Методы каталитической очистки газов от диоксида серы и оксида углерода и оксидов азота.

Оксиды азота. Для обезвреживания отходящих газов от оксидов азота применяют высокотемпературное каталитическое восстановление, селективное каталитическое восстановление и разложение гетерогенными восстановителями.

Высокотемпературное каталитическое восстановление оксидов азота. Процесс происходит при контактировании нитрозных газов с газами-восстановителями на поверхности катализаторов.

В качестве катализаторов используют металлы платиновой группы (палладий, рутений, платина, родий) или более дешевые, но менее эффективные и стабильные в эксплуатации составы, включающие никель, хром, медь, цинк, ванадий, церий и другие элементы. С целью увеличения поверхности контакта их наносят на пористые или непористые материалы (керамика, оксид алюминия, силикагель, металлические ленты и т. п.) различной формы. Восстановителями являются метан, природный, коксовый или нефтяной газ, оксид углерода, водород или азото-водородная смесь

Суть протекающих восстановительных процессов выражается следующими реакциями: 4NO+CH₄ → 2N₂ + CO₂+2H₂O, 2NO₂+CH₄ → N₂+CO₂+2H₂O, 2NO+2CO → N₂+2CO₂, 2NO₂+4CO → N₂+4CO₂, 2NO+2H₂ → N₂+2H₂O,

2NO₂+4H₂ → N₂+4H₂O.

Нагрев и восстановление нитрозных газов производят путем их смешения с газом-восстановителем и сжигания образующейся смеси над слоем катализатора. Процессы высокотемпературного каталитического восстановления оксидов азота обеспечивают высокую степень их обезвреживания. Селективное каталитическое восстановление оксидов азота. Этот процесс выгодно отличается от высокотемпературного тем, что протекает в основном избирательно: используемый восстановитель (как правило, аммиак) реагирует преимущественно с NO* и почти не взаимодействует с находящимся в нитрозных газах кислородом, в связи с чем его расходуют в количествах, эквивалентных содержанию в обезвреживаемых газах оксидов азота или превышающих стехиометрию на 10—50% с цельюболее полного протекания следующих экзотермических реакций:

6NO+4NH₃ → 5N₂+6H₂О, 6NО₂+8NH₃ → 7N₂+12H₂О,

8NO+2NH₃ → 5N₂0+3H₂О, 5NО₂+2NH₃ → 7NO+3H₂O.

Селективное каталитическое восстановление происходит при относительно низких температурах (180—360 °С) с выделением небольших количеств тепла. Вследствие этого температура конвертируемых газов увеличивается в зоне катализа лишь на 10-20 °С.

Разложение NO_х гомогенными и гетерогенными восстановителями без катализатора. В качестве гомогенных восстановителей используются различные горючие газы и аммиак. На использовании природного газа основан метод термического разложения оксидов азота выбросных газов производства щавелевой кислоты, содержащих 2—3% NO_х и 10—15% О₂. Их подогревают до 400 °С в теплообменнике (теплом обезвреженных газов) и подают в реактор, в который одновременно вводят природный газ и воздух для его сжигания.

Для обработки значительных объемов высокоокисленных отходящих нитрозных газов с низким содержанием NO_х в качестве гомогенного восстановителя может быть использован газообразный аммиак, что позволяет значительно уменьшить температуру процесса разложения. При взаимодействии аммиака с NO_х в присутствии паров воды в газовой фазе при температуре 30 — 40 °С протекают следующие экзотермические процессы:

NH₃+H₂O ↔ NH₄OH,

2NO₂+2NH₄OH → NH₄NO₂ + NH₄NO₃,

N₂O₃+2NH₄OH → 2NH₄NO₂+H₂O.

Диоксид серы. Разработанная технология каталитической очистки отходящих газов от диоксида серы основана на принципе окисления SO₃в SO₃, используемом в производстве серной кислоты нитрозным (башенным) либо контактным методом. В первом случае в содержащие диоксид серы и оксиды азота дымовые газы сжигания топлива дополнительно вводят NO₂, что обеспечивает (при температурах около 140 °С и отношении NO₂: SO₂ ≥ 2: 1) протекание реакции

SO₂+H₂O+NO₂ → NO+H₂SO₄.

Концентрация образующейся серной кислоты такова, что в этих условиях она находится в парообразном состоянии. Содержащие пары серной кислоты дымовые газы поступают на стадию окисления, а ее избыток, эквивалентный образовавшейся из содержавшегося в газах 5О₂ кислоте, отводят в качестве товарного продукта. Определенную часть содержащего NO₂ продувочного воздух вводят в поступающие на очистку дымовые газы, а другую era часть контактируют с водой с целью получения HNO₃. Содержащие NO газы азотнокислотного производства смешивают с подлежащими очистке дымовыми газами. Описанная технология при обработке дымовых газов, содержащих около 0, 3% S0₂, 0, 01% 80s и примерно 0, 06% NO_х, обеспечивает 95%-ю очистку от оксидов серы и 75%-е удаление NO_х с получением 80%.и серной кислоты и 50%-й азотной кислоты.

В соответствии со вторым методом дымовые газы, на 99% освобожденные от летучей золы, при 450 °С подают в реактор, в котором на ванадиевом катализаторе SO₂ окисляют в SO₃. присутствующим в газах кислородом. Конвертированные газы охлаждают до 230°С, промывают в абсорбере серной кислотой и после улавливания в волокнистом фильтре сернокислотного тумана выбрасывают в атмосферу через дымовую трубу. Продуктом процесса газоочистки является серная кислота средней концентрацией 80%.

В другом варианте этого метода в конвертированные на ванадиевом катализаторе дымовые газы вводят аммиак. Образующийся при этом аэрозоль сульфата аммония удаляют из обрабатываемых газов в электрофильтре, направляя обезвреженный газовый поток в дымовую трубу.

Оксид углерода. Каталитическое окисление является наиболее рациональным методом обезвреживания отходящих газов промышленности от оксида углерода.

Для окисления оксида углерода используют марганцевые, медно-хромовые и содержащие металлы платиновой группы катализаторы. В зависимости от состава отходящих газов в промышленности применяются различные технологические схемы очистки.