Каталитическая очистка газов

Каталитическая очистка газов основана на гетерогенном катализе и служит для превращения примесей либо в безвредные соединения, либо в соединения, легко удаляемые из газовой смеси.

 Достоинства метода:

—  высокая степень очистки;

—  компактность;

—  небольшая металлоемкость;

—  высокая производительность;

— легкость автоматического управления.

Недостатки:

— образование новых веществ, которые часто надо удалять из газа;

—  высокая стоимость катализаторов.

Особенность каталитической очистки газов состоит в том, что очищаются большие объемы отходящих газов с малым содержанием примеси. Кроме того, в газах могут содержаться не один, а несколько вредных компонентов.

Катализаторы должны обладать следующими свойствами:

— активностью и селективностью к извлекаемому компоненту;

— пористой структурой;

— стойкостью к катализаторным ядам;

— механической прочностью;

— низкой температурой зажигания;

— большим температурным интервалом работы;

— термостойкостью;

— низким гидравлическим сопротивлением;

— иметь небольшую стоимость.

Обычно катализатор представляет собой смесь нескольких веществ: каталитически активного вещества, активатора и носителя.

Каталитически активное вещество — основа катализатора. Используются чистые металлы, оксиды металлов, а также большое количество химических соединений (платиновые металлы, палладий, рутений, родий, сплавы, содержащие никель, хром, медь, цинк, ванадий).

Активаторы — вещества повышающие активность катализаторов. При этом сами активаторы обычно не обладают каталитическими свойствами

Носители — основание, на которое наносится катализатор. В ряде случаев они могут оказывать влияние на активность и селективность катализаторов. В качестве носителей чаще всего используют инертные пористые вещества, обладающие развитой поверхностью: силикагели, алюмосиликаты, цеолиты и т. д.

Требования к конструкции каталитических реакторов:

— высокая производительность;

— обеспечение непрерывности процесса при оптимальных технологических режимах;

— легкость в управлении;

— возможность автоматизации;

— малое гидравлическое сопротивление;

— доступность загрузки и выгрузки катализатора;

—  наличие устройства для подогрева газовых смесей и рекуперации тепла;

— небольшая металлоемкость, доступность монтажа, ремонта и транспортировки.

По способу взаимодействия газов с катализатором аппараты подразделяются на 3 группы:

с неподвижным слоем катализатора;

с движущим слоем катализатора;

с псевдоожижыном слоем катализатора.

1. Каталитические реакторы с фильтрующим слоем катализатора. К аппаратам с фильтрующим слоем относятся емкостные, трубчатые и полочные аппараты, принцип действия которых основан на фильтрации газа через слой неподвижного катализатора (рис.1). Причем катализатор может находиться в виде металлических сеток, натянутых по ходу движения газа, трубчатых контактных аппаратов или в виде твердых тел различной формы, располагаемых на перфорированных решетках.

Достоинства таких аппаратов: простота конструкции.

К недостаткам следует отнести отсутствие теплообмена, что позволяет проводить в них только те реакции, которые сопровождаются небольшими тепловыми эффектами.

Для полноты протекания процесса в одном аппарате может быть установлено несколько слоев контактной массы. Многослойные контактные аппараты чаще всего устанавливают, когда имеется необходимость очищаемый газ подвергать дополнительной обработке (нагреванию, охлаждению и т. д.). Это позволяет вести процесс при оптимальном температурном режиме на каждой полке.

Рис.1 Схемы контактных аппаратов с фильтрующим слоем катализатора:

а — контактный аппарат с катализатором в виде сеток; б—трубчатый контактный аппарат; в — контактный аппарат с перфорированными решетками; г — многослойный контактный аппарат; д — контактный аппарат с трубками Филвда; е — контактный аппарат с теплообменником

2. Каталитические реакторы со взвешенным слоем катализатора.

 Недостатком фильтрующего слоя является наличие зон, плохо омываемых газом в местах соприкосновения гранул катализатора. Для устранения этих недостатков используют кипящий слой, в котором каждая гранула катализатора интенсивно (рис.2), со всех сторон соприкасается с газом, что интенсифицирует процесс очистки.

Достоинством: хорошая теплопроводность слоя, возможность механизировать и интенсифицировать процесс загрузки и выгрузки катализатора, исключение возможности локального перегрева или переохлаждения, возможность использовать мелкий катализатор (в фильтрующем слое мелкозернистый катализатор не используется изза повышенного сопротивления и неравномерности температурного слоя).

К недостаткам взвешенного слоя следует отнести истирание и унос пылевидного катализатора из аппарата, что требует установки пылеулавливающего аппарата и предъявляет повышенные требования к прочности катализаторов, а также невозможность осуществления противотока, что снижает движущую силу процесса.

Рис 2. Каталитический реактор с кипящим слоем катализатора: 1 цилиндрическая часть корпуса; 2 – зернистый катализатор; 3 верхняя часть корпуса; 4 – циклон; 5 шнековое устройство; 6 газораспределительная решетка.

3. Каталитические реакторы с пылевидным катализатором. В аппаратах с пылеввдным катализатором измельченный катализатор распыляют в рабочую зону с помощью специальных сопел (рис.3). Этим достигается более полное использование реакционного объема. Реакция протекает в тот момент, когда частицы катализатора находятся в полете.

Рис.3 Каталитический реактор с пылевидным реактором: — цилиндрический корпус; 2 — циклон; 3 — сопло; 4 — бункер; 5 — эжекторное устройство.