлопкового лигнина. При взаимодействии лигнина с азотной кислотой при мо­ дуле Т : Ж = 1 : 1.5 и температуре 43—48° С происхо­ дит нитрование и окисление лигнина. Азотная кислота при этом восстанавливается до N 2 , N0 4 , N0 2 . В таблице 5 показан примерный состав газов, выделяющихся в произ­ водстве нитролигнина.

Анализируя приведенные данные, можно сделать вы­ вод, что с увеличением влажности лигнина его адсорб­ ционная емкость несколько снижается. Это связано с уменьшением количества лигнина (в пересчете на сухую массу) в реакторе по мере возрастания влажности. В со­ ответствии с этим уменьшается и количество поглощенных окислов азота. Наибольшая степень адсорбции наблю­ дается в начальный момент, когда в реакторе находится свежий лигнин. При пребывании лигнина в реакторе 1,87 мин. степень адсорбции поддерживается на уровне 73,5%, а при т=5,61 мин. она снижается до 70,1%- Рез­ кое снижение степени адсорбции наблюдается при нахож­ дении лигнина в реакторе более 10 мин. (53,0%). Это связано с образованием на поверхности слоя нитролигнина, который тормозит скорость адсорбции. Оптималь­ ным временем пребывания лигнина в реакторе следует

увеличении времени адсорбции с 2 до 4 сек. степень очи­

Исходя из этого, можно рассчитать необходимое коли­ чество лигнина для полного поглощения окислов азрта. Процесс очистки газа целесообразно вести в аппарате с кипящим слоем сорбента.

Использованный лигнин, содержащий до 6% нитролигнина, поступает затем в основную технологическую линию получения нитролигнина, в результате чего выход последнего возрастает.

Очистка газов в производстве нитролигнина

Нитролигнин находит широкое применение в народном хозяйстве. Его используют в .буровой технике, для производства сунила и других целей. Существующая технология получения нитролигнина громоздка и несовер­ шенна. Она заключается в окислении и нитровании лиг­ нина разбавленной 5%-ной азотной кислотой. Процесс протекает периодически и длится несколько часов. Нами предложен непрерывный способ получения нитролигнина, который является более производительным и эффектив­ ным по сравнению с существующим. В то же время метод

t

Рис. 21. Схема промышленной установки получения ннтролигшша по сухому методу с утилизацией окислов азота: 1—бак с азотной кисло­ той; 2—насос; 3—транспортер для лигнина; 4—транспортер для нитролнгнина; 5—реактор; 6—конденсатор; 7—теплообменник; 8—насос; 9—окислительный объем; 10—газодувка; 11—теплообменник; 12—ад­ сорбер окислов азота.

предусматривает полную утилизацию выделяющихся в процессе окислов азота.

Схема промышленной установки получения нитролиг-

ннна по предложенному методу показана на рис. 21. Ис­ ходное сырье (лигнин) загружается в реактор 5 с помо­ щью транспортера 3. Сюда же из бака 1 насосом 2 пода­ ется распыленная 55%-ная азотная кислота. Перемешива­ ние сырья производится шнековым смесителем 5. Процесс протекает последовательно в трех установленных один над другим шнековых смесителях. Образующийся готовый про­

которые вместе с СОг и водяными парами отводятся из реактора и с помощью газодувки 10 направляются на очистку. Температура отходящего газа составляет около 100° С. Сначала газ попадает в полый форсуночный аппа­ рат 6, орошаемый конденсатом. Здесь он охлаждается, в результате чего из него конденсируется влага, которая, взаимодействуя с окислами азота, образует азотную кис­ лоту. За счет окисления газа и экзотермической реакции абсорбции окислов азота температура кислоты повышает-

Получаемая 18%-ная азотная кислота используется для

реакции происходит разогрев газа. Повторное его охлаж­

пящим слоем 12, где происходит его полная очистка от окислов азота с помощью лигнина. В аппарате с кипя­ щим слоем происходит частичное окисление лигнина донитролигнина. Частично окисленный лигнин затем направ­

Благодаря частичному окислению лигнина в кипящем слое окислами азота отходящих газов расход азотной кислоты в основном реакторе снижается. В отходящих газах после очистки содержится не более 0,1% окислов азота. Рассеи­ вание этого количества окислов азота через 20-метровук> трубу обеспечивает .концентрацию окислов азота в призем­ ном слое в пределах ПДК .

За счет утилизации окислов азота из отходящих газов удается снизить расход азотной кислоты на 30—33%.

Работа промышленной установки получения нитролиг­

В процессе очистки газы претерпевают следующие из- |

Промышленная установка по непрерывному получению нитролигнина мощностью 2500 г в год эксплуатируется в течение ряда лет на Андижанском гидролизном заводе. Разработанные нами рекомендации могут быть положены в основу проектирования и строительства новых цехов производства нитролигнина.

САНИТАРНАЯ ОЧИСТКА ГАЗОВ ОТ ОКИСИ УГЛЕРОДА

Общие сведения о методах очистки газов от СО

Окись углерода представляет собой бес­ цветный газ без запаха, но обладающий сильными ток­ сическими свойствами. При температуре —79° С и атмо-

этом образуются карбонилы щелочных металлов.' Раство-

неполного сгорания жидкого, твердого и газообразного топлива. Несмотря на высокую токсичность и большие количества выбрасываемой в атмосферу окиси углерода, до последнего времени ни в нашей стране, ни за рубежом не разработаны методы санитарной очистки отходящих газов от этого ядовитого компонента. Исключение состав­ ляют лишь выхлопные газы автомобилей, очистка которых от окиси углерода производится в специальных устрой­

В промышленности очистку газов от окиси углерода производят лишь в технологических целях. В производ­ стве аммиака СО является катализаторным ядом и по­ этому подлежит удалению из технологического газа.

Очистка газа может быть осуществлена путем конвер­ сии СО водяным паром. Образующаяся двуокись угле­ рода затем легко удаляется из газа промывкой водой или. щелочью. Этим путем, однако, не удается полностью уда­ лить из газа СО. Тонкая очистка газа осуществляется методом абсорбции медноаммиачным раствором или жид­ ким азотом. В некоторых случаях для этой цели применя­ ют метод метанирования.

закону действия масс, увеличивают содержание пара в

Обычно устанавливают две ступени катализатора. В пер­ вой ступени поддерживают высокую температуру (более 500° С), процесс конверсии протекает с большой скоро­ стью, но не полно. Во второй ступени температура реак­ ции снижается до 420—450° С, что обеспечивает более полную конверсию окиси углерода. После второй ступени

содержание окиси углерода в конвертированном газе со­ ставляет 2,5—3,0%.

В процессе конверсии используют железохромовый катализатор, содержащий 87% Fe2 03 и 6,5% Сг2 0з. В ка­ честве промоторов применяют MgO и К 2 0 .

Для перевода катализатора в активное состояние его восстанавливают исходным газом:

комплекса выделяется окись углерода. Остаточное содер­ жание окиси углерода после медноаммиачной очистки со­

СО + ЗН2 = СН 4 + Н 2 0

Остаточное содержание окиси углерода после метанирования составляет 0,001%.

Приведенные методы очистки технологических газов очень дороги и сложны и поэтому не могут быть исполь­ зованы для санитарной очистки отходящих газов.

В последние годы советскими и зарубежными учеными доказано исключительно пагубное влияние окиси углеро-

да на здоровье человека. Особенно оно проявляется в районах с развитой промышленностью, где в атмосфер­ ном воздухе иногда присутствует окись углерода в ко­ личествах, превышающих предельно допустимую концент­ рацию. Поэтому санитарная очистка отходящих газов от окиси углерода необходима. В известной мере этот вопрос решен для очистки технологических газов и выхлопных газов автомобильного транспорта. Технологической очи­ стке газов, как правило, подвергаются небольшие объемы

газов. Наиболее приемлемыми для этой цели оказались каталитические методы, позволяющие производить очи­ стку газов в сравнительно компактном оборудовании. При этом, однако, возникает вопрос разработки массового, дешевого и эффективного катализатора санитарной очист­ ки газов от СО.

. Синтез и исследование катализаторов окисления окиси углерода

Из литературных источников и опыта экс­ плуатации катализаторов окисления окиси углерода изве­ стно, что в качестве каталитически активных веществ мо­ гут быть использованы соединения: Ag, Fe, Mn, Cr, Sn, Cu, Co, Pd, Pt, Zn, Cd, Th, V 2 O 5 . Наиболее активными по­ лучаются катализаторы, приготовленные на базе соеди­ нений Мп, Си, Ag, Pt, Pd, Cr, Fe. Содержание каталити­ чески активных веществ в катализаторе составляет от 5 до 60%. Получают катализаторы методом пропитки пори­ стого носителя либо путем совместного осаждения солей каталитически активных веществ с последующим добав­ лением наполнителя, выпарки, сушки и таблетирования полученной смеси.

Такая технология приготовления катализаторов имеет ряд недостатков: большой расход каталитически активных веществ, мнргостадийность процесса, трудоемкость опе­ раций, большой расход энергии, малая производитель­ ность. В результате стоимость катализаторов составляет 2—6 тыс .руб. за 1 т. Нами разработаны новые методы приготовления катализаторов, которые в известной мере