Высокотемпературная каталитическая очистка

В качестве восстановителей предложены: водород, азотоводородная смесь, оксид углерода (II), природный, нефтяной, коксовый и богатые газы, пары керосина, мазута и др Практическое применение в промышленности нашел природный газ, содержание серы в котором не должно превышать 20 мг/м3.

В качестве катализаторов применяют металлы Pt, Pd, Rh, Ru, Ni, Cu, Cr, Fe и сплавы Ni—Cr, Cu- -Cr, Zn—Cr и др., нанесенные на оксиды алюминия, цинка, силикагель, керамику и природные материалы. В агрегатах УКЛ-7,3 и АК-72 применяют палладиевый катализатор АПК-2 (А12О3 с 2% Pd). Процесс восстановления N0х протекает при 720—7700 С, объемной и линейной скоростях газа соответственно 15000—25000 ч-1 и 1,0—1,5 м/с. Для достижения остаточной концентрации оксидов азота в пределах 0,002— 0,008% (об.) поддерживают 10%-ный избыток природного газа от стехиометрического.

В качестве второго каталитического слоя используется таблетированный А12О3. Срок службы катализатора 3 года, потери Pd составляют 3—5% в год (от массы нанесенного). За период эксплуатации активность катализатора снижается, и концентрация оксидов азота повышается от 0,002—0,003 до 0,008—0,01% при содержании NOх на входе 0,1% (об.).

Первой стадией процесса является горение и конверсия метана кислородом

СН4 + 2О2СО2 + 2Н2О +804,58 кДж.

При неполном сгорании метана образуются водород и моноксид углерода:

СН4 + 0,5О2 = СО+ 2Н2+35,13 кДж.

оксид азот промышленный восстановление

Последние могут окисляться кислородом до диоксида углерода и воды.

Выделяемое по этим реакциям тепло приводит к значительному повышению температуры газа. Адиабатический разогрев парогазовой смеси при окислении 1% кислорода составляет 160 °С. Поэтому во избежание перегрева катализатора и одновременного обеспечения температуры его зажигания (450—550 СС), содержание кислорода в отходящем газе поддерживают в пределах 3,2%. При восстановлении водородом содержание кислорода составляет 4,4% О2, так как в этом случае адиабатический разогрев равен 130—140 °С.

Таким образом, в восстановлении оксидов азота участвуют все три восстановителя: Н2, СО, СН4.

Но с большей вероятностью с оксидами азота реагирует на катализаторе водород. Причем на первой стадии диоксид азота восстанавливается до оксида азота N0, а затем последний до N2

Н2+ NO2 = Н2О + N0 + 184,9 кДж,

Н2 + NO = H2O+0,5N2 + 332,45 кДж.

Аналогично взаимодействует N0х с моноксидом углерода. Суммарные реакции природного газа с оксидами азота можно представить в виде:

СН4 + 4N02 = CO + 4NO+2H2O+ 574,4 кДж,

СH4 + 4N0 = C02 + 2N2 + 2H2O + 11 646 кДж.

По условиям эксплуатации катализатора АПК.-2 оптимальным является соотношение

[СН4] : [О2] =0,55- 0,56. Дефиксация окислов азота в восстановительной среде (избыток СН4 над О2) приводит к появлению в выхлопном газе наряду с СО [до 0,15% (об.)] аммиака и водорода.

Активность катализаторов восстановления оксидов азота водородом на основе благородных металлов убывает в последовательности: Ru>Os>Rh>Ir>Pt>Pd.

Восстановление оксидов азота моноксидом углерода в присутствии кислорода затрудняется и может прекратиться полностью при превышении стехиометрического содержания кислорода над оксидом углерода. При восстановлении смеси оксидом углерода он взаимодействует только с N02- По активности испытанные катализаторы этой реакции располагают в следующий ряд.

Fe2O3>CuCr2O4>Cu2O>Cr2O3>NiO>Pt>Al2O3 + SiO2>MnO>V2O5.

Высокотемпературный процесс каталитической очистки органически связан с технологией получения азотной кислоты. При его осуществлении можно не только организовать замкнутый энерготехнологический цикл, но и выдать значительное количество пара на сторону (Гкал/т 100%-ной HNO3):