Каталітичне розкладення оксидів азоту в окислювальному середовищі - Автореферат

Для вилучення оксидів азоту із відхідних газів, широкого використання зазнали методи каталітичного відновлення на каталізаторах із благородних металів природним газом і низькотемпературне на ванадієвих каталізаторах в присутності аміаку. Незважаючи на високу ефективність цих процесів, методи каталітичного відновлення мають недоліки: застосування надміру відновлювачів, які самі є забруднювачами; дорогостоячи каталізатори; утворення побічних забруднювачів під час експлуатації. Тому, що Україна обмежена запасами дорогоцінних металів і ванадію, то дуже актуальними стають питання розробки нових процесів та каталізаторів для знешкодження оксидів азоту. Одним із перспективних методів вилучення оксидів азоту є каталітичне розкладення, яке вивчалось багатьма дослідниками: Боресков Г.К., Власенко В.М., Івамото М. Теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено принцип підбору оксидних каталізаторів розкладення оксидів азоту на основі оксидів заліза з урахуванням нестехіометричності по кисню в оксиді і розроблено активний та селективний каталізатор.У цьому розділі проведено огляд сучасного стану промислових каталітичних методів очистки від оксидів азоту, високотемпературного відновлення природним газом і низькотемпературного селективного відновлення аміаком, показано їх достоїнства та недоліки. Аналіз літературних джерел показав, що процес каталітичного розкладення оксидів азоту на газах промислового складу, практично не вивчався, відсутні надійні каталізатори, не розроблена їх технологія, не приведені кінетичні та математичні моделі, технологічні режими та параметри, не розроблялись конструкції реакторів.Викидні гази промислових установок крім оксидів азоту містять велику кількість кисню, парів води, азоту та інші сполуки, котрі можуть справляти отруючу дію на каталізатор. Для розрахунку рівноважних ступенів розкладення використовували наступні напрямки реакцій: В результаті виконаних термодинамічних розрахунків вдалося визначити, що рівноважний ступінь розкладення оксидів азоту в інтервалі температур 600-1000 К при нормальному тиску в залежності від складу вихідної суміші (NO NO2 =0,1-1%об.) коливається від 97,2 до 100% по оксиду азота (II) та від 89,5 до 100% - по оксиду азота (IV). Наявність у суміші кисню та азоту зменшує ступінь розкладення тим більше, чим вище їх концентрація. Із проведеного термодинамічного аналізу визначено область протікання реакції розкладення оксидів азоту на 90-98% в присутності великих концентрацій кисню та парів води. Однак, тільки оксиди Fe2O3 і Al2O3 виявили більшу активність по розкладенню NO2, чим NO.Для визначення кінетичної області, були проведені дослідження залежності ступеню перетворення NO від лінійної швидкості та розмірів зерна каталізатора. Результати дослідження показали, що макрокінетичні фактори не впливають на швидкість реакції, якщо розмір зерен каталізатору складає менш 0,5 мм і лінійна швидкість потоку вище 0,049 м/с при температурі нижче 733 К. Експериментами по дослідженню впливу кисню на ступінь перетворення NOX показали, що кисень гальмує процес позкладення оксидів азоту і тим більше, чим вище його концентрація. Дослідженнями по впливу реакційного середовища на активність каталізатора показано, що каталізатор працює стабільно на протязі 10-14 годин (див. рис. Аналіз експериментальних даних показує, що при каталітичному розкладенні оксидів азоту в окислювальному середовищі, в реакторі, найбільш можливо протікання реакцій окислення монооксиду азоту і розкладення диоксиду азоту по реакціям: 2NO O2 = 2NO2 (1)Для регенерації алюмо-мідно-залізного каталізатора (АМЗ) використовували газ-відновлювач аміак, концентрація якого в суміші з повітрям або елементарним азотом дорівнювала 0,5-12%об., час регенерації 0,5-3 години, температура в шарі була зафіксована та складала 573 К. Використання аміачно-повітряних сумішей з підвищеним вмістом аміаку (до 8-10%об.) сприяє десорбції в газову фазу у вигляді єлементарного азоту і активність каталізатора практично повністю відновлюється. Було проведено 9 циклів розкладення-регенерація, при цьому каталізатор не втрачав свою вихідну активність, яка складала 80-85%. Проведені дослідження по регенерації різними складами суміші показали, що використання аміачно-повітряних сумішів більш ефективно (на 5-10%) по зрівнянню з азотними із-за адсорбції азота окисами заліза. Для зняття усіх дифузійних обмежень були проведені експерименти на диаметрі зерна каталізатора dз=0,1-0,25 мм.Встановлен ряд активностей індивідуальних оксидів, шо проявляють високу каталітичну активність по розкладенню NOX в окислювальному середовищу: Co3O4>CUO>NIO>Cr2O3>Fe2O3>Al2O3 і показано, що тільки оксиди Fe2O3 та Al2O3 проявляють активність по розкладенню NO2. Промотування оксидів заліза оксидами алюмінію та міді дозволило одержати активний і селективний каталізатор при температурах 350-400 ОС на газі з концентрацією NOX - 0,5-1,0 5об.; О2 - 5-18%об.; Н2О - 2-15%об., =80-90%. Встановлено, що якість екструдованих каталізаторів визначається чист

Основний зміст дисертації