Промислова екологія - Апостолюк C.O. - 4.6. Каталітичне очищення атмосферного повітря від викидів шкідливих газів

Каталітичне очищення ґрунтується на процесі знешкодження шкідливих домішок, зокрема метену, етилену, пропілену, пропану, ацетону, етилацетату, бензолу, ксилолу, толуолу та ін. Температура початку окислення на каталізаторах для різних речовин є неоднаковою (табл. 4.2).

Таблиця 4.2. Значення оптимальних температур окислення деяких речовин[7]

Для кожного каталізатора існує граничний температурний рівень. Для багатьох каталізаторів максимальна робоча температура становить 800—850 °С.

В інженерній практиці нині відомі два конструктивні варіанти газоочисних каталітичних установок:

— каталітичні реактори, в яких здійснюється контакт газоповітряного потоку з твердим каталізатором, розташованим в окремому корпусі;

— термокаталітичні реактори (апарати), в яких у загальному корпусі розташовані контактний вузол і підігрівам.

Найпростішу конструкцію має каталітичний реактор уніфікованого збирального комплексу типу УКС-39, розроблений Мінським конструкторсько-технологічним інститутом (МКТЕІ). Це прямокутний зварений теплоізольований корпус, в якому одна із стінок знімна для забезпечення можливості монтажу (демонтажу) касети з каталізатором. Реактор призначений для обладнання в комплексі з електропідігрівачем і спеціальним крапельним теплообмінником сушарок фарбувальних ліній, що працюють на машинобудівних, меблевих, приладобудівних та інших промислових підприємствах.

На підприємствах машинобудівної, меблевої, текстильної та автомобільної промисловостей найбільш поширеними є термокаталітичні реактори, до складу яких входять реактор тепла, підігрівам і контактний вузол. На рис. 4.11 наведена схема каталітичного реактора, призначеного для очищення повітря від парів толуолу.

Рис. 4.11. Схема каталітичного реактора: 1 — теплообмінник-рекуператор; 2 — контактний пристрій; З — каталізатор; 4 — пальник; б — підігрівач

Опишемо принцип дії такого реактора. Забруднене толуолом повітря потрапляє в теплообмінник-рекуператор / для попереднього підігрівання, звідки через обхідний канал подається в підігрівач 5. Одночасно до пальника 4 подається природний газ, який згоряє. Продукти згоряння природного газу змішуються із загазованим повітрям, підвищуючи його температуру до 250—350 °С, тобто до такого рівня, при якому відбувається інтенсивна оксидація толуолу з утворенням нетоксичних продуктів — діоксиду вуглецю та водяної пари:

Процес хімічного перетворення відбувається на поверхні каталізатора 3, розташованого в контактному вузлі 2, Суміш повітря та продуктів хімічної реакції при температурі 350—450 °С подається у рекуператор 1, де віддає тепло забрудненій газоповітряній суміші, а потім після певного охолодження через канали виводиться в атмосферу в очищеному вигляді.

Перед початком каталітичного очищення повітря від будь-яких газів досить важливим є визначення необхідної товщини каталізатора

де Qn - - витрата повітря, м3/с; с, - - концентрація шкідливих речовин у повітрі до очищення, моль/м3; с2 — концентрація шкідливих речовин у повітрі після очищення, моль/м3; Sk — площа шару каталізатора, м2; опп — насичена густина каталізатора, кг/м8; Snn — питома поверхня каталізатора кг/м8; wt — швидкість гетерогенної каталітичної реакції, моль/(м2 х с).

Ефективність очищення каталітичного реактора становить 0,96—0,98 при витраті природного газу 3,5—4,0 м3 на 1000 м* очищеного повітря. Гідравлічний опір реактора при номінальному навантаженні (800—900 м3/год) не перевищує 150—180 Па. Швидкість процесу каталітичного очищення знаходиться в межах від 8000 до 10 000 об'ємів на об'єм каталітичної маси в годину.

Каталітичні методи очищення широко застосовують і для нейтралізації вихлопних газів автотранспортних засобів.