Твердофазне каталітичне очищення газів від оксидів азоту

Для знешкодження відхідних газів, від оксидів азоту засто­совують високотемпературне каталітичне відновлення, селективне каталітичне відновлення і розкладання гетерогенними віднов­никами.

Високотемпературне каталітичне відновлення оксидів азоту. Процес відбувається при контакті нітрозних газів з газами-відновниками на поверхні каталізаторів.

Як каталізатори використовують метали платинової групи (паладій, рутеній, платина, родій) або дешевші, але менш ефективні і стабільні в експлуатації склади, що включають нікель, хром, мідь, цинк, ванадій, церій і інші елементи. З метою збільшення поверхні контакту їх наносять на пористі або непористі матеріали (кераміка, оксид алюмінію, силікагель, металеві стрічки і тому подібне) різної форми. Відновниками є метан, природний, коксовий або нафтовий газ, оксид вуглецю, водень або азотоводнева суміш.

Ефективність знешкодження NO_x залежить, перш за все, від активності каталізатора. Зокрема, каталізатори на основі платинових металів при об'ємних швидкостях газу
(2-12)∙10⁴ год^-1 дозволяють досягати залишкового вмісту
NO_x -5∙10^-4-5∙10^-2% (oб.).

Відхідні нітрозні гази азотнокислотних виробництв, зазвичай необхідно нагрівати від 30-35°С до температури запалення каталізатора. Остання залежить від природи використовуваного відновника: 450-480°С – для метану, 350°С – для пропану і бутану, 150-200°С – для водню і оксиду вуглецю.

Суть протікаючих відновних процесів виражається наступними реакціями:

4NO + CH₄ → 2N₂ + CO₂ + 2 H₂O, (5.6)

2 NO₂ + CH₄ → N₂ + CO₂ + 2 H₂O, (5.7)

2 NO + 2 CO → N₂ + 2 CO₂, (5.8)

2 NO₂ + 4 CO → N₂ + 4 CO₂, (5.9)

2 NO + 2H₂ → N₂ + 2 H₂O, (5.10)

2NO₂ + 4 H₂→ N₂ + 4 H₂O. (5.11)

Нагрівання і відновлення нітрозних газів проводять шляхом їх змішування з газом-відновником і спалювання суміші, що утворюється, над шаром каталізатора. До недавна на практиці зазвичай використовували природний газ зважаючи на його доступність. Не дивлячись на те, що всі процеси відновлення NO_x екзотермічні, нагрів реакційної суміші відбувається в основному за рахунок реакції відновника з киснем, оскільки вміст останнього в нітрозних газах у багато разів перевищує концентрацію в них NO_x. В процесі відновлення температура газу швидко зростає до 700°С і більше, тому виникає необхідність використання термостійких каталізаторів або відновників з низькою температурою запалення або проведення ступінчатого контакту з проміжним охолоджуванням газового потоку.

Діючі технологічні схеми знешкодження відхідних газів розрізняються в основному способами підведення тепла до оброблюваних газових потоків, вживаними каталізаторами, і прийомами утилізації енергетичного потенціалу знешкоджуваних газів.

Схема високотемпературного каталітичного відновлення NO_x у виробництві азотної кислоти представлена на рис. 5.5. Гази, що відходять, містять, у % (об.): NO_x – 0,05-0,1; N₂ – 96,0-96,2; О₂ – 2,2-3,0 і деяку кількість парів, що захоплюються з абсорбційної колони азотної кислоти.

Рисунок 5.5 – Схема високотемпературного каталітичного віднов­лення NO_x у виробництві азотної кислоти під тиском 0,73 МПа