Каталитическая очистка газовых выбросов, неизбежно сопровождающих многие производственные процессы, является одним наиболее эффективных методов химического обезвреживания содержащихся в них вредных веществ. Суть каталитических методов очистки газовых выбросов заключается в реализации химических взаимодействий, приводящих к конверсии подлежащих обезвреживанию вредных веществ в другие, без- или маловредные, в присутствии специальных катализаторов.
К числу загрязняющих атмосферный воздух вредных веществ относятся не только многочисленные летучие органические соединения (ЛОС), образующиеся в процессе функционирования различных промышленных производств, например, химических и нефтехимических, но и дурнопахнущие, выделяемые, например, городскими очистными сооружениями, а также загрязняющие вещества, входящие в состав газовых выбросов, производимых промышленным оборудованием, работающим на двигателях внутреннего сгорания.
На законодательном уровне утверждены нормы, призванные обеспечить уменьшение выбросов вредных веществ в атмосферный воздух.
Решения для промышленности: каталитические методы очистки газовых выбросов
Известно несколько разновидностей каталитических методов очистки, отличающихся по механизму, природе используемых катализаторов и применяемых в зависимости от типа преобладающего вредного вещества в газовых выбросах производства: пиролюзитный, озонокаталитический, жидкостно-контактный и радикально-каталитический.
Для снижения выбросов в атмосферу вредных веществ, содержащихся в промышленных выбросах, например, металлургических производств, а это в основном NOx, могут быть использованы как первичные, так и вторичные меры.
Первичные меры направлены на предотвращение образования вредных веществ на этапе подготовки производства (использование новых современных технологий, переход на альтернативные расходные материалы и энергоносители), они достаточно эффективны, но весьма затратны.
Вторичные меры включает удаление вредных веществ путем очистки газовых выбросов, образующихся на различных стадиях производства. Использование этих мер не требует каких-либо структурных изменений и не влияет на ход принятого технологического процесса производства продукции.
При выборе подходящих мер, как правило обращают внимание на экологический и экономический аспект, то есть, будут ли инвестиционные затраты, связанные с сокращением выбросов вредных веществ, адекватны прибыли от производства. На рынке представлен широкий спектр оборудования, реализующего различные методы каталитической очистки газовых выбросов, которые позволяют эффективно уменьшить концентрацию выбрасываемых вредных веществ.
В зависимости от объема производства и финансовых возможностей компании предприниматель должен решить, может ли он использовать вторичные меры – каталитические методы очистки газовых выбросов, или использовать первичные меры, при которых он будет использовать возобновляемые энергоресурсы и не столкнется с проблемой управления отходами.
Для минимизации концентрации вредных веществ в газовых выбросах могут быть использованы различные химические реакции, такие как абсорбция и адсорбция, а также каталитическое восстановление и каталитическое окисление.
Промышленные каталитические нейтрализаторы
Каталитический нейтрализатор, представляющий собой систему очистки отработавших газов, установленный на генераторной станции, специальной технике обеспечивает степень очистки отработавших газов ДВС:
- по оксиду углерода (CO) – 90-97%;
- по углеводородам (CH) – 85-95%;
- по оксидам азота (NOx) – 65-95%;
- по содержанию твердых частиц (саже, РМ) – 85-95%.
Система очистки отработавших (выхлопных) газов может состоять из трех последовательных ступеней, в зависимости от требований производства:
Сажевый фильтр.
Мелкие частицы сажи, образующиеся в двигателе внутреннего сгорания, могут оказывать канцерогенное действие, если они прикрепляются к легочной ткани. Волокнистый сажевый фильтр может фильтровать мелкие частицы отработавших газов. Частицы сгорают при рабочей температуре внутри системы на пропитанной катализатором поверхности волокна.
Сажа, осаждаемая на фильтре, состоит в основном из частиц углерода (C) и углеводородов. Существует два основных метода удаления частиц:
1. сгорание с кислородом (O2): [C] + O2 → CO 2 2. сгорание с диоксидом азота (NO2): [C] + NO2 → CO2 + NO
Характеристики двух разных методов отражены в таблице:
Регенерация на основе O2 Регенерация на основе NO2 Температура, необходимая для регенерации Требуется температура около 600 °C (или 400 °C с топливным катализатором). Реакция происходит от 250 °С. Используемый газ O2 в потоке выхлопных газов. NO2 должен быть воспроизведен из NO в потоке выхлопных газов.
Оборудование для селективного каталитического восстановления оксидов азота (NOx).
Этот процесс используется для уменьшения оксидов азота, образующихся во время процесса сгорания углеводородного топлива, сопровождающегося выделением энергии. NO (оксид азота) представляет собой бесцветный газ, который окисляется в воздухе с образованием NO2 (диоксид азота). В высоких концентратах он вызывает симптомы паралича нервной системы. NO2 - красно-коричневый газ с резким запахом. Под воздействием солнечного света и углеводородами, образует смог. Оксиды азота восстанавливаются в кислородсодержащих выхлопных газах с помощью процесса SCR (Selective Catalytic Reduction, селективное/выборочное каталитическое восстановление). Отработавший газ, обработанный дозированным реагентом мочевины, проходит через тонкостенные сотовые преобразователи, восстанавливая оксиды до воды и азота. Процесс с мочевиной – выгодная альтернатива аммиаку в качестве реагента для снижения уровня отравляющих веществ в выхлопных газах двигателя. По сравнению с аналогом реагент обладает значительными преимуществами в отношении транспортировки, хранения и обработки, при этом она значительно дешевле.
Оборудование для каталитического окисления СО и несгоревших углеводородов.
Этот процесс используется для снижения уровня окиси углерода и несгоревших углеводородов в выхлопных газах. Это достигается путем каталитического окисления. Такой катализатор может быть установлен после стадии SCR. Несгоревшие углеводороды могут быть обнаружены в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания. Такие выхлопные газы содержат различные вещества с различными свойствами:
Насыщенные углеводороды (парафины) практически не имеют запаха и могут оказывать слабое наркотическое действие.
Ненасыщенные углеводороды (олефины, ацетилены) – одна из составляющих городского смога.
Ароматические углеводороды представляют собой нервно-паралитические яды с наркотическим эффектом, а некоторые служат канцерогенными альдегидами с резким запахом и даже в низких концентрациях сильно раздражают слизистые глаз и носа.
Системы очистки выхлопных газов могут быть установлены как на стационарном, так и на мобильном оборудовании на первичных двигателях внутреннего сгорания, работающих на газе и жидком топливе.
Реверсивный метод каталитической очистки газа
Среди каталитического дожигания можно выделить реверсивный метод каталитической очистки газа, который благодаря низкому энергопотреблению особенно подходит для очистки газов от органических загрязнителей, выбрасываемых промышленностью в атмосферу. Установки обратного типа изготавливаются в соответствии с типовой серией с диапазоном производительности от 300 до 15 000 м3/ч для концентраций органических соединений от нескольких сотен мг до нескольких грамм на м3.
Эффективность очистки зависит от типа загрязнения и составляет до 98%. При концентрациях органических соединений выше 0,7 г/м3 установка работает автотермически (без затрат энергии для нагрева реактора). Побочные продукты – азот и вода нейтральны для окружающей среды. Способ более экономичен, чем термическое сгорание, так как работает при более низких температурах. Недостаток – высокие затраты на внедрения по причине стоимости каталитически активных металлов.
Особенности эксплуатации каталитических нейтрализаторов
Каталитический нейтрализатор использует каталитическое химическое преобразование для преобразования оксида углерода (CO) и несгоревших углеводородов (CH) в нетоксичный диоксид углерода и воду. Это преобразование осуществляется на металлической сотовой подложке, покрытой активным каталитическим материалом. Катализатор способен обеспечить степень очистки загрязняющих веществ – до 90% при оптимальной рабочей температуре от 250°C.
- Сфера применения.
Катализатор подходит для любых дизельных двигателей, использующихся на такой технике, как генераторные агрегаты с первичной мощностью или резервные генераторы, землеройное и погрузочно-разгрузочное оборудование (спецтехника, погрузчики). В частности, катализаторные установки применяют для оснащения техники, используемой в ограниченном пространстве, таком как туннели, склады и шахты. - Установка.
Важно монтировать узел как можно ближе к выпускному коллектору двигателя. Для обеспечения максимальной каталитической эффективности катализатора требуется достаточно высокая температура. - Срок эксплуатации.
В основе работы каталитического нейтрализатора лежит осуществление каталитической реакции, следовательно, срок службы катализатора теоретически не ограничен. Узел может выйти из строя в результате ошибок при эксплуатации (повышенная вибрация двигателя, погрешности монтажа, абразивное воздействие выхлопных газов).
Решения от ЭКОЭНЕРГОТЕХ
Компания «ЭКОЭНЕРГОТЕХ» стремится привлечь внимание к проблеме попадания в атмосферу в составе промышленных газов вредных веществ, таких как угарный газ, NOx, SOx, твердые частицы и углеводороды. В соответствии с требованиями законодательства владельцы предприятий будут вынуждены применять решения для сокращения выбросов. Это могут быть операции, как конструктивного характера, так и внедрение методов каталитической очистки. В каталоге предприятия вы найдете проекты различных установок позволяющих добиться снижения выбросов токсичных соединений и СО2 и адаптироваться к требованиям действующих экологических норм и условий. Мы поможем вам внедрить на производстве очистные системы в соответствии с представленными требованиями.
