Экология энергетики Атомные станции Атомная энергетика Обобщение перспектив развития природоохранных технологий Электрофильтры Гетерогенно-каталитические методы Очистка сточных вод химических промывок

Гетерогенно-каталитические методы

Каталитические методы обезвреживания газов позволяют эффективно проводить очистку газов от оксидов азота. Общую схему каталитических методов восстановления можно представить в следующем виде:

.

Каталитические методы дают возможность:

перерабатывать многокомпонентные газы с малыми концентрациями вредных примесей;

добиваться высоких степеней очистки;

вести процесс непрерывно;

избегать в большинстве случаев образования вторичных загрязнителей;

переводить экологически опасные примеси в безвредные или даже в полезные.

Недостатки каталитических методов связаны чаще всего с проблемами поиска, приготовления дешевых катализаторов и обеспечения их длительной эксплуатации.

Основным элементом технологической схемы гетерогенно-каталитического процесса является реактор, загруженный твердым катализатором в виде пористых гранул, колец, шариков или блоков со структурой, близкой к сотовой. Химические превращения происходят на развитой поверхности катализатора, доходящей до 1000 м2/г.

К числу эффективных катализаторов, нашедших практическое применение, относятся самые различные вещества - от минералов, которые используются почти без всякой предварительной обработки, и простых металлов до сложных соединений заданного состава и строения. Обычно каталитическую активность проявляют вещества с ионной связью, обладающие сильными межатомными полями. Одно из основных требований, предъявляемых к катализатору, - устойчивость его структуры и свойств в условиях реакции. Например, металлы не должны в процессе реакции превращаться в неактивные соединения.

В настоящее время достигнут значительный прогресс в теории и практике гетерогенных каталитических процессов, связанных с глубоким превращением различных веществ. На основе изучения химических закономерностей катализа, развития теории физической и химической адсорбции, детального изучения кинетики и механизмов каталитических реакций разработаны научные основы приготовления катализаторов для различных промышленных процессов. Современные катализаторы реакций обезвреживания характеризуются высокой активностью и селективностью в отношении целевых реакций, механической прочностью и устойчивостью к действию ядов и температуры. Производимые в промышленности катализаторы в виде колец и блоков сотовой структуры обладают малым гидравлическим сопротивлением и высокой удельной поверхностью.

Наибольшее распространение получили каталитические методы обезвреживания отходящих газов в неподвижном слое катализатора. В связи с этим можно выделить два принципиально различных метода осуществления процесса газоочистки: стационарный и искусственно создаваемый нестационарный.

При стационарном методе обезвреживания приемлемые для практики скорости химических реакций реализуются на большинстве дешевых промышленных катализаторов при 200...600 °С. После очистки газов от пыли (до 10...20 мг/м3) и различных каталитических ядов (As, Сl2, и др.) их температура оказывается значительно ниже. Таким образом, для проведения процесса обезвреживания стационарным методом отходящие газы необходимо нагреть за счет ввода горячих дымовых газов. Отходящие горячие очищенные газы после прохождения слоя катализатора могут выбрасываться непосредственно в атмосферу или служить для нагрева исходной смеси в рекуперативных трубчатых теплообменниках. При концентрации горючих примесей в отходящих газах более 4...5 г/м3 процесс очистки рекуперацией тепла можно проводить без дополнительных затрат энергии.

Стационарным методом обезвреживания затруднительно переработать газы с переменными нагрузками и изменяющимися концентрациями. Наличие внешнего теплообмена повышает параметрическую чувствительность системы и увеличивает опасность перегревов и спекания катализатора даже при небольшом увеличении концентрации примесей и (или) уменьшении расхода газа. Эффективная работа таких аппаратов возможна только при постоянных концентрациях (расходах) или совершенных системах автоматического управления процессом.

Промышленно освоенные каталитические методы восстановления NОХ условно можно разделить на два основных класса:

высокотемпературное каталитическое восстановление, которое протекает только в безкислородной среде при использовании в качестве восстановителя горючих газов;

селективное каталитическое восстановление (СКВ), особенностью которого является взаимодействие используемого восстановителя с оксидами азота в присутствии кислорода.

Есть и отождествление экологического менеджмента с преимущественно региональным развитием производства, а, следовательно, превращением его в региональное управление.

Экологический менеджмент это тип управления, принципиально

ориентированный на формирование и развитие экологического производства и экологической культуры жизнедеятельности человека. Это тип управления, построенный на социально-экономическом и социально-психологическом мотивировании гармонии взаимоотношений человека с природой.

Концепция экологического менеджмента включает полный комплекс проблем управления, связанных с экологическими процессами как объектом управления.

Экологический менеджмент - это новая концепция управления производством и обществом по целям, критериям, приоритетам и мотивам развития социоприродных процессов.

Необходимость экологического менеджмента определяется не только резким ухудшением экологической обстановки, кризисом окружающей среды, но и закономерными тенденциями развития современного производства, такими как — дифференциация регионального размещения производства; увеличение производственных мощностей по потребностям новых технологий; обострение влияния производства не только на природу региональную, но и общее мировое пространство; разделение стран в мировой экономике на производителей опасных отходов и их поглотителей (концентрация отходов); возникновение политического содержания экологического сознания и мировоззрения; тенденции научно-технического прогресса (биотехнологии, ядерные технологии и пр.).

Необходимо рассмотреть некоторые наиболее важные аспекты этой концепции экологического менеджмента. В первую очередь это касается принципов экологического менеджмента. Именно в них в наибольшей степени проявляется и его особенность, и его содержание.

При методе распылительной абсорбции продукты реакции содержат химически активный сульфит кальция.

Основное отличие метода заключается в способах организации подвода очищаемого газа к реактору и распыливания известковой суспензии.

Сухие методы сероочистки Из сухих методов сероочистки рассмотрены только процессы, использующие природные реагенты.

Метод «Лифак» Процесс «Лифак», разработанный финской фирмой «Тампелла» по существу является совмещением сухого аддитивного и полусухого методов сероулавливания.

Основные объекты автоматизации процесса следующие: ввод известняка регулируется в зависимости от количества подаваемого топлива. Ввиду того, что качество поступающего топлива (серосодержание, влажность, зольность и др.) меняется, количество подаваемого известняка автоматически корректируется по концентрации SО2 в дымовых газах после котла;

Общий недостаток, характерный для всех технологий основанных на методах сухой очистки дымовых газов, заключается в том, что на всех стадиях технологической цепочки приходится иметь дело с большими объемами очищаемого газа (1 млн. м3/ч газа и более).

Гомогенные восстановительные методы, как и каталитические, предусматривают использование восстанавливающих агентов (NН3, пиридин, пары мочевины, СО, Н2, СН4 и другие углеводороды).

Для проведения процессов адсорбции разработаны различные технологии [9-12, 15, 16]. Наибольшее распространение имеют адсорберы с неподвижным слоем гранулированного или сотового адсорбента.

Высокотемпературные некаталитические методы Одними из наиболее простых и дешевых газофазных технологий денитрации газов являются термические (деструктивные) методы.

Высокотемпературное каталитическое восстановление осуществляют в присутствии газов восстановителей водорода, оксида углерода, углеводородов (пары керосина, нефтяной и природный газ).

Селективное каталитическое восстановление (СКВ) получило в последние годы наибольшее распространение для очистки газов от NОX. Особенностью этого процесса является взаимодействие используемого восстановителя с оксидами азота в присутствии кислорода.

Особенностью вышеприведенных реакций является значительное влияние кислорода на скорость ее протекания. При изменении концентрации О2 от 0,1 до 1,0 % скорость восстановления резко увеличивается на различных катализаторах (рис.2).

Основные области применения методов СКВ - это очистка отходящих газов от NОХ в производстве азотной кислоты и дымовых газов при сжигании топлива.

Эти факторы значительно сокращают срок службы катализатора, снижают степень очистки от NOX.

Смешение аммиака с потоком очищаемого газа оказывает значительное влияние на эффективность процесса очистки. Обращает на себя внимание использование распределенного ввода аммиака.

Можно выделить два вида катализаторов: формованные и пластинчатые.

По данным немецких специалистов, средние капитальные затраты на установку СКВ для угольной ТЭС составляют от 5 до 6 млн.


Методы математического моделирования экологических систем