2.4.4. Методы каталитической очистки газов

Суть каталитических процессов газоочистки заключается в химическом преобразовании подлежащих обезвреживанию примесей в другие продукты в присутствии специальных катализаторов, роль которых сводится к увеличению скорости химических взаимодействий. Катализатор обеспечивает взаимодействие на его поверхности преобразуемых веществ, образование промежуточных поверхностных соединений катализатора и реагирующих веществ с последующим формированием продуктов катализа и восстановлением поверхности катализатора. В качестве катализаторов используют металлы платиновой группы (платина, палладий, рутений, родий) или более дешевые, но менее эффективные и стабильные в эксплуатации составы, включающие никель, хром, медь, цинк, ванадий, церий и другие элементы. Катализаторы обычно выполняют в виде шаров, колец или проволоки, свитой в спираль.

Существенное влияние на скорость и эффективность каталитического процесса оказывает температура газов. Для каждой реакции, протекающей в потоке газа, характерна так называемая минимальная температура начала реакции, ниже которой катализатор не проявляет активности. Для поддержания необходимой температуры газа иногда к нему подмешивают продукты сгорания от вспомогательной горелки, работающей на каком-либо высококалорийном топливе.

На рис. 2.18 представлен каталитический реактор, предназначенный для окисления толуола, содержащегося в газовоздушных выбросах цехов окраски. Воздух, содержащий примеси толуола, подогревают в межтрубном пространстве теплообменника-рекуператора 1, откуда по переходным каналам он поступает в подогреватель 4. Продукты сгорания природного газа, сжигаемого в горелках 5, смешиваются с воздухом, повышая его температуру до 250- 350^оС, то есть до уровня, обеспечивающего оптимальную скорость окисления толуола на поверхности катализатора. Процесс химического превращения происходит на поверхности катализатора 3, размещенного в контактном устройстве 2. В качестве катализатора применяют природную марганцевую руду (пирполюзит) в виде гранул размером 2-5 мм, промотированных азотнокислым палладием. В результате окисления толуола образуются нетоксичные продукты: оксид углерода и водяные пары:

С₇Н₈ + 9 О₂ = 7 СО₂ + 4 Н₂О. (2.25)

Смесь воздуха и продуктов реакции при температуре 350-450^оС направляется в рекуператор 1, где отдает тепло газовоздушному потоку, идущему на очистку, а затем через выходной патрубок выводится в атмосферу.

Рис. 2.18. Схема каталитического реактора

1 – теплообменник-рекуператор; 2 – контактное устройство; 3 – катализатор;

4 – подогреватель; 5 – горелка

Каталитические методы используют и при производстве серной кислоты для окисления сернистого газа до серного ангидрида. В качестве катализатора применяют специальный ванадиевый катализатор. При этом сконцентрированный методами адсорбции сернистый газ пропускают через катализатор, добавляют воду и получают серную кислоту:

2SO₂ + 2H₂O + O₂ + ванадиевый катализатор = 2H₂SO₄. (2.26)