Селективная каталитическая очистка хвостовых газов от оксида азота. Технологическое оформление процесса

18.  Селективная   каталитическая очистка хвостовых газов от оксида азота. Технологическое оформление процесса в виде технологического узла. Роль камеры сгорания реактора и камерысгорания турбинытурбины.Достоинства селективной очистки по сравнению с неселективной очисткой. Рекуперация энергии очищенных газов.

Содержание NОх в газе на выходе из абсорбционной колонны 0,09-0,11% об. Санитарная норма при выбросе в атмосферу 0,005% об, содержание в хвостовых газах 2,4-3,5% об. Для обезвреживания газа используют методы каталитического восстановления NОх природным газом или аммиаком до N2 и H2O. Процессы восстановления делят на высокотемпературные более 500С и низко менее 500С. При высокотемпературной неселективной каталитической очистке с использованием ПГ идут р-и: СH4+2O2=CO2+2H2O, DН= -802 кДж (1). 4NO+CH4=2N2+CO2+2H2O, DН= -1165 кДж (2).  

2NO2+CH4=N2+CO2+2H2O, DН<0 кДж (3). В начале идет р-я (1), а после полного израсходования кислорода идет (2 и 3). Селективная низкотемпературная каталитическая очистка с помощью NH3 идет при 230-320С: 6NO+4NH3=5N2+6H2O, DН= -1810.6 кДж    (4). 6NO2+8NH3=7N2+12H2O, DН= -2734 кДж  (5). Для селективного восстановления в качестве катализатора испытаны различные металлы. Каталитическая активность катализаторов процесса при 230-320С и скорости 10000 ч^-1, убывает в последовательности: Pt>MnO2>V2O5>CuO>…>NiO>Ag2O>ZnO. Pt резко снижает свою активность в ходе процеса. Долгой активностью обладают оксиды Мn,V,Cu,Fe.Cr,Co. В нашей стране используется АВК-10М (V-10%). Процессы очистки на нем характеризуют: объемную скорость газа до 15000ч^-1; линейную скорость газа до 1 м/с; отношение NH3:NОх = 1,1-1,15:1; степень восстановления NОх – 98-98,5%; время пробега катализатора 2-3года; остаточное содержание NОх в газе 0,002-0,004%об; NH3-не более 0,01% об. Достоинства селективной каталитической очистки: меньший расход аммиак по сравнению с ПГ, т к ПГ тратится по р-и (1); меньше температура процесса 250-300С против 690-730С (неселективной каталитической очистки). Недостатки селективной очистки с помощью аммиака: трудно точно дозировать небольшие объемы аммиака в хвостовых газах; сложно равномерно распределять аммиак в газовом потоке; возможно образование взрывоопасных нитрит-нитратов аммония в тр-дах; повышенная нагрузка на камеру сгорания турбины, т к газ смесь на входе в турбину должна иметь 670-700С. для предотвращения отложения солей температуру газа, выбрасываемых в атмосферу после турбины поддерживают выше 180С.

1 – камера сгорания реактора (КСР); 2 – жаровая часть КСР; 3 – реактор каталитической очистки (РКО); 4 – катализатор АВК – 10М; 5 – камера сгорания турбины (КСТ); 6 – турбина; 7 – компрессор воздуха.

КСР служит для того, чтобы нагреть ХГ до температуры зажигания кататилатора, равной 250 ⁰С. Для этого топочные газы, образуются в огневой части КСР добавляются к ХГ, имеющие температуру примерно 130⁰С. Аммиак, используемый в качестве восстановителя имеет температуру пример 100⁰С. На алюмо-ванадиевом катализаторе в РКО протекает следующие реакции: 6NO + 4NH3 = 5N2 + 6H2O, ΔH = - 1811; 6NO2 + 8NH3 = 7N2 + 12H2O, ΔH = - 2734. В результате такого адиабатного режима температура ОХГ на выходе равна 260⁰С, объемная доля NОх в ОХГ 0,003%об. Однако температура газа на входе в турбину 6 должна составлять 700⁰С, поэтому к ОХГ добавляются горячие топочные газы из КСТ 5. Объем топочных газов значителен, это служит причиной того, что в КСТ при температурах горения выше 1300⁰С генерируются так называемые ''термические'' NОх из N2 и О2 воздуха: N2 + О2 « 2 NO, Н>0. Термический NОх добавляется к оксидам азота, присутствующем