🗊Презентация Методы термического обезвреживания промышленных газов

методы термИЧЕСКОГО обезвреживания ПРОМЫШЛЕННЫХ ГАЗОВ

методы термообезвреживания ГАЗОВ Методы термообезвреживания разделяются на: термовосстановительные; термоокислительные (термическое и каталитическое дожигание). Из термовосстановительных методов газоочистки наибольшую известность получили способы термохимического (с использованием аммиака или карбомида) и термокаталитического восстановления NOx аммиаком до Ν2, а также термокаталитического восстановления SO2 до S2. Для организации процессов восстановления и окисления в ряде случаев используют катализаторы - вещества, способные за счет активности поверхностных частиц ускорять эти процессы. При этом процессы окисления загрязнителей происходят при температурах ниже температуры воспламенения.

ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНЫЕ методы В термоокислительных методах в качестве окислителя может использоваться только кислород, потому что при участии других окислителей не представляется возможным получения нетоксичных продуктов окисления. Возможности термоокислительного метода обезвреживания ограничиваются объемом отходящих газов и содержанием в них горючих компонентов. В случае, когда концентрация горючих компонентов выбросов не высока и не достигает нижнего предела воспламенения, то их огневая обработка требует дополнительного расхода топлива на прогрев выбросов до температуры самовоспламенения, которая для паров углеводородов составляет около 500-750°С. Температурный уровень процесса термокаталитического окисления несколько ниже (обычно 350-500°С), что также иногда требует соответствующих затрат топлива.

ОЧИСТКА ГАЗОВ ДОЖИГАНИЕМ (ТЕРМИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ)

Термическое дожигание Очистка отходящих газов может осуществляться с помощью термического окисления углеводородных компонентов до диоксида углерода CO2 и вода H2O. В термоокислительных процессах необратимо теряется качество используемого воздуха, а продукты окисления, выбрасываемые в атмосферу, содержат некоторое количество вновь образовавшихся оксида углерода СО и оксидов азота NOх. Обычно термообезвреживание применяется только для соединений, в молекулах которых нет других элементов, кроме углерода С, водорода Н и кислорода О. Получить нетоксичные продукты реакции любых других соединений с кислородом принципиально невозможно.

Термическое дожигание Термическое дожигание основано на высокотемпературном сжигании газовых примесей в выбросах, при котором происходит обезвреживание загрязнителей путем окисления. В основном, термическое дожигание используют при концентрации примесей, превышающей пределы воспламенения, и достаточном для их дожигания содержании кислорода в газах. Метод широко применяется для очистки практически любых паров и газов, молекулы которых содержат только водород, углерод и кислород. К таким соединениям относятся: водород Н2, оксид углерода СО, углеводороды СmНn и кислородные производные углеводородов СmНnОp. Посредством сжигания возможно обезвреживание этих веществ в любом агрегатном состоянии, а при термокаталитическом окислении - только в газообразном.

ЦЕПНОЙ МЕХАНИЗМ ГОРЕНИЯ ГАЗООБРАЗНЫХ ГОРЮЧИХ КОМПОНЕНТОВ

ГОРЕНИЕ ТВЕРДОЙ ЧАСТИЦЫ

Термическое дожигание Для дожигания примесей часто используют какие-либо газообразные топлива: природный газ (CH4 до 98%), газовый конденсат (почти бесцветная смесь жидких углеводородов, конденсирующихся из природных газов при их добыче), попутные нефтяные газы (смесь газообразных предельных CmH2m+2 и непредельных CmH2m углеводородов, растворенных в нефти, выделяющихся в процессе ее добычи), доменный газ (газообразные отходы, образующиеся во время выплавки чугуна в доменных печах: CO2 = 12-20 %; CO = 20-30 %; CH4 до 0,5 %; H2 = 1-4 %; N2 = 55-58 %), ацетилен C2H2, водород H2.

ГОРЕНИЕ В ГОЛУБЫХ ПЛАМЕНАХ Если газообразное топливо предварительно перемешано с воздухом до начала воспламенения, то горение протекает в голубом пламени. Увеличение содержания избыточного воздуха позволяет повысить эффективность сгорания, но при этом происходит разбавление и охлаждение продуктов горения. Концентрация избыточного воздуха, выше которой с отходящими газами теряется больше теплоты, чем высвобождается при сгорании, называется точкой максимальной общей тепловой эффективности.

ГОРЕНИЕ В ЖЕЛТЫХ ПЛАМЕНАХ Если горение топлива происходит в потоке промышленных газов (при избытке или недостатке кислорода) горение происходит в желтом пламени с образованием сажи и полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) и других продуктов химического и механического недожога.

Каталитическое дожигание

КАТАЛИТИЧЕСКОЕ дожигание Каталитическая очистка применяется в основном при небольших концентрациях удаляемого компонента в очищаемом газе, когда применение прямого сжигания затруднено и нецелесообразно. Каталитические процессы протекают при температуре 250-400°С, что значительно меньше температуры, требуемой для полного обезвреживания при прямом сжигании в топках и печах и равной 950-1100°С. Катализаторы обеспечивают высокую степень очистки газовых выбросов, вплоть до 99,9%, но при этом в ряде случаев образуются новые вещества, которые надо удалять из газа (абсорбцией и адсорбцией).

КАТАЛИТИЧЕСКОЕ дожигание Активность катализатора А, характеризующая его ускоряющее действие, определяется как отношение констант скоростей реакций, происходящих с участием катализатора kк и без него k:   , где k - константа скорости реакции, с-1; k0 - предэкспоненциальный множитель, с-1; Е - энергия активации, Дж/моль; R = 8,31 Дж/(моль·К) - газовая постоянная; Т - абсолютная температура, К E, ЕК - энергия активации реакции без катализатора и в присутствии катализатора; ΔΕ = Е - ЕК - снижение энергии активации в присутствии катализатора.

КАТАЛИТИЧЕСКОЕ дожигание На первой стадии катализатор К и реагирующее вещество А образуют промежуточное соединение АК: После этого образовавшееся промежуточное соединение АК реагирует с другим исходным веществом В, давая конечные продукты реакции C и D и высвобождая катализатор. Промежуточные соединения АК вследствие своей нестойкости имеют малый период жизни и существуют только в процессе катализа.

КАТАЛИТИЧЕСКОЕ дожигание Гетерогенное каталитическое превращение включает в себя несколько процессов: внешняя диффузия - диффузию исходных реагентов из ядра газового потока к поверхности гранул катализатора; внутренняя диффузия - проникание этих веществ в порах катализатора к активным центрам его внутренней поверхности; активированную адсорбцию (хемосорбцию) продиффундировавших реагентов поверхностью катализатора с образованием поверхностных химических соединений; химическое взаимодействие адсорбированных веществ с образованием новых продуктов; десорбцию продуктов и их перенос к наружной поверхности гранул катализатора (внутренняя диффузия); перенос продукта реакции от поверхности катализатора в ядро газового потока (внешняя диффузия).

КАТАЛИЗАТОРЫ

КАТАЛИЗАТОРЫ Твердые катализаторы также часто выпускают в виде зерен, таблеток, гранул.

КАТАЛИТИЧЕСКОЕ дожигание Для обеспечения эффективной очистки газов катализаторы должны удовлетворять следующим требованиям: высокая активность и теплопроводимость, развитая пористая структура, стойкость к «отравлениям» каталитическими ядами, механическая прочность, селективность, термостойкость, низкая температура "зажигания" (минимальная температура смеси, обеспечивающая достаточную скорость процесса очистки), низкое гидравлическое сопротивление.

ОТРАВЛЕНИЕ КАТАЛИЗАТОРА ЯДАМИ Отравление катализатора происходит в результате действия ядов и заключается в частичной или полной потере его активности. К каталитическим ядам относятся соединения ртути, свинца, мышьяка, цианиды, отравляющие платиновые катализаторы. В случае, когда при удалении ядов катализатор восстанавливает свою прежнюю активность, отравление считается обратимым. При необратимом отравлении активность катализатора не восстанавливается и после удаления контактных ядов из зоны реакции.

контактныЕ аппаратЫ с фильтрующим слоем катализатора

Каталитический дожигатель конструкции Гипрогазочистки: 1-горелка; 2 -слой катализатора; 3 -теплообменник-рекуператор.