Селективное каталитическое восстановление оксидов азота

Сущность селективного термокаталитического восстановления NOX до молекулярного азота заключается в том, что аммиак при определенных условиях селективно взаимодействует с оксидами азота и не реагирует с кислородом:

4NH3 + 6NO = 5N2+ 6Н2О

8NH3 + 6NO2 = 7N2 + 12H2O

Однако в зависимости от типа катализатора возможно также восстановление NO2 до N0 и окисление аммиака кислородом до N2 и N2O:

2NH3 +8NO=5N2O + 3H2O

4NH3 + 4O2 = 2N2O +6H2O

4NH3 +3O2 = 2N2 + 6H2O

Сопоставление констант равновесия основных и побочной реакций

указывает на предпочтительность реакций восстановления оксидов азота аммиаком по сравнению с реакцией аммиака с кислородом В России селективная каталитическая очистка используется в агрегатах, оборудованных низкотемпературной рекуперативной турбиной. Селективное восстановление NO2 и N0 аммиаком до молекулярного азота происходит с равной скоростью при температурах 250 - 450°С на катализаторах из платины, оксидов меди, ванадия, магния и др. в отличие от неселективного термокаталитического процесса селективное восстановление оксидов азота осуществляется при любых концентрациях кислорода в хвостовых газах с достижением степени очистки 98% и более. Например, алюмованадиевый катализатор АВК-10М (10% ванадия) при объемной скорости газового потока 15000 ч-1 , линейной скорости до 1 м/с и температуре 375 - 450 °С обеспечивает степень восстановления NOX 98 – 98,5 % и имеет срок службы 2 – 3 года. При соотношении NH3 : NOх равном (1,1-1,5):1, содержание оксидов азота в выхлопных газах не превышает 0,002– 0,003 %. Время пробега катализатора 2—3 года, за этот период степень очистки снижается до 96%, содержание остаточного аммиака в очищенном газе не превышает 0.01% (об). Расход аммиака при 25—30%-ном избытке против стехиометрии составляет 2,5—3,0 кг на каждую десятую долю процента оксидов азота, содержащихся в исходном газе. Небольшой избыток аммиака объясняется тем, что часть его все же взаимодействует с кислородом:

4NH3 +3O2 = 2N2 + 6H2O

В качестве катализаторов селективного восстановления оксидов азота испытаны различные металлы (в том числе и благородные), оксиды металлов, шпинели, перовскиты в чистом, смешанном и нанесенном видах. Каталитическая активность катализаторов процесса при 200—350°С и скорости 10 тыс. ч-1 убывает в последовательности:

Pt>MgO>V2О5>CuO>Fe2O3>Cr2O3>Co2O3>MoO3>NiO>Ag2O>ZnO>Bi2O3>Al2O5>SiO2>PbO2.

Палладий резко снижает свою активность в ходе процесса. Высокой активностью обладают оксиды марганца, ванадия, железа, хрома, меди и кобальта.

К недостаткам этого вида очистки относятся трудность точной дозировки небольших количеств аммиака в газ после абсорбционных колонн и равномерного распределения его в газовом потоке, а также образования в трактах после очистки нитрит-нитратов аммония. Для исключения образования последних температуру газов, выбрасываемых в атмосферу после рекуперационных турбин, поддерживают выше 200 °С.

Схема технологического процесса селективного восстановления NOX в производстве азотной кислоты приведена на рис. 1.